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Die
Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungsanlage, insbesondere
bei Nutzfahrzeugen, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb, bei dem
Luft mit einer Verdichtereinheit verdichtet und in ein Druckluftverteilsystem
geleitet wird, ein innerhalb des Druckluftverteilsystems herrschender
Betriebsdruck erfasst und bei dem in Abhängigkeit des Betriebsdrucks
die Verdichtereinheit zu bzw. abgeschaltet wird.
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Druckluftversorgungsanlagen
der vorbeschriebenen Art werden beispielsweise in Nutzfahrzeugen
ab einem zulässigen
Gesamtgewicht von 7,5 t zur Versorgung der Druckluftbremsanlage
eingesetzt. Derartige Druckluftbremsanlagen verfügen üblicherweise über einen
Kompressor, Druckregler, Lufttrockner, Vierkreis-Schutzventil, mehrere
Luftbehälter,
Druckanzeigegeräte
sowie Bremsventile und -zylinder.
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Bei
den herkömmlichen
Druckluftversorgungsanlagen für
Nutzfahrzeuge (M. Bohner et. al; Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik;
25. Aufl.; 1994; S. 465 ff.) saugt der Kompressor über einen
Luftfilter Außenluft
an, verdichtet sie und leitet die verdichtete Luft über den
Druckregler, der den Betriebsdruck in der Druckluftversorgungsanlage
regelt, zum Lufttrockner. Der Lufttrockner reinigt hierbei durch
ein Filter die geförderte
Druckluft und entzieht ihr einen Großteil der enthaltenen Feuchte.
Ansschließend strömt die trockene
Druckluft zum Vierkreis-Schutzventil,
das die Druckluft auf mindestens zwei Vorratskreise eines Druckluftverteilsystems
verteilt und die Vorratskreise gegeneinander abdichtet.
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Zur
Verdichtung der angesaugten Außenluft werden
sog. geregelte Drucklufterzeuger eingesetzt, deren Regelung in erster
Linie die Einhaltung des innerhalb des Druckluftverteilsystems erforderlichen Druckniveaus
sicher stellt. Im wesentlichen werden zwei Regelungsarten unterschieden.
Bei Einsatz von Kompressoren mit Höchstdrehzahlen über 2500 min–1 schaltet
der Druckregler bei Erreichen des gewünschten maximalen Betriebsdruckes
ab und leitet während
der darauf folgenden Leerlaufperiode die vom Kompressor geförderte Druckluft über ein
Auslassventil ins Freie. Erreicht der Betriebsdruck innerhalb des
Druckverteilsystems einen unteren Grenzwert, so schaltet der Druckregler
wieder ein und die vom Kompressor verdichtete Luft wird erneut ins Druckluftverteilsystem
gefördert.
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Bei
Einsatz von Kompressoren mit Höchstdrehzahlen
unter 2.500 min 1 öffnet der Druckregler bei Erreichen
des maximalen Betriebsdrucks das Einlassventil des Kompressors mit einem
druckgesteuerten Betätigungskolben.
Die angesaugte Luft wird in diesem Fall ohne verdichtet zu werden
wieder zum Ansaugstutzen ausgeschoben. Erreicht der Betriebsdruck
im Druckluftverteilsystem den unteren Grenzwert, so schaltet der
Regler um, das Einlassventil des Kompressors kann wieder selbstständig öffnen und
schließen
und verdichtete Luft wird ins Druckluftverteilsystem gefördert.
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Ein
großes
Problem beim Betrieb von Druckluftverteilsystemen stellt Feuchtigkeit
dar, die über die
Außenluft
in das System eingetragen wird. So kann Wasser zu Korrosion oder
Eisbildung innerhalb der Druckluftanlage führen. Um die hieraus resultierenden
Schäden
auch langfristig zu vermeiden, werden in Druckluftanlagen in der
Regel Lufttrockner mit Regenerationsbehälter vorgesehen. Die verdichtete Luft
wird über
den Lufttrockner in den Regenerationsbehälter sowie das Druckluftverteilsystem
geleitet. Sobald der Abschaltdruck im Druckluftverteilsystem erreicht
ist und keine verdichtete Luft mehr in den Lufttrockner gelangt,
strömt
trockene Luft aus dem Regenerationsbehälter, quasi in umgekehrter
Richtung über
das in dem Lufttrockner befindliche Trocknungsmittel, nimmt dort
Feuchtigkeit auf und wird ins Freie ausgeblasen. Trotz Einsatz derartiger
Lufttrockner mit integrierter Regenerierung ist es nach wie vor problematisch,
die Trocknung der in einem Druckluftverteilsystem befindlichen Luft
bei langen Stillstandszeiten, wie sie etwa bei Nutzfahrzeugen während der Ruhezeiten
des Fahrens oder an Wochenenden auftreten, zu gewährleisten.
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Aus
der
DE 42 19 101 A1 ist
daher ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluft- Versorgungseinrichtung
für Druckluft-Bremsanlagen
bekannt, bei dem nach Stillstandszeiten eine Lufttrocknungseinrichtung
mit regeneriertem Trockenmittel bereitgestellt wird. Ist das Nutzfahrzeug
in Betrieb wird der Lufttrockner mit Regenerationsbehälter, wie
im vorigen Abschnitt bereits erläutert,
betrieben. Zusätzlich wird
nach dem Abstellen des Nutzfahrzeugs der Regenerationsbetrieb allerdings
durch ein in der Regelung vorgesehenes Zeitglied automatisch eingeleitet.
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Neben
der Beschädigung
einer Druckluftanlage auf Grund von Eisbildung während der Stillstandszeiten
der Druckluftversorgungsanlage, kann es auch während des Betriebes zu Schäden kommen.
Insbeondere große
Druckunterschiede, verbunden mit hohen Fließgeschwindigkeiten der Luft
können
bereits bei Außentemperaturen
unter 10°C
zumindest zu lokaler Frostbildung in einer Druckluftanlage führen.
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Die
Kompressor- oder Verdichtereinheit ist in der Regel über ein
Kühlrohr
mit dem Druckregler verbunden, damit die Dichtelemente durch die
bei der Verdichtung erhitzte Luft nicht beschädigt werden. Bei längerer Zeit
ohne Förderung
kühlen
die Kühlleitung
und der Druckregler stark ab. Bei Temperaturen unter 0°C kann es
daher sowohl wenn keine Luft gefördert
wird als auch in der ersten Zeit des Förderns zu einer Eisbildung
in der Kühlleitung
und/oder im Druckregler durch abgesetztes Kondensat kommen.
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Aus
der
DE 32 42 336 A1 ist
eine Druckluftaufbereitungsvorrichtung für ein Druckluftversorgungssystem
von Druckluftaggregaten, insbesondere von Druckluftbremsanlagen
in Nutzfahrzeugen bekannt. Diese weist einen Einbehälter-Lufttrockner und
einen mit diesem verbundenen Zusatzbehälter auf. In der Verbindungsleitung
zwischen dem Einbehälter-Lufttrockner und
dem Zusatzbehälter
ist ein Überströmventil
mit voller Rückströmung vom
Zusatzbehälter
zum Einbehälter-Lufttrockner
angeordnet. Das Überströmventil
ist so ausgelegt, dass sein Öffnungsdruck
zwischen dem maximalen und minimalen Betriebsdruck vorzugsweise
nahe dem minimalen Betriebsdruck, des Druckluftversorgungssystems
liegt.
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Ausgehend
von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die
Aufgabe zu Grunde, eine Druckluft-Versorgungsanlage sowie ein Verfahren
zu deren Betrieb anzugeben, bei der die Bildung sowie das Absetzen
von Kondensat innerhalb der Anlage in jedem Fall zuverlässig vermieden wird.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß des Patentanspruches 1 sowie
einer Druckluft-Versorgungsanlage nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie
aus dem nachfolgenden Beschreibungstext und dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Druckluft-Versorgungsanlage, bei dem Luft mit
einer Verdichtereinheit verdichtet und in ein Druckluftverteilsystem
geleitet wird, ein innerhalb des Druckluftverfeilsystems herrschender
Betriebsdruck erfasst wird und bei dem in Abhängigkeit des Betriebsdrucks
die Verdichtungseinheit geschaltet wird zeichnet sich dadurch aus,
dass bei Erreichen eines vorgebbaren, maximalen Betriebsdrucks durch Öffnen eines
Ventils verdichtete Luft wenigstens zeitweise über das Ventil abgeleitet sowie
die Verdichtereinheit zeitverzögert
nach dem Öffnen
des Ventils abgeschaltet wird und/oder dass bei Erreichen eines
vorgebbaren, minimalen Betriebsdrucks die Verdichtereinheit zugeschaltet
und dass Ventil derart geöffnet wird,
dass verdichtete Luft zumindest kurzzeitig über das Ventil abgeleitet und/oder
in das Druckluftverteilsystem eingeleitet wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt somit sicher, dass sich trotz der starken Erwärmung der Luft
im Kompressor sowie der nachfolgenden Abkühlung der verdichteten Luft
im Kühlrohr
und den damit verbundenen Kondensationserscheinungen zu keiner Zeit
Wasser zwischen Kompressor und Druckregler ansammelt. So wird, nachdem
der maximale Betriebsdruck innerhalb des Druckluft-Verteilsystems erreicht
worden ist, das in der Kühlleitung
kondensierte Wasser mit Hilfe der schnellströmende Luft, die weiterhin vom
Kompressor bereitgestellt wird, aus der Kühlleitung abgeleitet und verbleibt
somit weder im Bereich der Druckluft-Versorgungsanlage noch gelangt
es in das Druckluftverteilsystem. Korrosion sowie die Bildung von
Eis bei niedrigen Temperaturen innerhalb der Druckluftanlage werden
auf diese Weise zuverlässig
vermieden. Insbesondere beim Betrieb von Druckluft-Bremsanlagen
in Nutzfahrzeugen, für
die das erfindungsgemäße Verfahren
vorzugsweise einsetzbar ist, wird sicher gestellt, dass es auch
bei tiefen Außentemperaturen
nicht zu Beschädigungen
bzw. Verengungen der Leitungen und Ventile kommt, so dass zu jeder
Zeit der erforderliche Betriebsdruck innerhalb der Anlage herrscht.
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Die
zeitverzögerte
Zu- bzw. Abschaltung des Kompressor nach der Betätigung des Auslassventils erfolgt
bei Erreichen des minimalen und/oder des maximalen Betriebsdruckes
innerhalb des Druckluftverteilsystems. Bei Erreichen des maximalen
Betriebsdrucks läuft
der Kompressor bei geöffneten Auslassventil
nach, so dass Wasser, das während der
Betriebsphase des Kompressors in der Kühlleitung auskondensiert ist,
aus der Druckluftanlage ausgeblasen wird. Bei Erreichen des minimalen
vorgebbaren Betriebsdrucks wird der Kompressor bei geöffnetem
Auslassventil zugeschaltet. Vorzugsweise wird hierbei der minimale
Betriebsdruck derart gewählt,
dass er noch oberhalb eines unteren Grenzdruckniveaus liegt, bei
dem die Bereitstellung einer für
eine Bremsung ausreichenden Menge von Druckluft gerade noch gewährleistet
ist.
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Die
vorbeschriebene Maßnahme
stellt zum einen sicher, dass die Kühlleitung und die Ventile vorgewärmt werden
bevor verdichtete Luft in das Druckluftverteilsystem geleitet wird
und zum anderen, dass auch während
der Startphase des Kompressors anfallendes Kondensat nicht in der
Druckluftanlage anfriert. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang
auch denkbar, dass das Ventil, bspw. in Abhängigkeit der jeweiligen Anlagenparameter,
derart in Zwischenstellungen geschaltet wird, dass verdichtete Druckluft
wenigstens zeitweise sowohl über
das Ventil abgeleitet als auch in das Druckluftverteilsystem eingeleitet
wird.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsform
der Erfindung wird das Ventil getaktet geschaltet. Hierbei wird
das Ventil in Abhängigkeit
des momentanen Betriebsdruckes stufig in verschiedene Stellungen
geschaltet. Darüber
hinaus ist es aber auch möglich,
das Ventil, insbesondere das Stellorgan des Ventils, kontinuierlich
in verschiedene Stellungen zu bewegen. Gleichgültig ob das Ventil jeweils in
zwei Stellungen oder in eine Vielzahl von Stellungen bewegt wird,
ist es denkbar, dass die Ventilsteuerung pneumatisch, elektrisch
und/oder zumindest teilelektrisch erfolgt.
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Vorzugsweise
ist das Auslassventil am Druckregler angeordnet. Es ist aber auch
denkbar, das Auslassventil an einer anderen Stelle der Druckluftanlage,
beispielsweise am Lufttrockner vorzusehen. Zur Betätigung des
Auslassventils ist es besonders geeignet, dass das Auslassventil,
das bei Erreichen des minimalen und/oder maximalen Betriebsdrucks
geöffnet
wird, zeitabhängig
oder in Abhängigkeit
eines sich innerhalb der Druckluft-Versorgungsanlage bzw. des Druckluftverteilsystems
einstellenden Drucks, wieder geschlossen wird. Auch in diesem Fall
ist es möglich,
dass das Ventil, insbesondere das Stellorgan des Ventils, getaktet
oder kontinuierlich in verschiedene Zwischenstellungen geschaltet
wird.
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Eine
weitere besonders geeignete Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass durch den Druckregler unter Zugrundelegung des jeweils
innerhalb des Druckluftverteilsystems herrschenden Betriebsdrucks
ein Ventil derart geschaltet wird, dass die vom Kompressor verdichtete
Luft wahlweise über
den Druckregler in das Druckluftverteilsystem oder ins Freie geleitet
wird. Ferner ist es denkbar, dass die verdichtete Luft, die über das Ventil
abgeleitet wird, in einen hierfür
vorgesehenen Druckbehälter
geleitet wird. Durch Verwendung eines derartigen Ventils, vorzugsweise
eines Dreiwegeventils, wird auf einfache Weise sicher gestellt,
dass innerhalb des Druckluftverteilsystems stets das erforderliche,
bspw. für
den Bremsvorgang eines Nutzfahrzeugs benötigte Druckniveau herrscht.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden alle für
die Druckluft-Versorgungsanlage sowie das Druckluftverteilsystem
schaltungsrelevanten Daten, insbesondere der minimale und maximale
Betriebsdruck des Druckluftverteilsystems, in einer zentralen Steuer-
und Regelungseinheit hinterlegt. Vorzugsweise handelt es dich hierbei
um eine rechnergestützte
Steuer- und Regelungseinheit. Bei Verwendung einer solchen Steuer-
und Regelungseinheit für eine
Druckluftanlage eines Nutzfahrzeugs, wird diese bevorzugt in einen
im Fahrzeug befindlichen Bordcomputer integriert.
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Die
Erfindung wird an Hand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels ohne Einschränkung des allgemeinen
Erfindungsgedankens beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 Schematische
Darstellung einer Nutzfahrzeug-Druckluftbremsanlage
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In 1 ist
der prinzipielle Aufbau einer Druckluftbremsanlage eines Nutzfahrzeugs
dargestellt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Über ein
Luftfilter 1 saugt der Kompressor 2 Außenluft
an, verdichtet sie und drückt
die verdichtetet Luft über
ein Kühlrohr 8,
den Druckregler 3 und einen Lufttrockner 4 in
das Druckluftverteilsystem 5. Der Lufttrockner 4 ist
dem Druckluftverteilsystem 5 direkt vorgeschaltet und enthält ein Trocknungsmittel,
das der verdichteten Luft, während
diese durch den Lufttrockner 4 strömt, die Feuchtigkeit entzieht.
Der Druckluftregler 3 regelt den Betriebsdruck des Druckluftverteilsystems 5 automatisch
in einem Bereich zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert. Üblicherweise
liegt das Druckniveau hierbei zwischen etwa 8,0 und 13 bar Überdruck
gegenüber
dem Umgebungsluftdruck.
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Alle
für den
sicheren Betrieb der Druckluftbremsanlage relevanten Anlagenparameter
sind in einer zentralen Steuer- und Regelungseinheit 11,
die vorzugsweise im Fahrzeug-Bordcomputer
integriert ist, hinterlegt. Darüber
hinaus sind in der zentralen Steuer- und Regelungseinheit 11,
Regelungsalgorhythmen vorgesehen, durch die die aus den in der Bremsanlage
detektierten Meßwerte
gewonnenen Meßsignale
in Steuersignale überführbar sind.
Die Übertragung
der Meß-
bzw. Steuersignale erfolgt innerhalb des Fahrzeugs über Datenleitungen 12.
Es ist aber auch denkbar, die Datenübertragung mit Hilfe kabelloser
Systeme zu realisieren.
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Soll
innerhalb der Bremsanlage etwa das Dreiwegeventil 7 geschaltet
werden, weil ein Grenzwert erreicht ist, so erhält der Druckregler 3 über eine Datenleitung 12 ein
entsprechendes Steuersignal von der zentralen Steuer- und Regelungseinheit 11 und
setzt dieses Signal in ein Stellsignal um, das über eine Steuerleitung 6 zu
dem als Dreiwegeventil 7 ausgebildeten Stellorgan übermittelt
wird.
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Nimmt
der in dem Druckluftverteilsystem 5 herrschende Betriebsdruck
einen Wert an, der zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert
liegt, ist das Dreiwegeventil 7 derart geschaltet, dass
verdichtete Luft in das Druckluftverteilsystem strömen kann.
Wird der obere Grenzwert des Betriebsdruckes erreicht, schaltet
das Dreiwegventil 7 auf "Fördern
ins Freie" um, so
das vom Kompressor 2 verdichtete Luft in die Umgebung abgeleitet
wird. Wasser, das ggf. im Kühlrohr 8 auskondensiert
ist, wird vom Luftstrom mitgerissen und ebenfalls in die Umgebung
geleitet. Nach Ablauf einer in einer zentralen Steuer- und Regelungseinheit hinterlegten
Zeitspanne, wird der Kompressor 2 abgeschaltet und das
Dreiwegeventil 7 zunächst
wieder auf "Fördern in
das Druckluftverteilsystem" umgeschaltet.
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Erreicht
der Betriebsdruck im Druckluftverteilsystem 5 den unteren
Grenzwert, wird zunächst das
Dreiwegeventil 7 auf "Fördern ins
Freie" umgeschaltet
und der Kompressor 2 zugeschaltet. Auf diese Weise wird
Kondensat, das sich beispielsweise während der Stillstandzeiten
eines Nutzfahrzeuges in der Druckluftanlage gesammelt hat, über das
Dreiwegeventil 7 in die Umgebung abgeblasen. Außerdem werden
die Ventile und der Druckregler 3 vorerwärmt, so
dass Eis, das sich etwa im Kühlrohr
der Druckluftanlage während
der Stillstandszeit gebildet hat, verflüssigt und schließlich mit
dem vom Kompressor 2 geförderten Luftstrom über das
Dreiwegeventil 7 ausgeblasen wird. Anschließend wird
das Dreiwegeventil 7 zeitverzögert auf "Fördern
in das Druckluftverteilsystem" umgeschaltet,
so dass die Anlage wieder mit verdichteter Luft gefüllt wird.
In diesem Betriebszustand wird die verdichtete Luft über das
Vierkreisschutzventil 9 in die vier Brems- bzw. Vorratskreise
des Druckluftverteilsystems 5 geleitet und die Luftbehälter 10 mit
verdichteter Luft gefüllt, bis
innerhalb des Druckluftverteilsystems 5 erneut der obere
Grenzwert des Betriebsdrucks erreicht ist.
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- 1
- Luftfilter
- 2
- Kompressor
- 3
- Druckregler
- 4
- Lufttrockner
- 5
- Druckluftverteilsystem
- 6
- Steuerleitung
- 7
- Dreiwegeventil
- 8
- Kühlrohr
- 9
- Vierkreisschutzventil
- 10
- Luftbehälter
- 11
- Steuer-
und Regelungseinheit
- 12
- Datenleitung