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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftbereitstellungssystem für ein Reifendruckeinstellsystem und insbesondere ein System zur Lufttrocknung für landwirtschaftliche Fahrzeuge mit einem Reifendruckeinstellsystem.
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Lufttrocknungssysteme für landwirtschaftliche Zugfahrzeuge (z. B. Traktoren) werden typischerweise auch genutzt, um (pneumatische) Anhängerbremssysteme mit Luft zu versorgen. In Europa ist dies üblich und bei mehr als 90% der Fahrzeuge umgesetzt, währenddessen in Nordamerika und im Rest der Welt hydraulisch gebremste Anhänger gebräuchlicher sind.
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Für Zugfahrzeuge wie Traktoren, die Luft für Anhängerbremssysteme bereitstellen, ist es erforderlich, Mittel zum Entfernen der Luftfeuchtigkeit aus der komprimierten Luft zu haben. Infolge des geringen Bedarfes an Luft und um die Kosten für solche Fahrzeugsysteme niedrig zu halten, werden diese Fahrzeuge mit Alkoholinjektionsvorrichtungen ausgerüstet, um so den Gefrierpunkt von Wasser herabzusetzen. Heutzutage werden Fahrzeuge aber zunehmend mit Kartuschenfilter mit einem Adsorber ausgerüstet, wie sie in Luftdruckeinheiten von kommerziellen Fahrzeugen genutzt werden. Diese Systeme werden gebräuchlicher, da infolge von Hochgeschwindigkeitsbremserfordernissen bei ABS Traktoren häufiger eine Luftdruckbremse oder einer Luft-über-Hydraulik-Bremse nutzen.
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Wenn der Traktor mit einem Reifendruckeinstellsystem ausgerüstet ist, besteht ein Bedarf nach einer zuverlässigen Arbeitsweise, insbesondere unter Frostbedingungen. Solche Reifendruckeinstellsystem dienen beispielsweise der Anpassung oder Verringerung des Reifendruckes auf einem Feld und können den Kraftstoffverbrauch oder die Zugkraft deutlich verbessern. Eine Bodenkompaktifizierung kann ebenfalls verringert werden. Heutzutage ist die Lufttrocknung noch nicht zu akzeptablen Kosten technisch gelöst.
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Konventionelle Fahrzeuge, die mit Luftdruckeinstellsystemen ausgerüstet sind, nutzen bisher keine Lufttrocknung, um die Feuchtigkeit aus der komprimierten Luft zu entfernen. Dafür gibt es insbesondere zwei Gründe. Einerseits brauchen Reifen einen niedrigen Luftdruck, während Bremssysteme einen hohen Druck für die komprimierte Luft brauchen. Daher ist es für einen Fahrzeughersteller naheliegend, für Reifen eine einen Niedrigdruckkompressor mit einer hohen Flussrate zu nutzen und für das Bremssystem einen üblichen Hochdruckkompressor mit geringer Kapazität zu nutzen. Typischerweise verbraucht das Bremssystem ungefähr einige 100 Nltr/min innerhalb kurzer Zeiten (in Sekunden), während ein effektives Reifendruckeinstellsystem Flussraten von mehr als 1000 Nltr/min für Minuten braucht. Diese hohen Flussraten können durch einige existierende Kompressoren erzeugt werden. Allerdings gibt es kein effektives Lufttrocknungsverfahren, das in diesen Hochfluss-Niedrigluftdruck-Systemen genutzt werden könnte.
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Solche konventionellen Systeme sind beispielsweise in
WO 2011/001261 A1 ,
EP 2 340 974 B1 offenbart. Weitere landwirtschaftlich genutzte Luftbereitstellungssysteme sind in
US 7,555,903 B2 ,
EP 1 238 829 B1 und in
WO 2015/031713 A1 offenbart.
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Ein typisches landwirtschaftlich genutztes Fahrzeug braucht zwischen 4000 und 7000 Nltr Luft, um die Reifen von einem Minimaldruck auf einen Maximaldruck oder zumindest auf einen Druck aufzupumpen, der ein sicheres und angenehmes Fahren auf einer Asphaltstraße erlaubt. Um eine solche Menge an Luft in Reifen in einer akzeptablen kurzen Zeit zu pumpen, sind Pumpleistungen zwischen 1000 und 1200 Nltr/min erforderlich. Heutige Luftkompressoren für hohe Volumina, die für Nutzfahrzeuge verfügbar sind, erreichen eine maximale Flussrate von 1000 bis 1200 Nltr/min. Die Nutzung dieser Flussraten erfordert somit nur geringe Kompressor-Kosten.
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Leider kann eine mit einem Adsorbent gefüllte Kartusche nicht mit diesen hohen Flussraten mithalten. Falls sie dennoch mit diesen Flussraten betrieben wird, wird es zu einem unmittelbaren Durchbruch kommen, sodass keine Lufttrocknung durch die Kartusche oder den entsprechenden Filter erreicht wird.
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Aus den genannten Gründen können konventionelle Luftdruckeinstellsysteme nicht zuverlässig unter Frostbedingungen betrieben werden, sodass gefrorenes Wasser beispielsweise die Leitungen oder die Steuerventile verstopft oder diese zumindest negativ beeinträchtigt. Somit besteht ein Bedarf nach effektiven Lufttrocknungssystemen, die unter den oben beschriebenen Bedingungen betreibbar und mit geringem Aufwand herstellbar sind.
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Die vorliegende Erfindung löst das obengenannte technische Problem durch ein Luftbereitstellungssystem für ein Reifendruckeinstellsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 11 und ein Fahrzeug nach Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Weiterbildungen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftbereitstellungssystem für ein Reifendruckeinstellsystem zum Aufpumpen von zumindest einem Reifen eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug einen Kompressor zum Erzeugen einer Druckluft (an einem Auslass) und einen Reifendruckanschluss zum Bereitstellen der Druckluft für den zumindest einen Reifen umfasst. Das Luftbereitstellungssystem umfasst zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen, die parallel (bzgl. des Druckluftflusses) zwischen dem Auslass des Kompressors und dem Reifendruckanschluss geschaltet und konfiguriert sind, um die Druckluft von dem Kompressor parallel zu trocknen.
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Die Nutzung von zumindest zwei parallelen Lufttrocknungseinrichtungen löst die oben genannte technische Aufgabe, da die Anforderungen (z. B. die Variationsbreite) hinsichtlich der durchfließenden Luftmenge geringer sind als bei einer einzelnen Lufttrocknungseinrichtung, die eine hohe Flussrate bewältigen müsste.
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Weitere Ausführungsbeispiele umfassen zumindest einen Bremsdruckanschluss (Anschluss für eine Bremsdruckleitung), um Druckluft für zumindest eine (pneumatische) Bremse bereitzustellen, wobei der zumindest eine Bremsdruckanschluss an den Reifendruckanschluss koppelt.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der zumindest eine Bremsdruckanschluss mehrere Bremsdruckanschlüsse und das Luftbereitstellungssystem umfasst einen Verteiler, der zwischen dem Reifendruckanschluss und den mehrere Bremsdruckanschlüsse angeordnet und ausgebildet ist, um getrocknete Luft von dem Reifendruckanschluss auf zumindest einen Bremsdruckanschluss der mehreren Bremsdruckanschlüsse zu lenken oder zu verteilen.
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Hier und im Folgenden soll der Begriff „ausgebildet” so verstanden werden, dass eine entsprechende Konfiguration vorhanden ist, die die definierte Funktion liefert. Die entsprechenden Merkmale sind somit nicht nur geeignet, die Funktionen nach einer entsprechenden Konfigurierung bereitzustehen, sondern sind bereits konfiguriert, um die Funktion im Betrieb tatsächlich zu liefern.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Luftbereitstellungssystem ein Schutzventil, das ausgebildet ist, um den zumindest einen Bremsdruckanschluss bevorzugt mit Druckluft von dem Kompressor zu versorgen und Druckluft zur Reifendruckanpassung nur nachrangig bereitzustellen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst jede der zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen jeweils eine Lufttrocknungskartusche. Bei den Lufttrocknungskartuschen handelt es sich um Kartuschen, die beispielsweise ein Trockenmittel aufweisen, welches ausgebildet ist, um die Luftfeuchtigkeit aus der durchströmenden Luft zu entfernen. Außerdem ist es möglich, die durch das Trockenmittel aufgenommene Luftfeuchtigkeit wieder aus den Lufttrocknungskartuschen zu entfernen. Dabei wird typischerweise die Strömungsrichtung innerhalb der Lufttrocknungskartusche umgekehrt. Somit wird während eines solchen Regenerationszyklus Luft, die dann aus dem Eingang der Lufttrocknungskartusche ausströmt, einem Entlüftungsanschluss zugeleitet, sodass die feuchte Luft bzw. die Luftfeuchtigkeit der Lufttrocknungskartusche an die Umgebung abgegeben wird.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen jeweils zumindest ein Steuerventil zum Steuern/Schalten von Strömungspfaden und zumindest einen Entlüftungsanschluss zum Entlüften (d. h. Luft wird an eine Umgebung abgeben). Das Luftbereitstellungssystem umfasst eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Steuerventile in einen ersten Modus und/oder in einen zweiten Modus zu schalten. In dem ersten Modus ist ein erster Strömungspfad von dem Auslass des Kompressors zu dem Reifendruckanschluss ausgebildet (der zu einer Erhöhung eines Reifendruck nutzbar ist). In dem zweiten Modus ist ein zweiter Strömungspfad von dem Reifendruckanschluss zu dem zumindest einen Entlüftungsanschluss ausgebildet (der eine Regenerierung der zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen ermöglicht oder dafür nutzbar ist). Unter Regenerierung ist, wie bereits erwähnt, ein Abgeben der durch die Lufttrocknungseinrichtungen aufgenommenen Luftfeuchtigkeit an eine Umgebung zu verstehen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Fahrzeug zumindest ein Reservoir für Druckluft. Da das Reservoir typischerweise einen begrenzten Vorrat an Druckluft umfasst und dieser begrenzte Vorrat häufig nicht ausreicht, um beide Lufttrocknungskartuschen zu regenerieren, ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit das Luftbereitstellungssystem mehrfach in den Regenerationsmodus (zweiten Modus) schaltet, um so sukzessiv die durch die Lufttrocknungskartuschen aufgenommene Feuchtigkeit aus diesen zu entfernen. Daher kann die Steuereinheit weiter ausgebildet sein, um den zweiten Modus mehrfach hintereinander auszuführen, um zu einer möglichst vollständigen Regeneration der zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen unter Nutzung der Druckluft aus dem zumindest einen Reservoir zu gelangen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit insbesondere ausgebildet, um die zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen gleichzeitig anzusteuern, um eine parallele Arbeitsweise zu erreichen. Optional kann die Steuereinheit die beiden Lufttrocknungseinrichtungen beispielsweise bei geringen Flussraten auch abwechselnd und/oder zeitlich versetzt zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus schalten. Die Regenerationsphasen (zweiter Modus) können solange wiederholt werden, bis die Feuchtigkeit innerhalb der Lufttrocknungskartuschen unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Steuereinheit insbesondere ausgebildet, um eine Regeneration der zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen erst durchzuführen, wenn ein Reifendruck auf dem zumindest einen Reifen einen Mindestdruck oder einen gewünschten Wert erreicht hat (beispielsweise am Ende des Aufpumpprozesses). Somit kann sichergestellt werden, dass der Aufpumpprozess nicht durch einen Regenerationszyklus unterbrochen wird und somit schnell ausgeführt wird.
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Das Feuchtigkeitsniveau in der Lufttrocknungskartusche wird bei elektronischen Lufttrocknern durch die Menge an durchgedrückter Luft abgeschätzt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Luftbereitstellungssystem eine (und optional nur eine) Vorbehandlungseinheit, die zwischen dem Auslass des Kompressors und einer Verzweigungsstelle der Strömungspfade zu der ersten Lufttrocknungseinrichtung und der zweiten Lufttrocknungseinrichtung angeordnet ist. Die Vorbehandlungseinheit ist ausgebildet, um die von dem Kompressor kommende Druckluft vorzubehandeln, insbesondere abzukühlen. Da die (gemeinsame) Vorbehandlungseinheit noch vor der Verzweigungsstelle zu den beiden Lufttrocknungseinrichtungen ausgebildet ist, kommt es zu einer besseren Kühlung, da es an dieser Stelle noch zu keinem Druckverlust (und damit zu einer Abkühlung) infolge der Verzweigung zu den beiden Lufttrocknungseinrichtungen gekommen ist. Dadurch wird eine bessere Abkühlung durch die Vorbehandlungseinheit erreicht. Zu einer weiteren, zweiten Abkühlung kommt es an der Verzweigungsstelle, an welcher sich die Strömungspfade für die zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen aufspalten und dort ein Druckabfall auftritt. Dies führt zu einer effizienteren Abkühlung der Druckluft und dementsprechend zu einer besseren Kondensation von Öl oder anderen Verschmutzungen oder zu einer Wassertropfenbildung innerhalb der Druckluft, was die Arbeitsweise der parallel verbundenen Lufttrocknungseinrichtungen verbessert.
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Auch in Anlagen mit nur einer Lufttrocknungseinrichtung und moderaten Flussraten für Fahrzeuge mit kleinerem Reifenvolumen kann der Regenerationsprozess am Ende des Aufpumpprozesses ausgeführt werden. Daher umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Luftbereitstellungssystem für ein Reifendruckeinstellsystem, welches nur eine Lufttrocknungseinrichtung umfasst, ansonsten aber die gleichen Merkmale aufweisen kann wie das zuvor beschriebene Luftbreitstellungssystem.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug mit zumindest einem Reifen, einem Kompressor zum Erzeugen einer Druckluft und einem Reifendruckanschluss zum Bereitstellen der Druckluft für den zumindest einen Reifen, wobei das Fahrzeug eines der zuvor beschriebenen Luftbereitstellungssysteme aufweist. Das Fahrzeug umfasst im Allgemeinen natürlich mehrere Reifen, aber nicht alle Reifen müssen notwendigerweise an das Luftbereitstellungssystem angeschlossen sein.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Fahrzeug weiter eine Hydraulikanlage und einen Hydraulikmotor, der an die Hydraulikanlage und den Kompressor koppelt, um den Kompressor unter Nutzung der Hydraulikanlage des Fahrzeuges zu betreiben.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Fahrzeug weiter eine Fahrzeugsteuereinheit, die ausgebildet ist, um den Kompressor variable anzusteuern, sodass der Kompressor in der Lage ist, verschiedene Flussraten zum Aufpumpen des zumindest einen Reifens und zum Bereitstellen von Druckluft für die Bremse zu liefern.
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Das beschriebene Fahrzeug kann optional ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug, insbesondere ein Traktor, sein.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Reifendruckeinstellsystem mit einem der beschriebenen Luftbereitstellungssysteme für eines der genannten Fahrzeuge.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Luftbereitstellungssystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt schematisch einen relevanten Teil eines Fahrzeugs mit einem Luftbereitstellungssystem.
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3 zeigt beispielhafte Details der parallel geschalteten Lufttrocknungseinrichtungen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Luftbereitstellungssystems für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug umfasst einen Kompressor 60 zum Erzeugen einer Druckluft an einem Auslass 70 und einen Reifendruckanschluss 80 zum Bereitstellen der Druckluft für den zumindest einen Reifen. Das gezeigte Luftbereitstellungssystem ist geeignet oder ausgebildet, um zumindest einen Reifen eines Fahrzeuges aufzupumpen und umfasst zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120, die parallel zwischen dem Auslass des Kompressors 60 und dem Reifendruckanschluss 80 (fluid) geschaltet und konfiguriert sind, um die Druckluft von dem Kompressor 60 parallel zu trocknen.
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2 zeigt schematisch einen relevanten Teil eines Fahrzeugs mit einem Luftbereitstellungssystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug weist einen Motor 10, einen Hydraulikmotor 50, einen Kompressor 60, eine Hydraulikpumpe 230 als auch unterschiedliche Steuereinheiten 210, 160, 150 auf.
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Die Hydraulikpumpe 230 wird durch den Motor 10 angetrieben und stellt einen Hydraulikfluss bereit, der über Hydraulikventileinheiten 220 an diverse Hydraulikleitungen 240 weitergeleitet wird. Eine weitere Hydraulikleitung 241 von dem Hydraulikmotor 230 koppelt an den Hydraulikmotor 50. Durch den Hydraulikfluss über die weitere Hydraulikleitung 241 wird der Hydraulikmotor 50 durch ein Steuerventil steuerbar angetrieben. Der Hydraulikmotor 50 koppelt seinerseits an den Kompressor 60, sodass dieser Druckluft erzeugen kann.
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Die Druckluft wird an dem Auslass 70 des Kompressors 60 bereitgestellt. Der Auslass 70 koppelt an eine Vorbehandlungseinheit 170, die beispielsweise zum Kühlen der durch die Kompression aus dem Kompressor 60 aufgeheizten Druckluft dient. Am Auslass der von der Vorbehandlungseinheit 170 bereitgestellten abgekühlten Druckluft ist eine Verteilungsstelle angeordnet, die die vorbehandelte Druckluft einer ersten Lufttrocknungseinrichtung 110 und einer zweiten Lufttrocknungseinrichtung 120 zuführt.
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Die erste und zweite Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 trocknen die Druckluft und stellen sie an einem gemeinsamen Reifendruckanschluss 80 zur Nutzung bereit.
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An dem Reifendruckanschluss 80 ist zunächst ein Sicherheitsventil 142 angeordnet und daran anschließend ist ein Anschluss (Reifendruckleitung 80a) zum Aufpumpen des/der Reifen(s) ausgebildet. Das Sicherheitsventil 142 ist beispielsweise ausgebildet, um die durch den Kompressor 60 erzeugte und durch die Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 getrocknete Druckluft bevorzugt einem Bremssystem bereitzustellen und nur, wenn das Bremssystem nicht negativ beeinflusst wird, Druckluft an einen Reifen zum Aufpumpen zu leiten. Die Luftversorgung der Bremsanlage wird sinnvollerweise nur im Fall eingesetzt, wenn das Fahrzeug und/oder der Anhänger mit Druckluftbremsanlage versehen ist.
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Das pneumatische Bremssystem kann an mehrere Bremsdruckanschlüsse 130 koppeln, die über einen Verteiler 140 mit dem Reifendruckanschluss 80 verbunden sind. Der Verteiler 140 ist ausgebildet, um die an dem Reifendruckanschluss 80 bereitgestellte Druckluft entsprechend auf die einzelnen Reifendruckanschlüsse 130 (z. B. Anschlüsse der Bremsanlagenkreisen) aufzuteilen. Beispielsweise kann das System einen ersten Bremsdruckanschluss 130a (z. B. ein Bremsdruckkreisanschluss), einen zweiten Bremsdruckanschluss 130b (z. B. ein Bremsdruckkreisanschluss), einen dritten Bremsdruckanschluss 130c (z. B. ein Bremsdruckkreisanschluss) und einen vierten Druckanschluss 130d (z. B. ein Anschluss für Nebenverbraucherkreis) aufweisen. Außerdem können optional zwischen den Reifendruckanschlüssen 130 und dem Verteiler 140 Reservoirs für Druckluft vorgesehen sein. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Bremsdruckanschluss 130a und dem Verteiler 140 ein erstes Reservoir vorgesehen, zwischen dem zweiten Bremsdruckanschluss 130b und dem Verteiler 140 ein zweites Reservoir vorgesehen und zwischen dem dritten Bremsdruckanschluss 130c und dem Verteiler 140 ein drittes Reservoir vorgesehen. Es ist ebenfalls möglich, dass zwischen irgendeinem Druckanschluss 130 und dem Verteiler 140 kein Reservoir vorgesehen ist. Beispielsweise koppelt der vierte Druckanschluss 130d direkt an den Verteiler 140. Ebenso ist es optional möglich, dass an den Reservoirs Anschlüsse zum Entnehmen der Druckluft vorgesehen sind, wie sie beispielsweise in der 2 für das zweite Reservoir und das dritte Reservoir gezeigt sind.
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Daher kann Luftbereitstellungssystem parallel sowohl für das Bremssystem als auch für das Aufpumpen der Reifen genutzt werden. Wenn Bremsdruck benötigt wird, arbeitet der Kompressor in einem Modus zum Bereitstellen eines geringen Luftstromes (niedrige Kompressorgeschwindigkeit), um die Bremsdruckanschlüsse 130 zu versorgen. Dieser Modus wird im Vergleich zum Aufpumpen der Reifen bevorzugt ausgeführt. Dies kann dadurch umgesetzt werden, dass das Sicherheitsventil 142 einen höheren Öffnungsdruck aufweist als jedes Überströmventil, welches sich in dem Verteiler 140 (sogenanntes Mehrkreisschutzventil) befindet. Weitere Details für die Reifendruckeinstellung sind nicht gezeigt. Das entsprechende System kann beispielsweise folgende Komponenten umfassen: Drucksteuerungseinrichtung, Druckleitungen zu den Reifen, Drehdichtung zwischen den drehenden und stationären Komponenten an der Radachse, Radventil an der Felge.
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Die Steuereinheiten 210, 160, 150 umfassen beispielsweise eine Steuereinheit 150 für das Luftbereitstellungssystem, eine Bremssteuereinheit 160 und eine Fahrzeugsteuereinheit 210. Die Steuereinheit 150 ist beispielsweise ausgebildet, um entsprechende Ventile in den ersten und zweiten Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 zu schalten. Die Bremssteuereinheit 160 ist ausgebildet, um eine Funktionsweise der Bremsen zu steuern und die Fahrzeugsteuereinheit 210 ist beispielsweise ausgebildet, um die Hydraulikventile 220 zu steuern, um so auch den Antrieb des Hydraulikmotors 50 durch eine Steuerung der Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit im Einklang mit der Ventilsteuerung der Steuereinheit 150 zu ändern. Ferner erfasst die Fahrzeugsteuereinheit 210 optional den Hydraulikdruck an den einzelnen Hydraulikleitungen über Drucksensoren. Die Luftzuführung zu dem Kompressor 60 kann beispielsweise über den Motor 10 (z. B. über das Motorenluftversorgungsystem) über entsprechende Leitungen erfolgen.
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3 zeigt weitere Details der parallel geschalteten Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120, die in dem gezeigten Beispiel eine erste Lufttrocknungseinrichtung 110 und eine zweite Lufttrocknungseinrichtung 120 umfassen, die parallel zwischen dem Auslass 70 und dem Reifendruckanschluss 80 geschaltet sind. Der Übersicht halber ist in der 3 die Vorbehandlungseinheit 170 weggelassen, die vor dem Verzweigungspunkt zu der ersten Lufttrocknungseinrichtung und der zweiten Lufttrocknungseinrichtung 110, 120 optional ausgebildet sein kann.
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Die erste Lufttrocknungseinrichtung 110 weist Ventileinrichtungen 112a, b, c, an denen Entlüftungsanschlüsse 114a, b, c vorgesehen sind, eine Lufttrocknungskartusche 116, Rückschlagventile 117 und eine Drossel 118 auf. Die zweite Lufttrocknungseinrichtung 120 ist beispielsweise in gleicher Weise aufgebaut und weist somit ebenfalls Ventileinrichtungen 122a, b, c, Entlüftungen 124a, b, c, eine Lufttrocknungskartusche 126 und Rückschlagventile 127 auf.
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Im Folgenden wird die erste Lufttrocknungseinrichtung 110 im Detail beschrieben, wobei die Details in gleicher Weise für die zweite Lufttrocknungseinrichtung 120 umgesetzt sein können.
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Ein Einlass der ersten Lufttrocknungseinrichtung 110 koppelt an den Auslass 70 des Kompressors 60 (nicht gezeigt in 3) und ein Auslass der ersten Lufttrocknungseinrichtung 110 koppelt an den Reifendruckanschluss 80. Zwischen dem Einlass und dem Auslass ist die Lufttrocknungskartusche 160 und ein in Strömungsrichtung zu dem Reifendruckanschluss 80 offenes erstes Rückschlagventil 117a angeordnet. Außerdem ist in (anti-)Parallelschaltung zu dem ersten Rückschlagventil 117a eine erste Ventileinrichtung 112a und ein zweites Rückschlagventil 117b angeordnet, welches einen Strömungspfad in umgekehrter Strömungsrichtung (d. h. von dem Reifendruckanschluss 80 bei offener Ventileinrichtung 112a und daher ist es eigentlich eine anti-Parallelschaltung) ermöglicht. Ferner koppelt zwischen dem Auslass 70 und der Lufttrocknungskartusche 116 eine zweite Ventileinrichtung 112b, die parallel mit der Ventileinrichtung 112a angesteuert und geöffnet wird und in einem geöffneten Zustand den Einlass der Lufttrocknungskartusche 116 (in Richtung zu dem Auslass 70) mit einer Entlüftung 114b verbindet. Schließlich ist der Reifendruckanschluss 80 über eine dritte Ventileinrichtung 112c mit einem weiteren Anschluss schaltbar verbunden, der jedoch für die vorliegende Erfindung keine wesentliche Bedeutung hat. Ferner wird die Ventileinrichtung 112c angesteuert und umgeschaltet, um dadurch den Steuerdruck an der Ventileinrichtung 112b anzusteuern und die Ventileinrichtung 112b umzuschalten.
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Die erste Ventileinrichtung 112a und die dritte Ventileinrichtung 112c werden durch die Steuereinheit 150 (nicht gezeigt) mit Steuersignalen gesteuert, um diese Ventileinrichtungen entweder in Sperr- oder in Durchlassrichtung zu schalten. Die zweite Ventileinrichtung 112b wird von der dritten Ventileinrichtung 112c mit Druck angesteuert.
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Beispielsweise wird in einem Reifendruckaufpumpmodus (erster Modus) die erste Ventileinrichtung 112a, die zweite Ventileinrichtung 112b und die dritte Ventileinrichtung 112c geschlossen (d. h. ein Stromfluss durch die Ventileinrichtung ist nicht möglich). Damit wird von dem Auslass 70 zu dem Reifendruckanschluss 80 ein erster Strömungspfad ausgebildet, wobei ein Rückstrom durch die geschlossene erste Ventileinrichtung 112a verhindert wird. Entlang dieses ersten Strömungspfads kann der Kompressor 60 Druckluft zu den Reifendruckanschluss 80 pumpen, wobei gleichzeitig eine Lufttrocknung durch die Lufttrocknungskartusche 116 erfolgt.
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In einem zweiten Modus (Regenerationsmodus) wird die erste Ventileinrichtung 112a geöffnet und parallel die dritte Ventileinrichtung 112c geöffnet (d. h. ein Stromfluss durch die Ventileinrichtung wird möglich). Dementsprechend kann bereits getrocknete Luft von dem Reifendruckanschluss 80 über den Auslass der ersten Lufttrocknungseinrichtung 110 in die erste Ventileinrichtung 112a fließen. Hierbei verhindert das erste Rückschlagventil 117a, dass die Luft direkt zu der Lufttrocknungskartusche 116 gelangen kann. Nach dem Passieren der ersten Ventileinrichtung 112a, gelangt die Druckluft über das zweite Rückschlagventil 117b zu dem Auslass der Lufttrocknungskartusche 116, wobei der entsprechende Fluss über eine Drossel 118 geregelt wird. Nach dem Passieren die Lufttrocknungskartusche 116 in umgekehrter Strömungsrichtung, gelangt die Druckluft über die zweite Ventileinrichtung 112b, die in diesem Modus ebenfalls geöffnet ist, hin zu dem Entlüftungsanschluss 114b an der zweiten Ventileinrichtung 112b und wird somit an die Umgebung abgegeben. Ein Rückfluss hin zu dem Auslass 70 kann durch den Kompressor blockiert werden.
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Die zweite Lufttrocknungseinrichtung 120 ist in gleicher Weise aufgebaut wie die erste Lufttrocknungseinrichtung 110, so dass eine wiederholte Beschreibung nicht erforderlich ist.
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Die Steuereinheit 150 ist ausgebildet, beide Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 gezielt anzusteuern, um ein Schalten zwischen dem ersten und zweiten Modus gleichzeitig, zeitlich versetzt oder abwechselnd zu erreichen.
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Die elektronisch-gesteuerte Lufttrocknung ist auch für das folgende Problem vorteilhaft. Im Allgemeinen arbeiten Lufttrocknungseinrichtungen periodisch mit häufigen Regenerationszyklen, um die Lufttrocknungskartuschen vor dem Durchbruch zu bewahren. Andererseits ist es jedoch sinnvoll, dass die Regeneration erst beginnt, wenn die Reifen vollständig oder ausreichend aufgepumpt sind. Daher werden gemäß Ausführungsbeispielen die Lufttrocknungskartuschen erst regeneriert, wenn sie kurz vor dem Durchbruch stehen. Wenn die Lufttrocknungskartuschen nahezu voll sind (mit Wasser), wird daher der Aufpumpprozess unterbrochen und es erfolgt eine Regeneration.
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In der Praxis reichen zwei Lufttrocknungskartuschen für ca. 8000 Nltr. Daher kann das Verfahren für nahezu alle Traktoren genutzt werden, da ca. 4000 bis 7000 Nltr. für übliche Reifengrößen ausreichend sind. Wenn der Aufpumpprozess unterbrochen wird oder abgeschlossen ist, werden beispielsweise 10 aufeinanderfolgende Regenerationen durchgeführt, die insgesamt ca. 6...7 Minuten dauern. Um die genannte Menge an Luft mit einer Flussrate von beispielsweise 1300 Nltr./min zu erreichen, werden erfindungsgemäß wie gesagt zwei (oder mehr) Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 eingesetzt.
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Daher werden gemäß Ausführungsbeispielen die Regenerationsperioden ans Ende des beispielhaften Aufpumpprozesses verschoben. Dies ist sinnvoll, da jede Regeneration ca. 20 bis 30 Sekunden braucht und ansonsten eine zu lange Unterbrechung des Reifen-Aufpumpprozesses nötig wäre, der üblicherweise innerhalb von ca. 3 Minuten abgeschlossen sein sollte. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Allgemeinen bei einer Regeneration für eine Menge an Wasser in einer Lufttrocknungskartusche eine gleiche Menge an getrockneter Luft erforderlich ist (die diese Menge an Luft dann wieder aufnehmen muss).
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Diese Vorgehensweise kann durch konventionelle Lufttrocknungsanlagen, z. B. eine nicht-elektronisch gesteuerte APU (air processing unit), bei der das Ein- und Ausschalten der Regeneration druckgesteuert ist, nicht erreicht werden. Um außerdem die Kosten gering zu halten, können für die Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 bekannte halb-elektronisch gesteuerte Einheiten genutzt werden.
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Wesentliche Aspekte der Ausführungsbeispiele der 2 und 3 können auch wie folgt zusammengefasst werden.
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Ein (landwirtschaftliches) Fahrzeug umfasst eine Maschine 10, die eine hydraulische Pumpe 230 (beispielsweise mit einem variablen axialen Hub) antreibt. Die hydraulische Pumpe 230 versorgt ein hydraulisches System und mehrere Proportionalventile 220 mit einer hydraulischen Flüssigkeit. An den Ausgaben 240 können unterschiedliche (landwirtschaftliche) Geräte angeschlossen werden. Eine der hydraulischen Leitungen 241 kann genutzt werden, um den Hydraulikmotor 50 bei Bedarf anzutreiben, der direkt an einem Kolbenkompressor 60 koppelt. Die Ausgabe des Kompressors 60 versorgt zwei Lufttrocknungseinheiten 110, 120, wobei eine gemeinsame Ausgabeleitung dieser Lufttrocknungseinheiten 110, 120 zu den Reifen geführt wird und gegebenenfalls das Bremssystem 130 mit Druckluft versorgt. Optional kann über das Sicherheitsventil 142 das Bremssystem bevorzugt bedient werden und die Reifendruckleitung 80a erst sekundär mit Druckluft versorgt werden. Die Versorgungsleitung 70 von dem Kompressor 60 wird in zwei Lufttrocknungseinheiten 110, 120 aufgeteilt und mündet am Ausgang wieder in einem Reifendruckanschluss 80.
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In beiden Lufttrocknungseinrichtungen 110, 120 sind die ersten Ventileinrichtungen 112a, 122a beispielweise Regenerationsventile und die dritten Ventileinrichtungen 112c, 122c beispielsweise Entlüftungs-Servoventile. Die ersten Ventileinrichtungen 112a, 122a und die dritten Ventileinrichtung 112c, 122c können beispielsweise simultan durch die Steuereinheit 150 angesteuert werden, wenn auch möglicherweise mit unterschiedlichen Parametern.
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In der Aufpumpphase (erster Modus) sind alle Ventileinrichtungen 112, 122 geschlossen. In der Regenerationsphase (zweiter Modus) sind alle Ventileinrichtungen 112, 122 geöffnet, so dass getrocknete Luft durch die Trocknungskartuschen 116, 126 über Drosseln 118, 218 gelangt. Die Regenerationsluft wird über das Entlüftungsventil (zweite Ventileinrichtungen 112b, 122b), die durch die dritten Ventileinrichtungen 112c, 122c betrieben werden, in die Umgebung strömen.
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Mit den so-definierten Phasen ist es möglich, dass nach der Aufpumpperiode die Feuchtigkeit aus den Kartuschen entfernt wird. Dies kann durch die Regenerationsphase geschehen, welche typischerweise einige Minuten braucht. Die Regenerationsphase nutzt eine sogenannte erzwungene Regenerationsfunktion, da es keinen signifikanten Verbrauch bedarf, um einen gemeinsamen Ein-/Ausschalt-Zyklus auszulösen. Daher werden elektronisch gesteuerte Lufttrockner mit einer geeigneten Steuerung genutzt. Da jedoch das Volumen des Reservoirs getrockneter Luft geringer sein kann als es für eine vollständige Regeneration der Kartuschen erforderlich ist, können in dem erfindungsgemäßen System mehrere Regenerationszyklen genutzt werden.
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Es ist weiter von Vorteil, den Kompressor unabhängig von der aktuellen Maschinendrehzahl zu betreiben, um beispielsweise das Aufpumpen der Reifen mit einer maximalen Flussrate immer zu erreichen. Eine bevorzugte Ausführung nutzt die existierende hydraulische Infrastruktur des Fahrzeuges, wobei einen Hydraulikmotor an den Kompressor zu koppeln, der mit einer Maximalgeschwindigkeit bei Bedarf betrieben werden kann. Andererseits ist für eine Luftversorgung des Bremssystems eine solch hohe Flussrate nicht erforderlich, so dass der Kompressor mit einer niedrigeren Geschwindigkeit (niedrigere Flussrate) betrieben werden kann.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich insbesondere auf zwei Lufttrockner, die parallel miteinander verbunden sind, um eine Reifendrucksystem einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine zu versorgen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Reifen über einen extra Anschluss bei Nutzung der Lufttrocknungskartuschen gleichzeitig aufgepumpt werden.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt nach einer Aufpumpperiode ein Entfernen der Luftfeuchtigkeit von den Kartuschen durch mehrere Regenerationszyklen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die Lufttrockner elektronisch gesteuert, um eine gleiche erzwungene Arbeitsweise zu ermöglichen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen die folgenden Vorteile auf.
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Es ist ausreichend, einen einzigen Kompressor zu nutzen, der Luft sowohl für das Bremssystem als auch für das Reifeneinstelldrucksystem bereitstellt. Dieser Kompressor kann bevorzugt das Bremssystem versorgen, idealerweise mit einer geringen Flussrate und geringer Geschwindigkeit. Wenn der Reifendruck erhöht werden muss, kann der gleiche Kompressor in einen Hochgeschwindigkeitsmodus geschaltet werden, um eine maximale Flussrate zu erreichen.
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Da Ausführungsbeispiele zu einer Reduktion der Flussrate auf ungefähr 500 bis 650 Nltr/min bei den einzelnen Kartuschen führen, können die üblichen, kostengünstigen Kartuschen genutzt werden, um Luftfeuchtigkeit aus einer beträchtlichen Luftmenge aufzunehmen. Trotzdem können, da zwei Lufttrockner parallel miteinander verbunden werden, in den meisten Fällen die Reifen in einem Schritt mit einer hohen Flussrate aufgepumpt werden, zumindest bis auf ein solches Niveau, dass sie sicher auf einer Asphaltstraße genutzt werden können.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 50
- Motor
- 60
- Kompressor
- 70
- Auslass
- 80
- Reifendruckanschluss
- 80a
- Reifendruckleitung
- 110, 120
- zumindest zwei Lufttrocknungseinrichtungen
- 112, 122
- Steuerventil
- 114, 124
- Entlüftungsanschluss
- 116, 126
- Lufttrocknungskartuschen
- 117, 127
- Rückschlagventile
- 118, 128
- Drossel
- 130
- zumindest einen Bremsdruckanschluss
- 140
- Verteiler
- 142
- Sicherheitsventil
- 150
- Steuereinheit
- 160
- Bremssteuereinheit
- 170
- Vorbehandlungseinheit
- 210
- Fahrzeugsteuereinheit
- 230
- Hydraulikpumpe
- 240
- Hydraulikleitungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/001261 A1 [0006]
- EP 2340974 B1 [0006]
- US 7555903 B2 [0006]
- EP 1238829 B1 [0006]
- WO 2015/031713 A1 [0006]
