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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Druckluftsysteme für Kraftfahrzeuge, und im Besonderen
ein System, das ein Lufttrocknerpaar zum Entfeuchten von Druckluft einsetzt,
und ein Verfahren zum Steuern eines Lufttrocknerpaars zum Entfeuchten
von Druckluft.
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Transitbusse
und luftunterstützte
Schüttgut-Entladungseinheiten
sind beispielhaft für
Druckluftsysteme, die zum Betreiben der Bremsen des Fahrzeugs ebenso
wie zum Betreiben von zu den Fahrzeugen gehörigem Zubehör verwendet werden. Ein Standard-Lufttrockner kann
den Anforderungen dieser Systeme nicht entsprechen. Ein Trockenmaterial
im Lufttrockner wird überwältigt und
gesättigt, was
letztlich zu einem Funktionsverlust führt.
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Durchlauf-Lufttrockner
sind für
Luftbremsen-Fahrzeuganwendungen erforderlich, bei denen ein hoher
Luftverbrauch verlängerte
Ladezeiten und hohe Verdichterarbeitszyklen erfordert. Durchlaufsysteme
verwenden deshalb typischerweise ein parallel zwischen einer Druckluftquelle
und einem Speicherbehälter
angeordnetes Lufttrocknerpaar. Durch gelegentliches Spülen von
Luft zum Ausstoß aus
einem Lufttrockner wird der Trockner (speziell das Trockenmaterial)
regeneriert und ist bei seinem nächsten
Beanspruchungszyklus effektiver im Entfeuchten. Entsprechend verwenden
frühere
Systeme eine Umschaltanordnung, die das Lufttrocknerpaar zwischen
dem Laden des Behälters
und dem Spülen abwechselt,
d.h., ein Lufttrockner wird regeneriert, während der andere Lufttrockner
dem Behälter
trockene Luft zur Verfügung
stellt.
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Bekannte,
konkurrenzfähige
Zwillingstrockneranordnungen arbeiten so, dass bei einer Unterbrechung
des Zyklus das System neu startet. Jedoch setzt entweder eine Default-Vereinbarung
fest, dass derselbe Lufttrockner den Zyklus beginnt, oder der Zyklus
ist zufällig,
und es besteht eine fünfzigprozentige
(50%) Wahrscheinlichkeit, dass der gesättigte Lufttrockner zum anfänglichen
Laden des Behälters beim
Start verwendet werden wird. Demnach wird derselbe Lufttrockner
wieder und wieder entweder für einen
Standard-Bremssystemladezyklus verwendet, d.h. für normalen Bremssystemluftverbrauch,
oder für
mit dem Betreiben von speziellen Fachfunktionen, wie beispielsweise
luftunterstützte
Schüttgutentladung,
Reifenaufpumpen etc., verbundenen hohen Luftverbrauch.
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Der
normale Bremsmodus umfasst das Laden des Systembehälters, der
speziell zum Bremsen verwendet wird. Daher besteht eine fünfzigprozentige
(50%) Wahrscheinlichkeit, dass die zuvor verwendete (und nun gesättigte)
Lufttrocknerpatrone die erste sein wird, die für den nächsten Ladezyklus verwendet
wird. Dies erhöht
die Wahrscheinlichkeit, dass feuchte Luft in das System eingeführt wird – ein unerwünschtes
Resultat. Da eine Patrone häufiger als
die andere verwendet wird, trifft außerdem eine zyklische, zu den
Zwillingstrocknern gehörige
Wartung auf eine Patrone, die einen Service braucht, und auf die
andere Patrone, die immer noch verwendbar ist. Diagnostiken zum
separaten Testen der individuellen Einsätze sind ohne zusätzliche
Testausrüstung derzeit
nicht erhältlich.
Um die unnötigen
Kosten von zusätzlicher
Testausrüstung
zu vermeiden und die Produktivität
eines Wartungszeitplans zu maximieren, wäre es daher vorzuziehen, dass
beide Lufttrockner zur selben Zeit gewartet werden sollen.
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Die
US-A-4812148 beschreibt ein Druckluftsystem, welches einen Luftverdichter,
einen Behälter zum
Speichern von vom Verdichter bereitgestellter Luft, einen ersten
und einen zweiten Lufttrockner, die parallel zwischen dem Verdichter
und dem Behälter eingefügt sind,
und eine Steuerung zum selektiven Initiieren und Umschalten von
Lufttrocknen und Spülen
der Lufttrockner durch elektronische Steuersignale umfasst, wobei
die Steuerung einen Speicher zum Speichern von Information bezüglich dessen
umfasst, welcher des ersten und zweiten Lufttrockners zuletzt zum
Trocknen der Druckluft verwendet worden war. Die Druckschrift beschreibt
auch den Betrieb eines solchen Druckluftsystems.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zieht ein neues Steuerungsmodul für einen
kontinuierlichen Durchlauf von Zwillingslufttrocknern in Erwägung, welche die
oben erwähnten
und andere Probleme überwinden.
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Das
Druckluftsystem der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 7 definiert
und umfasst einen Luftverdichter und einen Behälter zum Speichern von Druckluft.
Ein erster und ein zweiter Lufttrockner sind zwischen dem Verdichter
und dem Behälter
eingefügt,
um der Luft Feuchtigkeit zu entziehen, bevor sie im Behälter gespeichert
wird. Ein Steuermodul ist wirksam mit dem ersten und zweiten Lufttrockner
verbunden, um einen Lufttrocknungs- oder Behälterladezyklus in einem der
Lufttrockner zu initiieren und einen Spülzyklus im anderen Lufttrockner,
und um periodisch die Trocken- und Spülzyklen zwischen den Lufttrocknern
umzuschalten. Das Steuermodul überwacht
die Verwendung der Lufttrockner, so dass bei einer Unterbrechung
des Zyklus das System zunächst
den Lufttrockner regeneriert oder spült, der zuletzt zum Trocknen
verwendet worden war.
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Das
Steuermodul stellt sicher, dass ein angemessener Druck für die Trocknungsleistung
existiert und dass ausreichend Luft zum Erfüllen der Fahrzeug-Luftbedürfniss vorhanden
ist.
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Das
Steuermodul ist auch mit einem mit dem Verdichter verbundenen Regler
verbunden.
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Ein
zu dem Druckluftsystem gehöriges
Steuerverfahren stellt sicher, dass eine angemessene Trocknungsleistung
erreicht wird, indem es den Lufttrockner identifiziert, der zuletzt
zum Trocknen verwendet wurde, und diesen Trockner vor dem Regenerieren
des anderen Lufttrockners regeneriert, wie in Anspruch 1 definiert.
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Ein
Hauptvorteil der Erfindung liegt in einer verbesserten Leistung,
welche die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Feuchtigkeit im Druckluftsystem mitgenommen
wird.
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Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist mit dem Minimieren des Risikos
der Trocknersättigung
und des darauffolgenden Funktionsausfalls verbunden.
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Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist mit einem gleichmäßiger ausgeglichenen
Einsatz des ersten und zweiten Lufttrockners verbunden, so dass eine
Wartung an beiden Patronen zur selben Zeit optimal ausgeführt werden
kann.
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Weitere
Vorteile und Leistungen der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen
und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung klar werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann eine physikalische Form in bestimmten Teilen und
Anordnungen von Teilen annehmen. Eine bevorzugte Ausführungsform
und ein bevorzugtes Verfahren zum Steuern von Durchlauf-Zwillingslufttrocknern
werden in dieser Spezifikation beschrieben und in den begleitenden
Zeichnungen veranschaulicht. Die Zeichnungen umfassen:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Druckluftsystems gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Zwillingslufttrockneranordnung;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Steuermoduls;
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4 ist
ein vereinfachtes Flussdiagramm des bevorzugten Steuerprozesses.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und des bevorzugten
Verfahrens
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Nun
in Bezug auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen die bevorzugte
Ausführungsform und
das bevorzugte Verfahren der Erfindung lediglich veranschaulichen
und keine Einschränkung
der Erfindung beabsichtigen, zeigen die Figuren ein Durchlauf- Zwillingslufttrocknersystem
A. Das System umfasst einen Luftverdichter 10, der typischerweise
vom Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, zu dem das System
gehört.
Häufig
wird ein Hubkolbenverdichter mit einer rotierenden Kurbelwelle verwendet, obwohl
jeder konventionelle Verdichter in das System integriert werden
kann, ohne den Bereich und die Intention der vorliegenden Erfindung
zu verlassen.
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Der
Verdichter liefert Druckluft durch einen Anschluss 12 an
eine Versorgungsleitung 14. In der Versorgungsleitung 14 sind
ein erster 16 und ein zweiter Lufttrockner 18 angeordnet.
Wie dargestellt, sind die Lufttrockner parallel angeordnet, so dass
ein Durchfluss durch die Versorgungsleitung 14 entweder
einen oder beide der Lufttrockner auf seinem Weg in Richtung des
Speicherbehälters 20 durchlaufen
kann. Da die Struktur und der Betrieb der Lufttrockner jeweils im
Wesentlichen identisch ist, werden aus Gründen der Konsistenz und Kürze dieselben
Ziffern dieselben Komponenten der Lufttrockner bezeichnen. Jeder
Lufttrockner umfasst einen Versorgungsanschluss 30. Daher
wird die Druckluft von der Versorgungsleitung der Basis eines konventionellen
Lufttrockners bereitgestellt, wo sie ein Trockenmaterialbett durchläuft. Feuchtigkeit
wird der Luft entzogen, indem sie durch das Trockenmaterial läuft, bevor
sie den Lufttrockner am Auslassanschluss 32 verlässt.
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Zusätzlich umfasst
jeder Lufttrockner einen Steueranschluss 34, der über die
Leitung 36 (zum ersten Lufttrockner gehörig) und die Leitung 38 (zum zweiten
Lufttrockner gehörig)
kommuniziert. Die anderen Enden der Steuerleitungen 36, 38 sind
mit einer Steuerung oder einem Steuermodul 40 verbunden,
im Besonderen an dessen Anschlüssen 42, 44. Wie
im Stand der Technik bekannt ist, wird vom Modul ein Steuersignal
zum Initiieren eines Spül- oder Regenerierungszyklus
bereitgestellt. Wenn ein Signal zum Steueranschluss eines Lufttrockners übertragen
wird, wird der Versorgungsanschluss 30 im Allgemeinen geschlossen
und ein Durchgang zu einem Entlüftungsanschluss 50 geöffnet. Daher
wird im Trockenmaterialbett des Lufttrockners gespeicherte Druckluft
durch den Entlüftungsanschluss
in die Umgebung entlüftet,
wodurch das Trockenmaterialbett gespült und für den nächsten Trocknungszyklus wieder
geladen wird. Wie oben angemerkt, ar beiten die Lufttrockner parallel,
so dass ein Lufttrockner für
den Trocknungszyklus verwendet wird, während der andere Lufttrockner
gespült
wird. Periodisches Umschalten des Betriebs der Lufttrockner wird
durch das Steuermodul herbeigeführt,
um die abwechselnden Spül-
und Trocknungszyklen einzuleiten.
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Zusätzlich steht
der Speicherbehälter über die
Leitung 60 in Verbindung mit dem Steuermodul. Dadurch überwacht
das Steuermodul den Druck im Speicherbehälter. Ebenso ist die Leitung 60 mit
einem Anschluss 64 verbunden, der zu einem Regler 66 für den Verdichter
gehört.
Wenn der Vorratsbehälter
einen vorgegebenen Druck erreicht, erzeugt der Regler ein Signal
zum Deaktivieren des Verdichters. Zusätzlich steht der Regler über einen
Anschluss 70, eine Leitung 72 und einen Anschluss 74 des
Steuermoduls mit dem Steuermodul in Verbindung.
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Verständlicherweise,
steht der Speicherbehälter 20 in
Verbindung mit einer Leitung 80, die mit dem Bremsen für das Fahrzeug
in Zusammenhang steht. Weitere Einzelheiten des Luftbremssystems sind
konventionell und gehören
insbesondere nicht zur vorliegenden Anordnung, so dass eine weitere Diskussion
hier für
unnötig
erachtet wird. Eine Leitung 82, die vom Speicherbehälter 20 wegführt, repräsentiert
den Hochluftverbrauchsmodus, beispielsweise luftunterstütze Schüttgutentladung,
Reifenaufpumpen etc..
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Im
Allgemeinen ist die Anordnung und der Betrieb eines Durchlauf-Zwillingslufttrocknersystems,
wie es bis zu diesem Punkt beschrieben wird, im Stand der Technik
konventionell, aber zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung eingeschlossen.
Ein ähnliches
Druckluftsystem mit Zwillingslufttrocknern wird im US-Patent Nr.
5,209,764 des gleichen Inhabers gezeigt und beschrieben.
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Weiterhin
in Bezug auf 1 und mit zusätzlichem
Bezug auf 2 und 3, sind
Details der Zwillingslufttrockner und des Steuermoduls dargestellt.
Das in 3 gezeigte Steuermodul umfasst den Anschluss 62,
der mit der Luftleitung 60 vom Speicherbehälter verbunden
ist. Der Anschluss ist vorzugsweise an einer Seite des Moduls zusammen mit
dem Anschluss 74 angeord net, der mit einer in Verbindung
mit dem Regler stehenden Luftleitung 72 verbunden ist.
Der mit dem ersten Trockner verbundene Steueranschluss 42 ist
auf einer Seite des Modulgehäuses
gezeigt, und der (nicht gezeigte) mit dem anderen Lufttrockner verbundene
Steueranschluss 44 ist an der gegenüberliegenden Seite angeordnet.
Zusätzlich
ist ein elektrischer Stromzugang 84 an der Vorderseite
gezeigt, der auch durch die gestrichelte Linie 86 in 1 dargestellt
ist, um das Modul mit Strom zu versorgen. Natürlich kann die jeweilige Position
und Lage der Anschlüsse
verändert
werden, um den individuellen Bedürfnisse
des Systems gerecht zu werden.
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Obwohl
nicht dargestellt, nimmt das Steuermodul ein Paar von Druckschaltern
in einem Magnetbündel
im Gehäuse
auf. Die Drei-Wege-Magnete sind
in einem gemeinsamen Paket bereitgestellt und stellen eine elektrische
Verbindung mit dem Elektronikmodul über ein Drei-Pin-Verbindungselement 90 her.
Das Modul kann vorzugsweise auch ungeachtet der Polarität der Anschlüsse arbeiten.
Diese Ausgestaltung ermöglicht,
dass das Modul als ein unabhängiges
Gerät verwendet
oder am Trocknerkörper
befestigt wird, wie in 2 dargestellt. Die Software oder
Steuerlogik und die Druckschalter steuern das Umschalten zwischen
den Lufttrocknern. Dies ermöglicht
einem Trockner eine Regenerierung, während der andere Trockner dem
System saubere, trockene Luft zur Verfügung stellt. Wiederum sind
spezielle Details der Magnetventilanordnung für ein volles und lückenloses
Verständnis
der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, so dass eine weitere
Diskussion hier für
unnötig
erachtet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das Steuermodul den Speicher 100 in seiner
Schaltung, der beispielsweise den Behälterdruck, den mit dem Verdichter
verbundenen Regler und den Betrieb der Zwillingslufttrockner überwacht.
Der Speicher ermittelt, welcher Trockner zuletzt zum Trocknen verwendet
wurde. Wenn der Zyklus unterbrochen wird, regeneriert das System
auf diese Weise vorzugsweise den im vorigen Zyklus zuletzt zum Trocknen
verwendeten Lufttrockner. Dies gewährleistet, dass ungeachtet
des Trocknungsmodus der zuletzt regenerierte Trockner zum Trocknen
von eingehender Luft verwendet wird. Zusätzlich minimiert dies das Risiko einer
Trocknersättigung
und eines Funktionsverlusts. Die Trockner werden daher nach diesem
Protokoll gleichmäßiger eingesetzt,
so dass planmäßige Wartungsanforderungen
für die
Trockenmaterialpatronen bequem zur selben Zeit ausgeführt werden.
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Dies
steht im Gegensatz zu früheren,
bekannten Anordnungen, die keine Speicherfunktion aufwiesen. Es
war entweder eine zufällige
Umschaltung oder eine mit Voreinstellung zum Neustart unter Verwendung
desselben Lufttrockners für
das Laden des Behälters,
der bei der Unterbrechung des Trockenzyklus im Einsatz war, erhältlich.
Diese Ausgestaltungen ergaben, dass derselbe Lufttrockner wiederholt
verwendet wurde, während
der zweite Lufttrockner nur gelegentlich verwendet wurde. Mit den
früheren
Ausgestaltungen ergaben sich wesentliche Unterschiede im Einsatz
der Lufttrocknerpatronen, so dass bei Durchführung einer planmäßigen Wartung
die Trockenpatronen nicht gleichermaßen verwendet worden waren.
Beispielsweise ließen
die zufälligen
Neustartregelungen mit fünfzigprozentiger (50%)
Wahrscheinlichkeit zu, dass die zuvor verwendete und gesättigte Patrone
der für
den nächsten
Ladungszyklus verwendete Lufttrockner sein würde. Wie oben angedeutet ist
dies unerwünscht,
da sich die Wahrscheinlichkeit eines Eindringens von feuchter oder
nasser Luft in das Druckluftsystem erhöht.
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Der
Speicher und die Funktion des Speichers in der vorliegenden Erfindung
sind in 4 dargestellt. Der Speicher 100 ist
mit dem Steuermodul 40 verbunden, und das repräsentative
Flussdiagramm stellt seine Verwendung beim Lösen der erwähnten Probleme dar. Speziell
stellt das Modul fest, welcher Lufttrockner zuletzt zum Bereitstellen
von trockener Luft an den Speicherbehälter verwendet wurde. Daher
wird der Speicher in Schritt 102 gelesen, und in Schritt 104 eine
Entscheidung getroffen, um festzustellen, welche Patrone für Trocknungszwecke
verwendet wird und welche Patrone gespült wird. Der rechte und der
linke Zweig des Flussdiagramms sind im Betrieb symmetrisch, so dass
dieselben Ziffern sich auf dieselben Schritte im Steuerprozess beziehen.
Bei Beginn des betreffenden Spül- oder
Trocknungszyklus 106, 106' schreibt die Software dann bei
Schritt 108, 108' in
den Speicher, um die Information zu speichern, welche Patrone zum Trocknen
verwendet wird. Beim Entscheidungsbaum 110, und wenn keine
Unterbrechung vorliegt, ist der Zyklus vollständig. Ist er einmal vollständig, werden die
Lufttrockner bei Schritt 112, 112' umgeschaltet. Wiederum wird der
Speicher bei Schritt 114, 114' überschrieben, und in Schritt 116, 116' wird eine Entscheidung
getroffen, ob der vorgegebene Druck im Speicherbehälter 20 erreicht
wurde. Wenn der Behälterdruck
die Schwelle nicht erreicht hat, setzt sich der Zyklus fort, wie
von der Return-Schleife 120, 120' dargestellt. Wenn der Druck erreicht
wurde, wird der Verdichter ausgeschaltet, und die Zyklen sind vollständig.
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Wenn
während
der Zyklen eine Unterbrechung auftritt, dann ermittelt eine Abfrage
des Speichers, welcher Lufttrockner zuletzt für den Trocknungszyklus verwendet
worden war, und weist das Modul zum Umschalten der Lufttrockner
an. Daher wird der im vorigen Zyklus zuletzt für das Trocknen verwendete Lufttrockner
nun regeneriert.