EP3516237A1 - System für ein nutzfahrzeug umfassend einen schraubenkompressor sowie einen elektromotor mit gemeinsamer kühlung - Google Patents

System für ein nutzfahrzeug umfassend einen schraubenkompressor sowie einen elektromotor mit gemeinsamer kühlung

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EP3516237A1
EP3516237A1 EP17772019.0A EP17772019A EP3516237A1 EP 3516237 A1 EP3516237 A1 EP 3516237A1 EP 17772019 A EP17772019 A EP 17772019A EP 3516237 A1 EP3516237 A1 EP 3516237A1
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EP
European Patent Office
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cooling
compressor
electric motor
oil
cooling element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17772019.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter KOVACSIK
Huba NÉMETH
Viktor Tihanyi
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after having cooled one or more components the cooling fluid is recovered and used elsewhere for other purposes

Definitions

  • the present invention relates to a system for a commercial vehicle comprising a screw compressor and an electric motor.
  • Screw compressors for commercial vehicles are already known from the prior art. Such screw compressors are used to provide the necessary compressed air for, for example, the braking system of the commercial vehicle.
  • oil-filled compressors especially screw compressors are known in which the task is to regulate the öttemperatur. This is usually accomplished by having an external oil cooler connected to the oil-filled compressor and the oil circuit via a thermostatic valve.
  • the oil cooler is here
  • Heat exchanger having two separate circuits, wherein the first circuit for the hot liquid, so the compressor oil is provided and the second for the cooling liquid.
  • a coolant for example, air
  • Water mixtures can be used with an antifreeze or other oil.
  • This oil cooler must then be connected to the compressor oil circuit via pipes or hoses and the oil circuit must be secured against leaks.
  • the DE 37 17493 A1 discloses a arranged in a compact housing screw compressor system having an oil cooler on the electric motor of the screw compressor.
  • Heat exchanger of a motor vehicle having cooling channels
  • Flange connection is known, wherein the flange connection has a connection flange which is a die-cast part and has through-holes produced by casting technology for receiving threaded bolts.
  • US 2012/076679 A1 discloses a cooling arrangement in which an electric motor and the drive electronics likewise have a cooling arrangement. It is the object of the present invention, a system for a commercial vehicle comprising a screw compressor and an electric motor in an advantageous manner, in particular in that a space-saving
  • Cooling possibility for a generic system can be provided.
  • a system for a commercial vehicle comprising a screw compressor and an electric motor with the features of claim 1.
  • a system for a commercial vehicle comprises a compressor, an electric motor and a drive electronics, wherein the Electric motor drives the compressor, wherein electric motor, compressor and drive electronics have a common cooling circuit.
  • the invention is based on the idea that all components of the system for a commercial vehicle comprising compressor, electric motor and
  • Cooling elements are connected in series so that they all have the same flow rate of the coolant.
  • the compressor may in particular be a screw compressor.
  • Such screw compressors are particularly suitable in novel applications for hybrid commercial vehicles, in which a compressor for
  • Compressed air generation is not constantly driven by the drive unit of the commercial vehicle.
  • the cooling circuit has a coolant channel, at least in sections by a juxtaposition of
  • Cooling elements is formed. This series connection allows a simple structure. In addition, the pressure curve in the coolant circuit can be adjusted more easily overall. In particular, it may be provided that at least one cooling element each
  • Such cooling elements may for example be heat exchanger elements, which may be connected in series, for example, in the cooling circuit.
  • the electric motor has a starter cooling element, wherein the cooling elements are arranged such that the coolant in the Cooling circuit, first the cooling element of the drive electronics, then flows through the starter cooling element and then the cooling element of the compressor.
  • Housing cooling element wherein the cooling elements are arranged such that the coolant in the cooling circuit before the cooling element of the drive electronics first flows through the housing cooling element.
  • This type of cooling is relatively uncritical, since little heat absorption in the housing cooling element can be expected here.
  • the pressure drop is comparatively low.
  • the cooling element of the drive electronics has a flow divider.
  • the flow divider makes it possible
  • the cooling element of the drive electronics has a substantially W-shaped flow channel. This ensures that the coolant through the cooling element of the drive electronics neanderförmig flows through it and thereby flows over a large surface of the drive electronics, so that overall good heat dissipation in the field of drive electronics is made possible. Further details and advantages of the invention will now be based on a in the
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a device according to the invention.
  • inventive system for a commercial vehicle a perspective view of the structure of the cooling arrangement of FIG. 2; and a schematic view of the structure of the cooling element for the drive electronics.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a screw compressor 10 in the sense of an embodiment of the present invention.
  • the screw compressor 10 has a mounting flange 12 for mechanical attachment of the screw compressor 10 to an electric motor not shown here.
  • the input shaft 14 via which the torque from the electric motor to one of the two screws 16 and 18, namely the screw 16 is transmitted.
  • the screw 18 meshes with the screw 16 and is driven by this.
  • the screw compressor 10 has a housing 20 in which the essential components of the screw compressor 10 are housed.
  • the housing 20 is affected by oil 22.
  • Air inlet side is on the housing 20 of the screw compressor 10 a
  • Inlet port 24 is provided.
  • the inlet nozzle 24 is designed such that an air filter 26 is arranged on it.
  • an air inlet 28 is provided radially on the air inlet pipe 24.
  • a spring-loaded valve core 30 is provided, designed here as an axial seal.
  • This valve insert 30 serves as a check valve.
  • an air supply channel 32 Downstream of the valve core 30, an air supply channel 32 is provided, which supplies the air to the two screws 16, 18.
  • an air outlet pipe 34 is provided with a riser 36.
  • a temperature sensor 38 is provided, by means of which the oil temperature can be monitored.
  • a holder 40 for an air de-oiling element 42 is provided in the air outlet area.
  • the holder 40 for the air de-oiling element has in the assembled state in the area facing the bottom (as shown in Fig. 1), the air de-oiling element 42. Further provided in the interior of the air de-oiling element 42 is a corresponding filter screen or known filter and oil-separating devices 44, which are not specified in detail. In the central upper area, relative to the assembled and ready-to-use state (ie as shown in FIG. 1), the holder for the air de-oiling element 40 has a
  • the check valve 48 and the minimum pressure valve 50 may also be formed in a common, combined valve.
  • the air outlet 51 is connected to correspondingly known compressed air consumers in the rule.
  • a riser 52 is provided which has the outlet of the holder 40 for the air de-oiling element 42 when passing into the housing 20 a filter and check valve 54.
  • a nozzle 56 Downstream of the filter and check valve 54, a nozzle 56 is provided in a housing bore.
  • the oil return line 58 leads back approximately in the middle region of the screw 16 or the screw 18 in order to supply oil 22 again.
  • Oil drain plug 59 is provided. About the oil drain plug 59, a
  • Regulation means may be provided by means of which the oil temperature of the oil 22 located in the housing 22 can be monitored and adjusted to a desired value. Downstream of the thermostatic valve 66 is then the oil inlet of the oil filter 62, the oil 22 via a central return line 68 back to the screw 18 or the screw 16, but also to the oil-lubricated bearing 70 of the shaft 14 leads. In the region of the bearing 70, a nozzle 72 is provided, which is provided in the housing 20 in connection with the return line 68.
  • the cooler 74 is connected to the projection 60.
  • a safety valve 76 In the upper region of the housing 20 (relative to the mounted state) there is a safety valve 76, via which an excessive pressure in the housing 20 can be reduced.
  • connection with the air supply 32 is controlled, air can be returned to the region of the air inlet 28.
  • a vent valve not shown in detail and also a nozzle (diameter reduction of the feeding line) may be provided.
  • This oil level sensor 82 may be, for example, an optical sensor and arranged and set up so that it can be detected based on the sensor signal, whether the oil level in operation above the oil level sensor 82 or if the oil level sensor 82 is exposed and thereby the oil level has fallen accordingly.
  • an alarm unit can also be provided which outputs or forwards an appropriate error message or warning message to the user of the system.
  • the function of the screw compressor 10 shown in FIG. 1 is as follows:
  • Air is supplied via the air inlet 28 and passes through the check valve 30 to the screws 16, 18, where the air is compressed.
  • the air, which still partly carries oil particles, is then guided via the holder 40 into the air de-oiling element 42 and, provided the corresponding minimum pressure is reached, enters the air outlet line 51.
  • the oil 22 located in the housing 20 is maintained at the operating temperature via the oil filter 62 and possibly via the heat exchanger 74.
  • the heat exchanger 74 is not used and is not switched on.
  • the corresponding connection takes place via the thermostatic valve 68.
  • oil is supplied via the line 68 to the screw 18 or the screw 16, but also to the bearing 72.
  • the screw 16 or the screw 18 is supplied via the return line 52, 58 with oil 22, here is the purification of the oil 22 in the air de-oiling 42nd
  • Fig. 2 shows a schematic arrangement of the cooling arrangement for an embodiment of a system 1 according to the invention for a commercial vehicle comprising a
  • Compressor 10 as shown in Fig. 1, i. a screw compressor 10.
  • the system 1 further comprises an electric motor 5 and a drive electronics 6.
  • the cooling circuit 100 serves for the heat dissipation of the electric motor 5, the compressor 10 and the drive electronics 6.
  • the electric motor 5, the compressor 10 and the drive electronics 6 thus have a common cooling circuit 100.
  • the entire cooling system 100 has a plurality of cooling elements, namely a cooling element for the drive electronics 102, a stator cooling element 103, a
  • Compressor cooling element 104 Compressor cooling element 104.
  • a housing cooling element 101 is connected, which however leads directly to the cooling element of the drive electronics 102.
  • the coolant inlet 105 is connected directly to the cooling element of the drive electronics 102. From the cooling element of the drive electronics 102, the liquid coolant 106 flows to the stator cooling element 103 for the electric motor 5 and then to the cooling element 104 of the compressor 10. Thereafter, the coolant is led to an internal or external cooling channel or cooling hose 107. From the cooling element 104, the coolant then flows through the
  • Coolant outlet 108 in the other cooling circuit where it can be driven for example by a pump. 4 shows a perspective view of the arrangement of the system 1, as shown schematically in FIG. Since the cooling element 102 of the drive electronics 6 must dissipate most of the heat in order to avoid excessive temperature rises in the area of the drive electronics 6, a special design is proposed here.
  • the cooling element 102 of the drive electronics 6 has a substantially W-shaped flow channel 102a.
  • a flow divider 102b is provided in the cooling element 102 of the drive electronics 6.
  • the coolant channel 107 in this case has a sufficient cross section in order to have a small pressure drop between the cooling element inlet 109 and the cooling element outlet 110.
  • the flow rate in the interior of the cooling channel 107 is still held high, since here too strong a drop in the

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System (1) für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Kompressor (10), einen Elektromotor (5) und eine Antriebselektronik (6), wobei der Elektromotor (5) den Kompressor (10) antreibt, wobei Elektromotor (5), Kompressor (10) und Antriebselektronik (6) einen gemeinsamen Kühlkreislauf (100) aufweisen.

Description

BESCHREIBUNG YSTEM FÜR EIN NUTZFAHRZEUG UMFASSEND EINEN SCHRAUBENKOMPRESSOR SOWIE NEN ELEKTROMOTOR MIT GEMEINSAMER KÜHLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Schraubenkompressoren für Nutzfahrzeuge bekannt. Derartige Schraubenkompressoren werden verwendet, um die notwendige Druckluft für beispielsweise das Bremssystem des Nutzfahrzeugs bereitzustellen.
In diesem Zusammenhang sind insbesondere öl befüllte Kompressoren, insbesondere auch Schraubenkompressoren bekannt, bei denen sich als Aufgabe stellt, die öttemperatur zu regulieren. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass ein externer Ölkühler vorhanden ist, der mit dem Öl befüllten Kompressor und dem Öikreislauf über ein Thermostatventil verbunden ist. Der Ölkühler ist dabei ein
Wärmetauscher, der zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, wobei der erste Kreislauf für die heiße Flüssigkeit, also das Kompressoröl, vorgesehen ist und der zweite für die Kühlflüssigkeit. Als Kühlflüssigkeit können beispielsweise Luft,
Wassergemische mit einem Frostschutzmittel oder einem anderen Öl verwendet werden.
Dieser Ölkühler muss sodann mit dem Kompressorölkreislauf über Rohre oder Schläuche verbunden werden und der öikreislauf muss gegen Leckagen gesichert werden.
Dieses externe Volumen muss des Weiteren mit Öl befüllt werden, so dass auch die Gesamtmenge an Öl vergrößert wird. Dadurch wird die Systemträgheit vergrößert. Darüber hinaus muss der Ölkühler mechanisch untergebracht und befestigt werden, entweder durch umliegend befindliche Halterungen oder durch eine gesonderte Halterung, was zusätzliche Bestigungsmittel, aber auch Bauraum benötigt. Aus der US 4,780,061 ist bereits ein Schraubenkompressor mit einer integrierten ölkühlung bekannt.
Des Weiteren offenbart die DE 37 17493 A1 eine in einem kompakten Gehäuse angeordnete Schraubenverdichter-Anlage, die einen Ölkühler auf dem Elektromotor des Schraubenkompressors aufweist.
Aus der DE 102010015 151 A1 ist ein Verdichterflansch für einen Schraubenverdichter bekannt.
Weiter ist aus der US 2014/0190674 A1 ein Verbindungsflansch für einen
Wärmetauscher eines Kraftfahrzeuges bekannt, der Kühlkanäle aufweist.
Aus der DE 102013 011 061 B3 ist weiter ein Wärmetauscher mit einer
Flanschverbindung bekannt, wobei die Flanschverbindung einen Anschlussflansch aufweist, der ein Druckgussteil ist und gießtechnisch hergestellte Durchgangslöcher zur Aufnahme von Schraubbolzen aufweist.
Aus der US 2003/143090 A1 ist eine Anordnung aus einem Elektronikkühler und einem Elektromotor bereits bekannt.
Weiter ist aus der US 2012/076679 A1 eine Kühlanordnung bekannt, bei der ebenfalls ein Elektromotor und die Antriebselektronik eine Kühlanordnung aufweisen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass eine platzsparende
Kühlmöglichkeit für ein gattungsgemäßes System bereitgestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein System für ein Nutzfahrzeug einen Kompressor, einen Elektromotor und eine Antriebselektronik aufweist, wobei der Elektromotor den Kompressor antreibt, wobei Elektromotor, Kompressor und Antriebselektronik einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass sämtliche Bestandteile des Systems für ein Nutzfahrzeug umfassend Kompressor, Elektromotor und
Antriebselektronik mit derselben Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Hierdurch wird ein besonders effizientes Kühlmanagement eines entsprechenden Kompressorsystems bereitgestellt. Vorzugsweise werden die Kühlelemente in Serie verbunden, so dass alle dieselbe Flussrate des Kühlmittels aufweisen.
Bei dem Kompressor kann es sich insbesondere um einen Schraubenkompressor handeln. Derartige Schraubenkompressoren eignen sich insbesondere in neuartigen Anwendungen für Hybrid-Nutzfahrzeuge, bei denen ein Kompressor zur
Drucklufterzeugung nicht ständig durch das Antriebsaggregat des Nutzfahrzeugs angetrieben wird.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf einen Kühlmittelkanal aufweist, der zumindest abschnittsweise durch eine Aneinanderreihung von
Kühlelementen ausgebildet ist. Diese Serienschaltung ermöglicht einen einfachen Aufbau. Darüber hinaus kann der Druckverlauf im Kühlmittelkreislauf insgesamt leichter eingestellt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass wenigstens je ein Kühlelement dem
Elektromotor, dem Kompressor und der Antriebselektronik zugeordnet ist. Derartige Kühlelemente können beispielsweise Wärmetauscherelemente sein, die beispielsweise in Reihe geschaltet sein können im Kühlkreislauf. Durch das Vorsehen entsprechender Kühlelemente bei den einzelnen Systemkomponenten wird eine bedarfsgerechte Wärmeabfuhr ermöglicht.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor ein Starterkühlelement aufweist, wobei die Kühlelemente derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel im Kühlkreislauf zunächst das Kühlelement der Antriebselektronik, danach das Starterkühlelement und danach das Kühlelement des Kompressors durchströmt.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zunächst das Kühlelement, das die meiste Wärme abführen muss, nämlich das Kühlelement der Antriebselektronik zuerst durchströmt wird. Dadurch wird es ermöglicht, Temperaturanstiege in der Antriebselektronik einfach beherrschen zu können und hier eine Temperaturregelung im Bereich akzeptabler Betriebstemperaturen einfach einstellen zu können. Diese Anordnung trägt darüber hinaus dem Umstand Rechnung, dass der wichtigste Bereich der Temperaturregelung sich im Bereich der Antriebselektronik abspielt, da hier Überhitzungen in jedem Fall zu vermeiden sind. Darüber hinaus hat die Antriebselektronik eine hohe
Wärmeabstrahlung aufgrund hoher Energieverluste in der Antriebselektronik, weshalb eine ausreichende Wärmeabfuhr erforderlich ist. Außerdem soll erreicht werden, dass im Kühlkreislauf wenig Druckverluste entstehen, um die Pumpenergie, die notwendig ist, um das Kühlmittel durch den Kühlkreislauf zu pumpen, gering zu halten.
Weiter kann aber vorgesehen sein, dass der Elektromotor auch noch ein
Gehäusekühlelement aufweist, wobei die Kühlelemente derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel im Kühlkreislauf vor dem Kühlelement der Antriebselektronik zunächst das Gehäusekühlelement durchströmt. Diese Art der Kühlung ist vergleichsweise unkritisch, da hier wenig Wärmeaufnahme im Gehäusekühlelement zu erwarten ist. Auch der Druckabfall ist vergleichsweise gering.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Kühlelement der Antriebselektronik einen Strömungsteiler aufweist. Durch den Strömungsteiler wird es möglich,
Druckverluste im Kühlelement der Antriebselektronik zu vermeiden, da hierdurch die Durchflussquerschnitte des Kühlkanals entsprechend eingestellt werden können.
Insbesondere wird hierdurch weiter eine hohe Kühleffizienz und
Wärmeabfuhreigenschaft bereitgestellt bei gleichzeitiger Verhinderung eines zu großen Druckabfalls im Kühlelement.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Kühlelement der Antriebselektronik einen im Wesentlichen W-förmigen Strömungskanal aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass das Kühlmittel durch das Kühlelement der Antriebselektronik neanderförmig hindurchströmt und hierdurch eine große Oberfläche der Antriebselektronik überströmt, so dass insgesamt eine gute Wärmeabfuhr im Berich der Antriebselektronik ermöglicht wird. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System für ein
Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor; eine schematische Zeichnung der Kühlanordnung des
erfindungsgemäßen Systems für ein Nutzfahrzeug; eine perspektivische Ansicht auf die Struktur der Kühlanordnung gemäß Fig. 2; und eine schematische Ansicht auf die Struktur des Kühlelements für die Antriebselektronik.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Schraubenkompressor 10 im Sinne eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung.
Der Schraubenkompressor 10 weist einen Befestigungsflansch 12 zur mechanischen Befestigung des Schraubenkompressors 10 an einem hier nicht näher gezeigten Elektromotor auf.
Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle 14, über die das Drehmoment vom Elektromotor auf eine der beiden Schrauben 16 und 18, nämlich die Schraube 16 übertragen wird. Die Schraube 18 kämmt mit der Schraube 16 und wird über diese angetrieben.
Der Schraubenkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem die wesentlichen Komponenten des Schraubenkompressors 10 untergebracht sind.
Das Gehäuse 20 ist mit öl 22 befallt.
Lufteingangsseitig ist am Gehäuse 20 des Schraubenkompressors 10 ein
Einlassstutzen 24 vorgesehen. Der Einlassstutzen 24 ist dabei derart ausgebildet, dass an ihm ein Luftfilter 26 angeordnet ist. Außerdem ist radial am Lufteinlassstutzen 24 ein Lufteinlass 28 vorgesehen.
Im Bereich zwischen Einlassstutzen 24 und der Stelle, an dem der Einlassstutzen 24 am Gehäuse 20 ansetzt, ist ein federbelasteter Ventileinsatz 30 vorgesehen, hier als Axialdichtung ausgeführt.
Dieser Ventileinsatz 30 dient als Rückschlagventil.
Stromabwärts des Ventileinsatzes 30 ist ein Luftzuführkanal 32 vorgesehen, der die Luft den beiden Schrauben 16, 18 zuführt.
Ausgangsseitig der beiden Schrauben 16, 18 ist ein Luftauslassrohr 34 mit einer Steigleitung 36 vorgesehen. Im Bereich des Endes der Steigleitung 36 ist ein Temperaturfühler 38 vorgesehen, mittels dessen die öltemperatur überwachbar ist.
Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter 40 für ein Luftentölelement 42.
Der Halter 40 für das Luftentölelement weist im montierten Zustand im dem Boden zugewandten Bereich (wie auch in Fig. 1 gezeigt) das Luftentölelement 42 auf. Weiter vorgesehen ist im Inneren der Luftentölelement 42 ein entsprechendes Filtersieb bzw. bekannte Filter- und Ölabscheidevorrichtungen 44, die nicht näher im Einzelnen spezifiziert werden. Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in Fig. 1 gezeigt), weist der Halter für das Luftentölelement 40 eine
Luftausgangsöffnung 46 auf, die zu einem Rückschlagventil 48 und einem
Mindestdruckventil 50 führen. Das Rückschlagventil 48 und das Mindestdruckventil 50 können auch in einem gemeinsamen, kombinierten Ventil ausgebildet sein.
Nachfolgend des Rückschlagventils 48 ist der Luftauslass 51 vorgesehen.
Der Luftauslass 51 ist mit entsprechend bekannten Druckluftverbrauchern in der Regel verbunden.
Um das im Luftentölelement 42 befindliche und abgeschiedene Öl 22 wieder in das Gehäuse 20 zurückzuführen, ist eine Steigleitung 52 vorgesehen, die ausgangs des Halters 40 für das Luftentölelement 42 beim Übertritt in das Gehäuse 20 ein Filter- und Rückschlagventil 54 aufweist.
Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils 54 ist in einer Gehäusebohrung eine Düse 56 vorgesehen. Die Ölrückführleitung 58 führt zurück in etwa den mittleren Bereich der Schraube 16 oder der Schraube 18, um dieser wieder öl 22 zuzuführen. Im im montierten Zustand befindlichen Bodenbereich des Gehäuses 20 ist eine
Ölablassschraube 59 vorgesehen. Über die ölablassschraube 59 kann eine
entsprechende Ölablauföffnung geöffnet werden, über die das öl 22 abgelassen werden kann.
Im unteren Bereich des Gehäuses 20 ist auch der Ansatz 60 vorhanden, an dem der ölfilter 62 befestigt wird. Über einen Ölfiltereinlasskanal 64, der im Gehäuse 20 angeordnet ist, wird das Öl 22 zunächst zu einem Thermostatventil 66 geleitet. Anstelle des Thermostatventils 66 kann eine Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer die öltemperatur des im Gehäuse 20 befindlichen Öls 22 überwachbar und auf einen Sollwert einstellbar ist. Stromabwärts des Thermostatventils 66 ist sodann der Öleinlass des ölfilters 62, der über eine zentrale Rückführleitung 68 das Öl 22 wieder zurück zur Schraube 18 oder zur Schraube 16, aber auch zum ölgeschmierten Lager 70 der Welle 14 führt. Im Bereich des Lagers 70 ist auch eine Düse 72 vorgesehen, die im Gehäuse 20 im Zusammenhang mit der Rückführleitung 68 vorgesehen ist.
Der Kühler 74 ist am Ansatz 60 angeschlossen.
Im oberen Bereich des Gehäuses 20 (bezogen auf den montierten Zustand) befindet sich ein Sicherheitsventil 76, über das ein zu großer Druck im Gehäuse 20 abgebaut werden kann.
Vor dem Mindestdruckventil 50 befindet sich eine Bypassleitung 78, die zu einem Entlastungsventil 80 führt. Über dieses Entlastungsventil 80 das mittels einer
Verbindung mit der Luftzuführung 32 angesteuert wird kann Luft in den Bereich des Lufteinlasses 28 zurückgeführt werden. In diesem Bereich kann ein nicht näher gezeigtes Entlüftungsventil und auch eine Düse (Durchmesserveringerung der zuführenden Leitung) vorgesehen sein.
Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung 34 in der Außenwand des
Gehäuses 20 ein Öllevelsensor 82 vorgesehen sein. Dieser Öllevelsensor 82 kann beispielsweise ein optischer Sensor sein und derart beschaffen und eingerichtet, dass anhand des Sensorsignals erkannt werden kann, ob der Ölstand im Betrieb oberhalb des Öllevelsensors 82 ist oder ob der öllevelsensor 82 frei liegt und hierdurch der Ölstand entsprechend gefallen ist.
Im Zusammenhang mit dieser Überwachung kann auch eine Alarmeinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Fehlermeldung oder Warnmeldung an den Nutzer des Systems ausgibt bzw. weiterleitet. Die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Schraubenkompressors 10 ist dabei wie folgt:
Luft wird über den Lufteinlass 28 zugeführt und gelangt über das Rückschlagventil 30 zu den Schrauben 16, 18, wo die Luft komprimiert wird. Das komprimierte Luft-Öl- Gemisch, das mit einem Faktor zwischen 5- bis 16f acher Komprimierung nach den Schrauben 16 und 18 durch die Auslassleitung 34 über das Steigrohr 36 aufsteigt, wird direkt auf den Temperaturfühler 38 geblasen. Die Luft, die noch teilweise Ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter 40 in das Luftentölelement 42 geführt und gelangt, sofern der entsprechende Mindestdruck erreicht wird, in die Luftauslassleitung 51.
Das im Gehäuse 20 befindliche öl 22 wird über den ölfilter 62 und ggf. über den Wärmetauscher 74 auf Betriebstemperatur gehalten.
Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher 74 nicht verwendet und ist auch nicht zugeschaltet. Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil 68. Nach der Aufreinigung im Ölfilter 64 wird über die Leitung 68 öl der Schraube 18 oder der Schraube 16, aber auch dem Lager 72 zugeführt. Die Schraube 16 oder die Schraube 18 wird über die Rückführleitung 52, 58 mit Öl 22 versorgt, hier erfolgt die Aufreinigung des Öls 22 im Luftentölelement 42.
Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle 14 auf die Schraube 16 überträgt, die wiederum mit der Welle 18 kämmt, werden die Schrauben 16 und 18 des Schraubenkompressors 10 angetrieben. Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil 80 wird sichergestellt, dass im Bereich der Zuleitung 32 nicht der hohe Druck, der im Betriebszustand beispielsweise ausgangsseitig der Schrauben 16, 18 herrscht, eingesperrt werden kann, sondern dass insbesondere beim Anlaufen des Kompressors im Bereich der Zuleitung 32 stets ein niedriger Eingangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, besteht. Andernfalls würde mit einem Anlaufen des Kompressors zunächst ein sehr hoher Druck ausgangsseitig der Schrauben 16 und 18 entstehen, der den Antriebsmotor überlasten würde. Fig. 2 zeigt in schematischer Anordnung die Kühlanordnung für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 1 für ein Nutzfahrzeug umfassend einen
Kompressor 10, wie in Fig. 1 gezeigt, d.h. einen Schraubenkompressor 10.
Grundsätzlich kann aber vorgesehen sein, dass jegliche Art von Kompressoren in dem System 1 verwendet werden können.
Das System 1 weist weiter einen Elektromotor 5 und eine Antriebselektronik 6 auf. Der Kühlkreislauf 100 dient dabei zur Wärmeabfuhr von Elektromotor 5, Kompressor 10 und Antriebselektronik 6.
Der Elektromotor 5, der Kompressor 10 und die Antriebselektronik 6 weisen somit einen gemeinsamen Kühlkreislauf 100 auf.
Das gesamte Kühlungssystem 100 weist mehrere Kühlelemente auf, nämlich ein Kühlelement für die Antriebselektronik 102, ein Statorkühlelement 103, ein
Kompressorkühlelement 104.
An den Kühlmitteleinlass 105 ist zunächst ein Gehäusekühlelement 101 angeschlossen, das aber direkt zum Kühlelement der Antriebselektronik 102 führt.
Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass der Kühlmitteleinlass 105 direkt mit dem Kühlelement der Antriebselektronik 102 verbunden ist. Von dem Kühlelement der Antriebselektronik 102 fließt das flüssige Kühlmittel 106 zum Statorkühlelement 103 für den Elektromotor 5 und danach zum Kühlelement 104 des Kompressors 10. Danach wird das Kühlmittel zu einem internen oder externen Kühlkanal oder Kühlschlauch 107 geführt. Von dem Kühlelement 104 fließt das Kühlmittel dann durch den
Kühlmittelauslass 108 in den weiteren Kühlkreislauf, wo es beispielsweise von einer Pumpe angetrieben werden kann. Fig.4 zeigt in perspektivischer Ansicht die Anordnung des Systems 1 , wie schematisch in Fig.3 gezeigt. Da das Kühlelement 102 der Antriebselektronik 6 die meiste Wärme abführen muss, um zu hohe Temperaturanstiege im Bereich der Antriebselektronik 6 zu vermeiden, wird hier eine besondere Gestaltung vorgeschlagen.
Das Kühlelement 102 der Antriebselektronik 6 weist einen im Wesentlichen W-förmigen Strömungskanal 102a auf.
Darüber hinaus ist im Kühlelement 102 der Antriebselektronik 6 ein Strömungsteiler 102b vorgesehen. Der Kühlmittelkanal 107 weist dabei einen ausreichenden Querschnitt auf, um einen geringen Druckabfall zwischen Kühlelementeinlass 109 und Kühlelementauslass 110 zu haben. Durch den Strömungsteiler 102b wird die Flussgeschwindigkeit im Inneren des Kühlkanals 107 weiterhin hochgehalten, da hier ein zu starkes Absinken der
Flussgeschwindigkeiten durch den Strömungsteiler 102b verhindert wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
System
Elektromotor
Antriebselektronik
Schraubenkompressor
Befestigungsflansch
Eingangswelle
Schrauben
Schrauben
Gehäuse
Öl
Einlassstutzen
Luftfilter
Lufteinlass
Ventileinsatz
Luftzuführkanal
Luftauslassrohr
Steigleitung
Temperaturfühler
Luftölabscheider
Olfalle
Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. ölabscheidevorrichtungen
Luftausgangsöffnung
Kontrollventil
Mindestdruckventil
Luftauslass
Steigleitung
Filter- und Kontrollventil
Choke
Ölrückführleitung
Ölablassschraube
Ansatz 62 Ölfilter
64 Ötfiltereinlasskanal
66 Thermostatventil
68 Rückführleitung
70 Lager
72 Choke
76 Sicherheitsventil
78 Bypassleitung
80 Entlastungsventil
82 Öllevelsensor
100 Kühlkreislauf
101 Gehäusekühlelement
102 Kühlelement für Antriebselektronik 102a Strömungskanal
102b Strömungsteiler
103 Statorkühlelement
104 Kompressorkühlelement
105 Kühlmitteleinlass
106 Kühlmittel
107 Kühlkanal / Kühlschlauch
108 Kühlmittelauslass
109 Kühlelementeinlass
110 Kühlelementauslass

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. System (1) für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Kompressor (10), einen Elektromotor (5) und eine Antriebselektronik (6), wobei der Elektromotor (5) den Kompressor (10) antreibt, wobei Elektromotor (5), Kompressor (10) und
Antriebselektronik (6) einen gemeinsamen Kühlkreislauf (100) aufweisen.
2. System (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kompressor ( 10) ein Schraubenkompressor ( 10) ist.
3. System (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkreislauf (100) einen Kühlmittelkanal (107) aufweist, der zumindest abschnittsweise durch eine Aneinanderreihung von Kühlelementen ausgebildet ist.
4. System (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
je wenigstens ein Kühlelement dem Elektromotor (5), dem Kompressor (10) und der Antriebselektronik (6) zugeordnet ist.
5. System (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (5) ein Statorkühlelement (103) aufweist, wobei die Kühlelemente derart angeordnet sind, dass Kühlmittel im Kühlkreislauf (100) zunächst das
Kühlelement (102) der Antriebselektronik (6), danach das Statorkühlelement (103) und danach das Kühlelement (104) des Kompressors (10) durchströmt.
6. System (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (5) weiter ein Gehäusekühlelement (101) aufweist, wobei die
Kühlelemente derart angeordnet sind, dass Kühlmittel im Kühlkreislauf (100) vor dem Kühlelement (102) der Antriebselektronik (6) zunächst das Gehäusekühlelement (101) durchströmt.
7. System (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kühlelement (102) der Antriebselektronik (6) einen Strömungsteiler (102b) aufweist.
8. System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kühielement (102) der Antriebselektronik (6) einen im Wesentlichen W-förmigen Strömungskanal (102a) aufweist.
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