EP4709620A1 - Druckluftversorgungsanlage mit einer druckluftsteuerung und einem kompressor, verfahren zum betreiben der druckluftversorgungsanlage - Google Patents

Abstract

Druckluftversorgungsanlage (30) mit Druckluftabnehmern (34), Druckluftleitungen, Ventilen (44, 46, 48, 50, 52, 54), einer Druckluftsteuerung (56) zum Ansteuern der Ventile, einem Kompressor oder Verdichter (12) mit einem Elektromotor (14) als Antrieb, und einem Druckspeicher (36). Die Druckluftabnehmer (34) sind pneumatisch mit dem Kompressor oder Verdichter (12) und/ oder dem Druckspeicher (36) derart verbunden oder verbindbar, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) entweder in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden kann. Die Druckluftsteuerung (56) ist ausgebildet, auf ein Anforderungssignal hin einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters (12) für den Zeitpunkt T zu prädizieren, zu dem ein entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist. In Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks aktiviert die Druckluftsteuerung (56) entweder den offenen oder den geschlossenen Betriebsmodus oder sie gibt eine vorgegebene Solldrehzahl für die Drehzahlregelung des Elektromotors vor oder sie gibt aktiviert einen Betriebsmodus vor.

Description

DRUCKLUFTVERSORGUNGSANLAGE MIT EINER DRUCKLUFTSTEUERUNG UND EINEM KOMPRESSOR, VERFAHREN ZUM BETREIBEN DER DRUCKLUFTVERSORGUNGSANLAGE

Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungsanlage für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Druckluftversorgungsanlage.

In Kraftfahrzeugen können Druckluftversorgungsanlagen beispielsweise eine Luftfederanlage als Druckluftabnehmer und/oder eine pneumatische Bremsanlage als Druckluftabnehmer mit Druckluft versorgen. Um für derartige Druckluftabnehmer Druckluft mit einem genügend hohen Druck bereitstellen zu können, werden Verdichter oder Kompressoren zur Drucklufterzeugung benötigt. Derartige Verdichter oder Kompressoren werden typischerweise von Elektromotoren angetrieben, die im Betrieb einen Motorstrom aufnehmen. Verdichter oder Kompressoren werden in der vorliegenden Beschreibung als Synonyme verwendet und bezeichnen Aggregate, die Luft komprimieren, also Luft verdichten.

Wesentliche Bestandteile einer Druckluftversorgungsanlage sind neben dem Druckluftabnehmer oder den Druckluftabnehmern und dem Kompressor oder Verdichter und dessen Antrieb elektrisch steuerbare Ventile, die von einer Druckluftsteuerung gesteuert - also beispielsweise geöffnet oder geschlossen - werden können. Auf diese Weise kann den einzelnen Druckluftabnehmern einer Druckluftversorgungsanlage gezielt Druckluft zugeführt oder auch Druckluft abgelassen werden. Je nachdem, welche Druckluftabnehmer im jeweiligen Betriebsfall mit Druckluft versorgt werden müssen, kann die vom Kompressor zu leistende Verdichterarbeit höchst unterschiedlich sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert, hängt das von dem Antrieb des Kompressors oder Verdichters abzugebende Drehmoment davon ab, welchen Druck die Druckluft für den jeweiligen Betriebsfall haben muss. Wenn der Kompressor oder Verdichter von einem Elektromotor angetrieben wird, hängt dessen Stromaufnahme bei durch das Bordnetz eines Fahrzeugs typischerweise bereitgestellter Versorgungsspannung von dem abzugebenden Drehmoment (also der Betriebslast des Antriebs) ab.

Vorzugsweise werden der Verdichter oder Kompressor und der zugehörige Antrieb, insbesondere der zugehörige Elektromotor in einer baulichen Einheit - im Folgenden Kompressor-Modul genannt - zusammengefasst. Kompressor-Module werden beispielsweise für Druckluftversorgungsanlagen von Kraftfahrzeugen verwendet.

Als Elektromotoren zum Antreiben von Kompressoren oder Verdichtern werden vorzugsweise bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren: Brush Less Direct Current-Motoren) verwendet. Ein bürstenloser Gleichstrommotor weist als sogenannter Innenläufer typischerweise einen mit Elektromagnetspulen besetzten - also spulenbesetzten - Stator, einen mit Permanentmagneten besetzten Rotor und eine Motorelektronik auf. Die Motorelektronik ist als elektronischer Kommutator derart konfiguriert, dass die Motorelektronik die Stromzufuhr zu den Spulen des Stators (im Folgenden auch als Statorspulen bezeichnet) über Leistungsschalter so steuert, dass die Statorspulen reihum derart periodisch mit Strom versorgt werden, dass sich ein magnetisches Drehfeld ergibt, welches über Magnetkräfte eine synchrone Drehung des mit Permanentmagneten besetzten Rotors bewirkt. Derartige bürstenlose Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten besetzten Rotoren werden daher auch als PMSM-Motoren bezeichnet, wobei PMSM für permanent magnet synchronous motor steht. Das Kürzel PMSM wird dabei typischerweise für sinuskommutierte bürstenlose Elektromotoren verwendet, während das Kürzel BLDC (brushless direct current) üblicherweise für blockkommutierte bürstenlose Elektromotoren verwendet wird. Bei der Blockkommutierung wird die Bestromung der (z.B. drei oder n-mal drei) Statorspulen digital umschaltet, also entweder kein oder der volle Strom auf die Wicklungen der jeweiligen Statorspule oder Statorspulen einer Phase gegeben. Bei der Sinuskommutation wird jede Statorspule des Motors mit einer um 120° versetzten Sinuskurve bestromt, so dass sich ein kontinuierlich drehendes Statormagnetfeld konstanter Stärke ergibt. Für die an sich bekannte Drehzahlregelung eines bürstenlosen Elektromotors weist dieser Mittel zur Rotorwinkelerfassung auf, die elektronische Sensoren wie beispielsweise Hall-Sensoren zum Erfassen der Rotorposition aufweisen. Damit kann auch ein Phasenwinkel zwischen dem angelegten Drehfeld und der mechanischen Rotation des Rotors erfasst und der Phasenwinkel des Drehfeldes entsprechend nachgeregelt werden. Damit verhalten sich BLDC-Motoren ähnlich wie mechanisch kommutierte Gleichstrommotoren. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind jedoch effizienter, verschleißärmer und können besser drehzahlgeregelt werden als Elektromotoren mit einem Bürsten-Kommutator.

In Kompressor-Modulen für die Drucklufterzeugung in einer Druckluftversorgungsanlage beispielsweise für Kraftfahrzeuge bilden der die Druckluft erzeugende Kompressor und dessen als Antrieb dienender Elektromotor eine bauliche Einheit. Für einen sowohl effizienten als auch umweltfreundlichen Betrieb stellen die Auslegung und das Betreiben des Elektromotors - also des bürstenlosen Gleichstrommotors - eine besondere Herausforderung dar. Diese besteht unter anderem darin, dass das Kompressor-Modul jederzeit in der Lage sein soll, in der jeweiligen Druckluftversorgungsanlage in den verschiedenen möglichen Betriebsfällen - auch den seltenen - genügend Druckluft bereit zu stellen. Dies bedeutet, dass ein Kompressor-Modul auch unter ungünstigen Voraussetzungen, die nur selten auftreten (l/Vorst-case-Betriebsfall) ausreichend Druckluft für die Druckluftversorgungsanlage zur Verfügung stellen muss. Dazu muss auch der Antrieb, also beispielsweise der vorzugsweise bürstenlose Gleichstrommotor, entsprechend ausgelegt sein. Bei gegebener Versorgungsspannung des Gleichstrommotors führt eine höhere mechanische Last - also eine höhere mechanische Ausgangsleistung - zwangsläufig zu einer größeren Stromaufnahme des Gleichstrommotors. Zum Schutz des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs muss die maximale Stromaufnahme eines Gleichstrommotors aber begrenzt werden. Aus WO 2020/225024 A1 ist es bekannt, einen BLDC-Motor zum Antreiben eines Kompressors mit einer konstanten Drehzahl zu betreiben und zur Vermeidung einer Überdimensionierung des Motors diese Drehzahl in Abhängigkeit von den Lastbedingungen Betriebsspannung und Last (Drehmoment) abzusenken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfache Weise einen zuverlässigen und umweltfreundlichen Betrieb eines Kompressor-Moduls sicherzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Druckluftversorgungsanlage gemäß Anspruchs 1 angegeben. Die Druckluftversorgungsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, weist wenigstens die folgenden Komponenten auf: einem oder mehreren Druckluftabnehmern,

Druckluftleitungen, elektrisch steuerbaren Ventilen, einer Druckluftsteuerung zum Ansteuern der elektrisch steuerbaren Ventile, einem Kompressor oder Verdichter mit einem Elektromotor als Antrieb, und vorzugsweise einem Druckspeicher.

In einer Ausführungsvariante mit Druckluftspeicher sind der oder die Druckluftabnehmer über die Druckluftleitungen und die elektrisch steuerbaren Ventile mit dem Kompressor oder Verdichter und/oder dem Druckspeicher derart pneumatisch verbunden oder verbindbar, dass die Druckluftversorgungsanlage entweder in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden kann.

Im geschlossenen Betriebsmodus wird dem oder den Druckluftabnehmern Druckluft aus dem Druckspeicher oder Druckluft aus dem Druckluftabnehmer dem Druckspeicher zugeführt. Hierzu werden die elektrisch steuerbaren Ventile von der Druckluftsteuerung entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus angesteuert. Im offenen Betriebsmodus wird dem oder den Druckluftabnehmern oder dem Druckspeicher Druckluft mittels des Kompressors oder Verdichters aus der Umgebung zugeführt. Hierzu werden die elektrisch steuerbaren Ventile von der Druckluftsteuerung entsprechend dem offenen Betriebsmodus angesteuert.

Erfindungsgemäß weist die Druckluftsteuerung Signaleingänge für wenigstens: ein Anforderungssignal, das eine Anforderung an die Druckluftversorgungsanlage repräsentiert, vorzugsweise ein Druckspeicher-Drucksignal, das den Wert des Drucks in dem Druckspeicher repräsentiert und ein Druckabnehmer-Drucksignal, das den Wert des Drucks in dem Druckabnehmer repräsentiert auf.

Die Druckluftsteuerung ist ausgebildet auf ein Anforderungssignal hin ein aktuelles Druckabnehmer-Drucksignal (Druckabnehmer-Ist-Druck- Signal PAbn) und vorzugsweise - falls ein Druckspeicher vorhanden ist - ein aktuelles Druckspeicher-Drucksignal (Druckspeicher-Ist-Druck-Signal PR) in Bezug auf ein dem Anforderungssignal SAnf entsprechenden Soll- Zustand des Druckabnehmers auszuwerten und in Abhängigkeit des durch Anforderungssignal SAnf definierten Soll-Zu- stands des Druckabnehmers sowie des durch das aktuelle Druckabnehmer-Drucksignal PAbn und ggf. das aktuelle Druckspeicher-Drucksignal PR charakterisierten Ist-Zustands der Druckluftversorgungsanlage Betriebsvorgaben für eine Solldrehzahl des Elektromotors und/oder für einen Betriebsmodus (offen oder geschlossen) der Druckluftversorgungsanlage zu derart zu bestimmen, dass bis zum Erreichen des Sollzustands des Druckabnehmers ein maximaler Motorstrom - also eine maximale Stromaufnahme des Elektromotors - nicht überschritten wird und dem bestimmten Betriebsvorgaben entsprechende Steuersignale (z.B. nachfolgende n_Soii, S1 , S2, ... Sn) auszugeben. Hierzu kann die die Druckluftsteuerung ausgebildet sein, einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters und/oder einen von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmenden Motorstrom (IB) für den Zeitpunkt T zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist.

Die von der Druckluftsteuerung auszugebenden Steuersignale können beispielsweise eine Solldrehzahl für einen Drehzahlregler des Elektromotors oder Steuersignale zum Aktivieren oder Deaktivieren von Ventilen der Druckluftversorgungsanlage entsprechend einem offenen oder geschlossenen Betriebsmodus sein.

Anstelle zunächst einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters und/oder einen von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmenden Motorstrom (IB) ZU prädizieren, kann die Druckluftsteuerung aber auch ausgebildet sein, die Betriebsvorgaben und die entsprechend auszugeben Steuersignale unmittelbar aus den Eingangssignalen abzuleiten, beispielsweise mittels eines entsprechenden Kennfeldes oder eines trainierten neuronalen Netzes.

Die Erfindung ermöglicht die Vorhersage der Leistungsaufnahme des Elektromotors für den Funktionszustand auf der Basis der Eingangssignale. Die Druckluftsteuerung kann aus einer Anzahl fester Drehzahlen eine beliebige auswählen, um sicherzustellen, dass die Stromaufnahme am Ende des Funktionszyklus - also bis zum Erreichen des Sollzustands - unter dem vorgegebenen Maxmal- wert liegt. Die Auswahl erfolgt vor dem Start des Verdichters, so dass während des gesamten Funktionszyklus bis zum Erreichen des durch das Anforderungssignal definierten Sollzustands keine Drehzahländerung erforderlich ist. Dies hat den großen Vorteil, dass die Drehzahl während eines Funktionszyklus - also vom Starten des Kompressors bis zum Erreichen des Sollzustands - nicht verändert wird, was zu einem wesentlich besseren Zyklus zu einem besseren akustischen Verhalten führt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere der Leistungsschaltungsanordnung, sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.

Der von der Druckluftsteuerung zum Bestimmen der Steuersignale n_Soii, S1 , S2, ... Sn durch Auswerten der Eingangssignale SAnf, PAbn, PR etc. ausgeführte Steueralgorithmus kann auch als selbstlernende Variante implementiert werden, die die spezifische Leistungsaufnahme (z. B. durch Messung der aktuellen Abweichung während eines Laufs im Vergleich zum berechneten Wert) während der Lebensdauer des Kompressors nachregelt, um eine maximale Leistung bei gleichzeitig maximal zulässigem Stromverbrauch zu gewährleisten.

In einer ersten Ausführungsvariante ist die Druckluftsteuerung mit einem Solldrehzahl-Datenspeicher verbunden, in dem mehrere vorgegebene Solldrehzahlwerte gespeichert sind. In dieser Ausführungsvariante ist die Druckluftsteuerung ausgebildet, auf ein Anforderungssignal hin einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters für den Zeitpunkt T zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks einen der vorgegebenen Solldrehzahlwerte als Solldrehzahlwert für den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor derart auszuwählen und für eine Drehzahlregelung des Gleichstrommotors vorzugeben, dass der von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmende Motorstrom zu dem Zeitpunkt T, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist, einen maximalen Motorstrom nicht überschreitet.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist die Druckluftsteuerung ausgebildet in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks entweder die elektrisch steuerbaren Ventile entsprechend dem offenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Motorstrom ist, oder die elektrisch steuerbaren Ventile entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Motorstrom ist.

Beiden Ausführungsvarianten ist gemein, dass die Druckluftsteuerung auf Basis der den Ist-Zustand beschreibenden Eingangssignale und dem durch das Anforderungssignal definierten Soll-Zustand Betriebsvorgaben und entsprechende Steuersignale derart bestimmt, dass ein Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Motorstroms bis zum Erreichen des Sollzustands vermieden wird, ohne dass eine vorgegebene Solldrehzahl für den Elektromotor nach dem Starten desselben geändert werden muss.

Hierzu kann die Druckluftsteuerung zunächst eine maximale Last prädizieren, die zum Erreichen des durch das Anforderungssignal definierten Soll-Zustands überwunden werden muss. Die maximale Last kann beispielsweise ein maximales von dem den Kompressor oder Verdichter abtreibenden Elektromotor abzugebenden Drehmoment oder ein maximaler von dem den Kompressor oder Verdichter abtreibenden Elektromotor aufzunehmender Motorstrom sein.

Die Erfindung erlaubt es, den Elektromotor standardmäßig auf eine konstante Drehzahl auszulegen. Erfindungsgemäß wird ein Überschreiten der zulässigen Stromaufnahme (meist 35A) des Kompressors oder Verdichters durch prädikti- ves Beschränken von dessen Leistungsaufnahme verhindert, indem entweder eine geeignete Drehzahl vorgegeben wird, die bis zum Erreichen eines angeforderten Zustands der Druckluftversorgungsanlage zu keinem Überschreiten der zulässigen Stromaufnahme führt, oder es wird von vornherein der offene Betriebsmodus aktiviert, falls die Prädiktion ergibt, dass der geschlossene Betriebsmodus bei der vorgegebenen Drehzahl zu einem Überschreiten der zulässigen Stromaufnahme führen würde. Dazu wird die aktuelle Stromaufnahme des Elektromotors zum Antreiben des Kompressors oder Verdichters ermittelt, bei Überschreiten des definierten Grenzwertes wird der geschlossene Betrieb der Druckluftversorgungsanlage beendet und die Regelung im offenen Betriebsmodus zu Ende gebracht.

Vorzugsweise weist die Druckluftsteuerung einen Stromsignal-Signaleingang auf, der mit einem Stromsensor verbunden ist, welcher ausgebildet ist einen von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufgenommen Motorstrom IB ZU erfassen und ein dieses repräsentierende Signal an die Druckluftsteuerung auszugeben.

Der Druckluftabnehmer ist einem bevorzugten Ausführungsfall eine Luftfederanlage eines Fahrzeugs, die einen oder mehrere Bälge aufweist.

Vorzugsweise sind der Kompressor oder Verdichter mit dem Elektromotor in Form eines Kompressor-Moduls zu einer baulichen Einheit zusammengefasst und somit einerseits optimal aufeinander abgestimmt und andererseits leicht als eine Einheit in eine Druckluftversorgungsanlage zu integrieren.

Der Elektromotor ist vorzugsweise ein drehzahlgeregelter BLDC-Motor, dem im Betrieb wenigstens eine Solldrehzahl vorgegeben ist.

Insbesondere im Hinblick auf ein Ablassen von Luft aus dem Druckluftabnehmer, beispielsweise beim Senken eines Fahrzeugs mit einer Luftfederanlage ist es vorteilhaft, wenn die Druckluftsteuerung ausgebildet ist, einen von dem Elektromotor aufzunehmenden Motorstrom prädiktiv anhand eines Luftdrucks in der Druckluftversorgungsanlage und einer Anforderung - insbesondere einer "Senken' -Anforderung - an den Druckluftabnehmer zu bestimmen und von vornherein den offenen Betriebsmodus zu aktivieren (d.h. die Ventile der Druckluftversorgungsanlage entsprechend anzusteuern), wenn der prädiktiv bestimmte Motorstrom den vorgegeben Maximalwert für den Motorstrom erreicht oder überschreitet. Denn ein ansonsten erforderliches Umschalten vom geschlossenen in den offenen Betrieb beim Senken würde erfordern, dass mehrere Ventile aktiviert werden. Dies kann mit der erfindungsgemäßen prädiktiven Steuerung vermieden werden.

Vorzugsweise weist die Druckluftversorgungsanlage einen Drucksensor auf, der so angeordnet und ausgebildet ist, dass er im Betrieb einen in der Druckluftversorgungsanlage herrschenden Luftdruck erfasst und ein dieses repräsentierende Drucksignal an die Druckluftsteuerung ausgibt. Auf Basis des Drucksignals und einem Anforderungssignal kann die die Druckluftsteuerung den erforderlichen Motorstrom prädiktiv bestimmen und mit dem vorgegebene maximalen Motorstrom Imax vergleichen, um einen geeigneten Betriebsmodus auszuwählen.

Vorzugsweise weist die Druckluftversorgungsanlage ein Reservoirventil auf, das pneumatisch zwischen dem Druckspeicher und einer pneumatischen Hauptdruckleitung angeordnet ist.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Druckluftversorgungsanlage ein Boostventil aufweist, das pneumatisch zwischen dem Druckspeicher und einer Boost- und Rückflussleitung angeordnet ist.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren des Anspruch 12. Das Verfahren dient zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit: einem oder mehreren Druckluftabnehmern,

Druckluftleitungen, elektrisch steuerbaren Ventilen, einer Druckluftsteuerung zum Ansteuern der elektrisch steuerbaren Ventile, einem Kompressor oder Verdichter mit einem Elektromotor als Antrieb, und vorzugsweise einem Druckspeicher.

Gemäß dem Verfahren werden vorzugsweise ein Druckspeicher-Drucksignal PR, das den Wert des Drucks in dem Druckspeicher repräsentiert und ein Druckabnehmer-Drucksignal PAbn, das den Wert des Drucks in dem Druckabnehmer repräsentiert, erfasst und ausgewertet. Auf ein Anforderungssignal hin werden dann ein aktuelles Druckabnehmer-Drucksignal und vorzugsweise ein aktuelles Druckspeicher-Drucksignal erfasst und in Bezug auf ein dem Anforderungssignal entsprechenden Soll-Zustand des Druckabnehmers ausgewertet. In Abhängigkeit des durch Anforderungssignal definierten Soll-Zustands des Druckabnehmers sowie des durch das aktuelle Druckabnehmer-Drucksignal und ggf. das aktuelle Druckspeicher-Drucksignal charakterisierten Ist-Zustands der Druckluftversorgungsanlage werden daraufhin Betriebsvorgaben für eine Solldrehzahl des Elektromotors und/oder für einen Betriebsmodus (offen oder geschlossen) der Druckluftversorgungsanlage zu derart bestimmt, dass bis zum Erreichen des Sollzustands des Druckabnehmers ein maximaler Motorstrom nicht überschritten wird. Dann werden den bestimmten Betriebsvorgaben entsprechende Steuersignale ausgegeben und die Druckluftversorgungsanlage wird entsprechend gesteuert.

Gemäß einer ersten bevorzugten Verfahrensvariante zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage mittels einer Druckluftsteuerung, die mit einem Solldrehzahl-Datenspeicher verbunden ist, in dem mehrere vorgegebene Solldrehzahlwerte gespeichert sind, wird auf ein Anforderungssignal SAnf hin ein Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters für den Zeitpunkt T zu prädiziert, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks einer der vorgegebenen Solldrehzahlwerte als Solldrehzahlwert für den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor derart ausgewählt und für eine Drehzahlregelung des Elektromotors vorgegeben, dass der von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmende Motorstrom (IB) ZU dem Zeitpunkt T, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zu-stand des Druckabnehmers erreicht ist, einen maximalen Motorstrom (temax) nicht überschreitet.

Die vorgegebene feste Anzahl von Drehzahlen ist vorteilhaft, um das akustische Verhalten zu verbessern. Diese Drehzahlen können auf Betriebspunkte eingestellt werden, die eine gute akustische und/oder pneumatische Leistung aufweisen. Das prädiktive Auswählen einer geeigneten Solldrehzahl kann auch bei Druckluftversorgungsanlagen erfolgen, die nicht im geschlossen Betriebsmodus arbeiten können, da sie keinen Druckspeicher haben.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Verfahrensvariante zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage, bei der oder die Druckluftabnehmer über die Druckluftleitungen und die elektrisch steuerbaren Ventile pneumatisch mit dem Kompressor oder Verdichter und/oder dem Druckspeicher derart verbunden oder verbindbar sind, dass die Druckluftversorgungsanlage entweder in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden kann, wird auf ein Anforderungssignal hin ein Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters und/oder ein von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmenden Motorstrom (IB) für den Zeitpunkt T prädiziert, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist.

In Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks werden entweder die elektrisch steuerbaren Ventile entsprechend dem offenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage angesteuert, wenn der präd izierte Ausgangsdruck größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Motorstrom ist, oder die elektrisch steuerbaren Ventile werden entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage angesteuert, wenn der prädizierte Ausgangsdruck kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Motorstrom ist.

Das prädiktive Auswählen eines Betriebsmodus kann mit dem prädiktiven Auswählen einer Solldrehzahl kombiniert werden.

Vorzugsweise werden im Betrieb zusätzlich ein Spannungssignal, das den Wert der zur Verfügung stehende Versorgungsspannung repräsentiert und/oder ein Umgebungsdrucksignal, das den Luftdruck in der Umgebung repräsentiert und/oder ein Lufttemperatursignal, das die Lufttemperatur in der Umgebung repräsentiert, erfasst und ausgewertet und der Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters und/oder den von dem den Kompressor oder Verdichter antreibenden Elektromotor aufzunehmenden Motorstrom wird für den Zeitpunkt T, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist, in Abhängigkeit des Spannungssignals und/oder des Umgebungsdrucksignals und/oder des Lufttemperatursignals prädiziert.

Bevorzugt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage, die einen Drucksensor an dem Druckluftspeicher sowie ein Ablassventil, ein Rückflussventil und ein Reservoirventil aufweist, das pneumatisch mit dem Druckspeicher verbunden ist, bei dem die Druckluftsteuerung für den Fall, dass aus dem Druckabnehmer Druckluft abgeführt werden soll, den geschlossenen Betriebsmodus aktiviert, wenn der aktuelle Speicherdruck in dem Druckspeicher geringer als ein Speicherdruckgrenzwert ist, oder den offenen Betriebsmodus aktiviert, wenn der aktuelle Speicherdruck in dem Druckspeicher größer als ein Speicherdruckgrenzwert ist.

Bevorzugt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage, die einen Drucksensor an dem Druckluftspeicher sowie ein Ablassventil, ein Rückflussventil und ein Reservoirventil aufweist, das pneumatisch mit dem Druckspeicher verbunden ist, bei dem die Druckluftsteuerung für den Fall, dass aus dem Druckabnehmer Druckluft abgeführt werden soll, auf Basis der vorliegenden Informationen über Speicherdruck in dem Druckspeicher und dem Volumen des Druckspeichers, dem Druck im Druckluftabnehmer oder einer oder mehrerer seiner Komponenten und deren Volumina und Höhenstand den zu erwartenden Speicherdruck vorab berechnet oder abschätzt, und für den Fall, dass der berechnete oder abgeschätzte Speicherdruck einen vorgegebenen Speicherdruckgrenzwert übersteigt, den offenen Betriebsmodus zu aktiviert, indem der Kompressor abgeschaltet wird, das Rückflussventil und das Reservoirventil geschlossen (deaktiviert) werden und das Ablassventils geöffnet (aktiviert) wird.

Ebenfalls bevorzugst ist ein Verfahren, bei dem die Druckluftsteuerung den Speicherdruckgrenzwert aus einer im Betrieb des Kompressor-Moduls gelernten Korrelation von Gegendruck und Stromaufnahme adaptiv festlegt.

Vorzugsweise erfolgt das Aktivieren des offenen Betriebsmodus ausgehend von einem geschlossenen Betriebsmodus, dann, wenn dem Druckabnehmer Druckluft zugeführt wird, durch Deaktivieren des Boostventils. Hierzu weist die Druckluftversorgungsanlage ein Boostventil auf, das pneumatisch mit dem Druckspeicher verbunden ist.

Vorzugsweise erfolgt das Aktivieren des offenen Betriebsmodus ausgehend von einem geschlossenen Betriebsmodus, dann, wenn aus dem Druckabnehmer Druckluft abgeführt werden durch, durch Abschalten des Kompressors, Schließen (Deaktivieren) des Rückflussventils und des Reservoirventils und Öffnen (Aktivieren) des Ablassventils. Hierzu weist die Druckluftversorgungsanlage ein Ablassventil, ein Rückflussventil und ein Reservoirventil auf, das pneumatisch mit dem Druckspeicher verbunden ist.

Da der Motorstrom proportional zu dem vom Kompressor jeweils benötigten Antriebsdrehmoment ist (Drehmomentenbedarf), kann das Auswahlen des offenen Betriebsmodus oder des geschlossenen Betriebsmodus und/oder einer geeigneten Solldrehzahl auf dem Wege der prädiktiven Steuerung allein auf Basis der den Drehmomentenbedarf des Kompressors bei gegebener Drehzahl beeinflussenden Einflussgrößen und deren absehbarer zeitlicher Entwicklung erfolgen - beispielsweise des mit sich füllendem Druckspeicher wachsenden Gegendrucks. Dies - die Auswahl einer geeigneten Solldrehzahl und/oder die prä- diktive Auswahl des offenen oder des geschlossenen Betriebsmodus und die dementsprechende Ansteuerung der Druckluftversorgungsanlage - geschieht so, dass ein ausgewählten Betriebsvorgaben, dass zum Erreichen des Soll-Zu- stands des Druckabnehmers ein vorgegebener maximaler Motorstrom nicht überschritten wird.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante aktiviert die Druckluftsteuerung für den Fall, dass aus dem Druckabnehmer Druckluft abgeführt werden soll, den geschlossenen Betriebsmodus, wenn der Druck in dem Druckspeicher geringer als ein vorgegebener oder erlernter Speicherdruckgrenzwert ist, oder den offenen Betriebsmodus, wenn der Druck in dem Druckspeicher höher ist, als ein vorgegebener oder erlernter Speicherdruckgrenzwert. Hierzu weist die Druckluftversorgungsanlage einen Drucksensor an dem Druckluftspeicher sowie ein Ablassventil, ein Rückflussventil und ein Reservoirventil auf, das pneumatisch mit dem Druckspeicher verbunden ist.

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante aktiviert die Druckluftsteuerung für den Fall, dass aus dem Druckabnehmer Druckluft abgeführt werden soll, den offenen Betriebsmodus, indem die Druckluftsteuerung auf Basis der vorliegenden Informationen über Speicherdruck in dem Druckspeicher und dem Volumen des Druckspeichers, dem Druck im Druckluftabnehmer oder einer oder mehrerer seiner Komponenten und deren Volumina und Höhenstand den zu erwartenden Speicherdruck vorab berechnet oder abschätzt, und aktiviert den offenen Betriebsmodus in dem Fall, dass der berechnete oder abgeschätzte Speicherdruck einen vorgegebenen Speicherdruckgrenzwert übersteigt. Dann wird der Kompressor abgeschaltet, das Rückflussventil und das Reservoirventil geschlossen (deaktiviert) und das Ablassventils wird geöffnet (aktiviert).

Vorzugsweise legt die Druckluftsteuerung den Speicherdruckgrenzwert aus einer im Betrieb des Kompressor-Moduls gelernten Korrelation von Gegendruck und Stromaufnahme adaptiv fest.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte Offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Beispiels für eine Druckluftversorgungsanlage nebst Druckluftabnehmer in Form von Luftfedern eines Fahrzeugs;

Fig. 2 Symbole für die in Fig. 1 abgebildeten Ventile zur Erläuterung von deren Funktionsweise;

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Druckluftsteuerung;

Fig. 4 ein Kompressor-Modul mit Kompressor, Elektromotor und Motorelektronik;

Fig. 5 eine skizzenhafte Darstellung zur Illustration der Funktionsweise eines bürstenlosen Elektromotors;

Fig. 6 Diagramme zur Illustration des Anstiegs der Stromaufnahme eines Elektromotors bei steigendem Gegendruck

Fig. 7 eine symbolische Darstellung von Kompressor und einem diesen antreibenden bürstenlosen Elektromotor mit Motorelektronik; und

Fig. 8 Diagramme zur Illustration der Auswirkung des erfindungsgemäßen prädiktiven Aktivierens des geschlossenen Betriebsmodus (Fig. 8a) oder des offenen Betriebsmodus (Fig. 8b) auf die Stromaufnahme des den Kompressor antreibenden Elektromotors.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckluftversorgungsanlage 30 dient beispielsweise zum Versorgen einer Luftfederanlage 32 mit mehreren Luftfedern 34 eines Fahrzeugs mit Druckluft. Anstelle einer Luftfederanlage können auch andere Druckluftabnehmer, z.B. eine Druckluftbremsanlage mit der der Druckluftversorgungsanlage 30 pneumatisch verbunden sein.

Der Begriff "Druckluftabnehmer" wird hierin sowohl für eine gesamte Luftfederanlage 32 oder Druckluftbremsanlage als auch für einzelne Federbälge 34 einer Luftfederanlage 32 oder Druckluftbremsen einer Druckluftbremsanlage, verwendet, mithin für jedwede Form von Druckluftabnehmern.

Wesentliche Bestandteile der Druckluftversorgungsanlage 30 sind neben den Druckluftabnehmern 34 ein Kompressor oder Verdichter 12 und dessen Antrieb 14 sowie elektrisch steuerbare Ventile 44, 46, 48, 50, 52 und 54 die von einer Druckluftsteuerung 56 gesteuert - also beispielsweise geöffnet oder geschlossen - werden können. Auf diese Weise kann den einzelnen Druckluftabnehmern 34 gezielt Druckluft zugeführt oder auch Druckluft abgelassen werden. Je nachdem, welcher der Druckluftabnehmer 34 im jeweiligen Betriebsfall mit Druckluft versorgt werden müssen, kann die vom Kompressor 12 zu leistende Verdichterarbeit höchst unterschiedlich sein. Die Druckluftsteuerung 56 ist eine elektronische Steuerung, die elektrische Steuersignale S1 , S2, Sn zum Aktivieren an die einzelnen elektrisch steuerbaren Ventile ausgeben und so die Druckluftversorgungsanlage 30 steuern kann.

Für eine gesteigerte Effizienz und eine gleichbleibende Verfügbarkeit kommen in PKW-Luftfedersystemen sogenannte „geschlossenen Luftfedersysteme“ zu Einsatz. Dies sind Luftfedersysteme, die beispielsweise mit einer Druckluftversorgungsanlage 30, wie sie in Figur 1 abgebildet ist, betrieben werden können, weil die Druckluftversorgungsanlage 30 Komponenten wie einen Druckspeicher 36 aufweist, die neben einem offenen Betriebsmodus auch einen geschlossenen Betriebsmodus ermöglichen. Im Gegensatz zu den „offenen Systemen“ oder einem offenen Betriebsmodus findet im geschlossenen Betriebsmodus eine Reduktion der Luftmasse in den Luftfedern nicht durch Ablassen der überschüssigen Luft in die Umgebung statt, vielmehr wird diese Luft durch Nutzung des Kompressors 12 in den Druckspeicher 36 gepumpt. Der dafür erforderliche Kompressor 12 ist bevorzugt für eine zweistufige Verdichtung ausgelegt und von einem Elektromotor, vorzugsweise einem BLDC-Motor 14 angetrieben. Der geschlossene Betriebsmodus durch Umpumpen erfolgt über die zweite Stufe 12.2, im offenen Betriebsmodus arbeitet der Kompressor 12 zweistufig durch Vorverdichtung mittels der ersten Stufe 12.1 und Endverdichtung mittels der zweiten Stufe 12.2.

Um einen geschlossenen Betriebsmodus zu ermöglichen, weist die Druckluftversorgungsanlage 30 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel neben dem Druckspeicher 36 auch ein Rückflussventil 48, ein Reservoirventil 52, ein Separationsventil 44 und ein Boostventil 54 auf.

Das Rückflussventil 48 ist pneumatisch zwischen dem Druckluftabnehmer 34 und dem Kompressor 12 derart angeordnet, dass durch das Rückflussventil 48, wenn es aktiviert - also geöffnet - ist, Druckluft von dem Druckluftabnehmer 34in eine Boost- und Rückflussleitung 76 fließen kann, die zu dem Kompressor 12 führt.

Das Reservoirventil 52 ist pneumatisch zwischen dem Druckspeicher und einer pneumatischen Hauptdruckleitung 40 derart angeordnet, dass durch das Reservoirventil 52, wenn es aktiviert - also geöffnet - ist, Druckluft von dem Druckspeicher 36 in die pneumatische Hauptdruckleitung 40 fließen kann.

Das Boostventil 54 ist pneumatisch zwischen dem Druckspeicher 36 und einer Boost- und Rückflussleitung 76 derart angeordnet, dass durch das Boostventil 54, wenn es aktiviert - also geöffnet - ist, Druckluft von dem Druckspeicher 36 in die Boost- und Rückflussleitung 76 fließen kann, die zu dem Kompressor 12 führt. Damit kann der Kompressor 12 die im geschlossenen betrieb aus dem Druckspeicher 36 entnommene Druckluft nachkomprimieren, bevor sie dem Druckluftabnehmer 34 zugeführt wird.

Das Separationsventil 44 ist pneumatisch zwischen der Hauptdruckleitung 40 und der Luftfederanlage 32 derart angeordnet, dass durch das Separations- ventil 32, wenn es aktiviert - also geöffnet ist, Druckluft von der Hauptdruckleitung 40 in die Luftfederanlage 32 fließen kann.

Aufgrund der geforderten Verdichterleistung bzw. der daraus abgeleiteten Förderleistung unterscheiden sich die erforderlichen Drehmomente zum Antreibendes Kompressors 12 im geschlossenen Betriebsmodus deutlichen von dem für den offenen Betriebsmodus erforderlichen Drehmoment.

Wie bereits angedeutet, kann die in Fig. 1 dargestellte Druckluftversorgungsanlage 30 in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden. Im offenen Betriebsmodus wird Außenluft aus der Umgebung angesaugt und komprimiert (siehe den gestrichelten Pfeil in Fig. 1) und im geschlossenen Betriebsmodus wird Luft aus einem Druckbehälter 36 - hier auch als Reservoir bezeichnet - entnommen und komprimiert (siehe den strickpunktierten Pfeil in Fig. 1 ).

Liegt die Stromaufnahme des Antriebs des Kompressors - also die Stromaufnahme des Elektromotors 14 - (welche proportional zum erforderlichen Drehmoment ist) im offenen Betrieb unterhalb von ca. 25A, so kann sie im geschlossenen Betrieb auf 50A und mehr ansteigen. Der geschlossene Betriebsmodus ist also der Betriebsmodus mit dem höchsten Momenten- bzw. Strombedarf. Beide Betriebsmodi sind in einem Fahrzeug vorzuhalten.

Die elektronische Druckluftsteuerunq

Die Druckluftsteuerung 56 gibt die Steuersignale S1 , S2, ... Sn zum Aktivieren der elektrisch steuerbaren Ventile - und damit zum Aktivieren des offenen oder geschlossenen Betriebsmodus - und ein Steuersignal Ss für die Solldrehzahl n_Soii des Elektromotors 14 aus.

Außerdem empfängt die Druckluftsteuerung 56 Eingangssignale, die als Druckspeicher-Drucksignal PR den Wert des Drucks in dem Druckspeicher 36 und als Druckabnehmer-Drucksignal PAbn den Wert des Drucks in dem Druckluftabnehmer 34 repräsentieren, sowie ein Anforderungssignal (SAnf), das einen Sollzustand des Druckluftabnehmers 32 - z.B. angehoben oder abgesenkt - oder der Druckluftversorgungsanlage definiert. Weitere mögliche Eingangssignale der Druckluftsteuerung 56 sind ein Spannungssignal, das den Wert der zur Verfügung stehende Versorgungsspannung Uv repräsentiert, ein Umgebungsdrucksignal, das den Luftdruck in der Umgebung repräsentiert und/oder ein Lufttemperatursignal, das die Lufttemperatur in der Umgebung repräsentiert.

Das Druckabnehmer-Drucksignal PAbn kann den Druck in dem gesamten Druckabluftnehmer 32, also z.B. der Luftfederanlage 32 repräsentieren oder in Form eines Vektors mit mehreren Komponenten auch die Drücke in den einzelnen Bälgen 34 der Luftfederanlage 32.

Die Druckluftsteuerung 56 mit einem Solldrehzahl-Datenspeicher 56.1 verbunden, in dem mehrere vorgegebene Solldrehzahlwerte gespeichert sind. Außerdem weist die Druckluftsteuerung 56 eine Auswerteeinheit 56.3 auf, die zu Verarbeiten der Eingangssignale SAnf, PR, PAbn etc. und zum Bilden und Ausgeben von Steuersignalen n_Soii, S1 , S2 etc. für die Druckluftversorgungsanlage 30 ausgebildet ist. Insbesondere bildet die Auswerteeinheit 56.3 die Steuersignale nach Empfangen eines Anforderungssignals SAnf derart, dass der durch das Anforderungssignal SAnf definierte Sollzustand des Druckluftabnehmers 32 oder der Druckluftversorgungsanlage 30 unter Beibehaltung einer anfänglich eingestellten Solldrehzahl n_S0n erreicht werden kann, ohne dass ein vorgegebener maximaler Motorstrom Iß max überschritten wird. Dies wird durch eine prädiktive Steuerung erreicht, die beispielsweise einen Motorstrom Iß pra oder einen Druck am Ausgang des Kompressors 12 prädizieren kann, oder die zum Erreichen des Sollzustands erforderlichen Steuersignale n_Soii, S1 , S2 etc. auf Basis eines Kennfelds oder eines trainierten neuronalen Netzes 56.2 aus den Eingangssignalen SAnf, PR, PAbn etc. ableitet. Hierzu wird der Ausgangs- oder Ist-Zustand berücksichtigt, der durch die Eingangssignale PR, PAbn etc. repräsentiert ist. Insbesondere kann die und die Druckluftsteuerung 56 ausgebildet sein, auf ein Anforderungssignal SAnf hin einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters 12 für den Zeitpunkt T zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal SAnf entsprechender Zustand des Druckluftabnehmers erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks einen der vorgegebenen Solldrehzahlwerte als Solldrehzahlwert für den Kompressor oder Verdichter 12 antreibenden Elektromotor 14 derart auszuwählen und ein entsprechendes Steuersignal für eine Drehzahlregelung des Elektromotors 14 auszugeben, dass der von dem Elektromotor 14 aufzunehmende Motorstrom Ißpra zu dem Zeitpunkt T, zu dem ein dem Anforderungssignal SAnf entsprechender Zustand des Druckluftabnehmers erreicht ist, einen maximalen Motorstrom IB max nicht überschreitet.

Zusätzlich oder alternativ kann die und die Druckluftsteuerung 56 ausgebildet sein, auf ein Anforderungssignal SAnf hin einen Ausgangsdruck am Ausgang des Kompressors oder Verdichters 12 und/oder einen von dem Elektromotor 14 aufzunehmenden Motorstrom Ißpra für den Zeitpunkt T zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal SAnf entsprechender Zustand des Druckluftabnehmers erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks oder des prädizierten Motorstroms Iß pra entweder die elektrisch steuerbaren Ventile entsprechend dem offenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage 30 anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom IB pra größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Motorstrom IB max ist, oder die elektrisch steuerbaren Ventile entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage 30 anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Ausgangsdruck oder der prädizierte Motorstrom Iß pra kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Motorstrom Ißmax ist. Nachfolgend wird zunächst beschrieben, wie dem Druckluftabnehmer 34, also z.B. der Luftfederanlage eines Fahrzeugs, Druckluft im offenen oder im geschlossenen Betriebsmodus zugeführt werden kann. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn das Fahrzeug einseitig oder allseitig angehoben werden soll. Für dieses Heben muss den Bälgen 34 Druckluft zugeführt werden. offener Betriebsmodus

Sowohl das Anheben als auch das Absenken können bei einer Luftfederanlage im geschlossen Betriebsmodus erfolgen.

In dem ersten offenen Betriebsmodus z.B. zum Anheben der Luftfederanlage 12 wird für die Druckluftversorgung des Druckluftabnehmers 32 Druckluft von dem Kompressor 12 über eine pneumatische Hauptdruckleitung 40 zu dem Druckluftabnehmer 34 - also der Luftfederanlage 32 - geführt. Innerhalb der Luftfederanlage wird die Druckluft mittels einzelner Druckabnehmerventile 46 - die im dargestellten Ausführungsbeispiel Balgventile 46 von Federbälgen 34 der Luftfederanlage 32 sind - verteilt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 12 zweistufig ausgeführt und besitzt eine erste Kompressorstufe 12.1 und eine zweite Kompressorstufe 12.2. Im offenen Betriebsmodus wir die Außenluft somit in zwei Stufen zunächst mittels der ersten Kompressorstufe 12.1 vorkomprimiert und dann mittels der zweiten Kompressorstufe 12.2 nachkomprimiert.

Die im offenen Betriebsmodus von dem Kompressor 12 bereitgestellte Druckluft kann anstelle einem Druckluftabnehmer 34 auch einem Druckspeicher 36 zugeführt werden, um so die Voraussetzung für einen geschlossenen Betriebsmodus zu schaffen.

Für die Druckluftversorgung im offenen Betriebsmodus werden somit ein Kompressor wie der Kompressor 12 und eine pneumatische Hauptdruckleitung 40 benötigt, die von dem Kompressor 12 bereitgestellte Druckluft dem Druckluftabnehmer 34zuführt. Weitere Komponenten wie ein Lufttrockner 38 oder ein Trenn- oder Separationsventil 44 sind optional.

In dem zweiten offenen Betriebsmodus z.B. beim Absenken der Luftfederanlage 12 wird das Ablassventil geöffnet. Dieses Öffnen des Ablassventils 50 bewirkt, dass das pneumatisch gesteuerte 3/2 Wege-Ventil 70 in die Arbeitsposition bewegt wird, in der eine Entlüftung erfolgt. Nach dem Öffnen des Ablass-ventils 50 wirkt der Druck der zu entlüftenden Luft als Steuerdruck, der auf einen Steuerkolben 74 des pneumatisch gesteuerten 3/2 Wege-Ventils 70 wirkt und das 3/2 Wege-Ventil 70 gegen die Kraft von dessen Rückstellfeder 72 in die Arbeitsposition bewegt. Drosseln 80.1 und 80.2 sowie zwei Rückschlag- oder Einwegventile 42.1 und 42.2 bewirken eine sinnvolle Begrenzung des Steuerdrucks zum Ansteuern des pneumatisch gesteuerten 3/2 Wege-Ventils 70. geschlossener Betriebsmodus

Sowohl das Anheben als auch das Absenken können bei einer Luftfederanlage im geschlossen Betriebsmodus erfolgen. Im Allgemeineren bedeutet dies, dass ein Druckluftabnehmer 34 in einem ersten geschlossenen Betriebsmodus mit Druckluft versorgt werden kann und in einem zweiten geschlossenen Betriebsmodus - auch als Reflow-Modus bezeichnet - Luft abgeben kann.

Für den geschlossenen Betriebsmodus sind zusätzlich ein z.B. als Druckluftbehälter ausgeführter Druckspeicher 36, ein Reservoirventil 52, ein optionales Boostventil 54 und ein ebenfalls optionales Separationsventil 44 und ein ebenfalls optionales Rückflussventil 48 sowie entsprechende Druckluftleitungen vorgesehen. Die für den offenen Betriebsmodus nicht benötigten Komponenten für den geschlossenen Betriebsmodus - nämlich das Druckspeicher 36, das Reservoirventil 52, das optionale Boostventil 54 und das Rückflussventil 48 - sind in Fig. 1 innerhalb der gestrichelten Umrandung 82 dargestellt. In dem ersten geschlossenen Betriebsmodus z.B. zum Anheben einer Luftfederanlage wird Luft mittels des Kompressors 12 und dessen zweiter Kompressorstufe 12.2 aus Druckspeicher 36 zu dem Druckluftabnehmer 34und in dessen Federbälgen 34 gepumpt wird. Hierzu werden der Kompressor 12, das Boostventil 54 und das Separationsventil 44 aktiviert und die Balgventile 46 werden geöffnet. Auf diese Weise kann ein Heben eines Fahrzeugs mittels der Luftfederanlage 32 im geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanklage 30 erfolgen („boost"). Da die Luft in dem Druckbehälter 36 bereits einen höheren statischen Druck hat, als die Außenluft in der Umgebung, wird die Luft im geschlossen Betriebsmodus nur mittels der zweiten Stufe 12.2 des Kompressors 12 nachkomprimiert und die erste Stufe 12.1 des Kompressors 12 ist in diesem Fall pneumatisch unwirksam.

Genau wie im offenen Betriebsmodus wird die komprimierte Luft auch im geschlossenen Betriebsmodus über den Lufttrockner 38 der pneumatischen Hauptdruckleitung 40 zu- und durch das Einweg- oder Rückschlagventil 42.2 hindurchgeführt und so zur Abgabe an einen Druckluftabnehmer 34 bereitgestellt.

In dem zweiten geschlossenen Betriebsmodus z.B. beim Absenken einer Luftfederanlage wird Luft aus den Bälgen 34 in den Druckspeicher 36 gepumpt. Hierbei ist der Kompressor 12 aktiviert und sowohl das Rückflussventil 48 als auch das Reservoirventil 52 sind geöffnet, also aktiviert. Luft wird dann aus den Bälgen 36 durch das Rückflussventil 48 mittels der zweiten Stufe 12.2 des Kompressors 12 durch das Reservoirventil 52 in den Druckspeicher 36 gepumpt.

Verteilung der Druckluft innerhalb des Druckluftabnehmers

Die Abgabe der Druckluft an den oder die Druckluftabnehmer 34 oder den Druckspeicher 36 sowie die Verteilung der Druckluft innerhalb des Druckluftabnehmers 32 - im Beispielsfall zwischen den Luftfedern 34 der Luftfederanlage 32 - erfolgt mittels elektrisch angesteuerter 2/2 Wege Ventile 46, wie eines auch in Fig. 2a als 2/2 Wege Ventil 60 abgebildet ist. In deren mittels einer Rückstellfeder 62 bewirkten ersten (Ruhe-) Position wirken die 2/2 Wege Ventile 46 als Einweg- oder Rückschlagventil. In der angesteuerten zweiten (aktivierten oder Arbeits-) Position sind die 2/2 Wege Ventile 46 geöffnet. Die elektrisch ansteuerbaren 2/2 Wege Ventile 46 sind mit einer elektronischen Druckluftsteuerung 56 verbunden, die mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern des Kompressor-Moduls 10 identisch sein kann und Steuermagneten 64 der 2/2 Wege Ventile 46 ansteuern kann. Die 2/2 Wege Ventile 46 des Druckluftabnehmers 32 - im Beispielsfall also der Luftfederanlage 32 - entsprechend dem in Figur 2a abgebildeten 2/2 Wege Ventil 60.

Entlüftung

Unabhängig davon, ob die Druckluftversorgungsanlage 30 im offenen oder im geschlossenen Betriebsmodus betrieben wird, kann eine Entlüftung einer oder mehrerer Komponenten - wie beispielsweise der Federbälge 34 - des Druckluftabnehmers 32 nötig sein. Im Falle eines Fahrzeugs mit einer Luftfederanlage müssen ein oder mehrere Bälge 36 der Luftfederanlage entlüftet werden, wenn das Fahrzeug ein seitig oder allseitig abgesenkt werden soll.

Auch die Entlüftung des Druckluftabnehmers 32 - z.B. beim Senken des Fahrzeugs mit einer Luftfederanlage - kann im offenen oder im geschlossenen Betriebsmodus erfolgen. Nachfolgend werden diese Varianten der Entlüftung des Druckluftabnehmers 32 näher erläutert. In beiden Fällen geht es um das Entlüften des Druckluftabnehmers 32 - also nicht um das Entlüften der Druckluftversorgungsanlage 30 insgesamt. Ein Entlüften der Druckluftversorgungsanlage 30 erfolgt zwangsläufig im offenen Betrieb, in dem Luft aus der Druckluftversorgungsanlage 30 in die Umgebung abgegeben wird. Entlüftung im offenen Betrieb

Für die Entlüftung im offenen Betriebsmodus ist die Druckluftversorgungsanlage 30 im dargestellten Beispielsfall als indirekt entlüftende Druckluftversorgungsanlage ausgelegt.

Hier sind hierfür sind ein Ablassventil 50, ein pneumatisch gesteuertes 3/2 Wege-Ventil 66, Drosseln 80.1 und 80.2 sowie eine weiteres Rückschlag- oder Einwegventil 42.1 vorgesehen - siehe die entsprechende Umrandung 84 um die Komponenten für die indirekte Entlüftung in Figur 1 .

Eine Entlüftung der Druckluftversorgungsanlage 30 und eines oder mehrerer Druckluftabnehmer 34 kann im offenen Betriebsmodus über das Öffnen des Ablassventils 50 bewirkt werden, welches ebenfalls als elektrisch angesteuertes 2/2 Wege Ventil ausgebildet ist. Ein Öffnen des Ablassventils 50 bewirkt, dass das pneumatisch gesteuerte 3/2 Wege-Ventil 66, wie es auch in Fig. 2b (dort Bezugsziffer 70) abgebildet ist, in die Arbeitsposition bewegt wird. Die Arbeitsposition ist die Position, in der eine Entlüftung erfolgt. Nach dem Öffnen des Ablassventils 50 wirkt der Druck der zu entlüftenden Luft als Steuerdruck, der auf einen Steuerkolben 74 wirkt, der das 3/2 Wege-Ventil 66 gegen die Kraft von dessen Rückstellfeder 72 in die Arbeitsposition bewegt. Drosseln 80.1 und 80.2 sowie zwei Rückschlag- oder Einwegventile 42.1 und 42.2 bewirken eine sinnvolle Begrenzung des Steuerdrucks zum Ansteuern des pneumatisch gesteuerten 3/2 Wege-Ventils 66.

Entlüftung im geschlossenen Betrieb

Im geschlossenen Betriebsmodus erfolgt eine Entlüftung der Komponenten des Druckluftabnehmers 32 in den Druckbehälter 36.

Bei der Entlüftung im geschlossenen Betriebsmodus wird die Luft aus den Bälgen 34 mittels des Kompressors 12 und dessen zweiter Kompressorstufe 12.2 in den Druckspeicher 36 gepumpt. Dazu wird der Kompressor 12 aktiviert und das Rückflussventil 48 sowie das Reservoirventil 52 werden geöffnet. Somit kann beispielsweise ein Senken der Luftfederanlage 32 im geschlossenen Betriebsmodus erfolgen. Die erste Stufe 12.1 des Kompressors 12 ist in diesem Fall pneumatisch unwirksam.

Zusammenfassung offener/geschlossener Betriebsmodus

Ein offener Betriebsmodus liegt vor, wenn der Kompressor 12 direkt aus der Umgebung in die Druckluftabnehmer 34, beispielsweise die Bälge der Luftfederung fördert; dann ist der Kompressor 12 aktiviert, ist das Separationsventil 44 aktiviert, sind die Balgventile 46 aktiviert => Anforderung " Heben" der Kompressor 12 den Druckluftspeicher 36 aus der Umgebung befüllt; dann ist der Kompressor 12 aktiviert, ist das Reservoirventil 52 aktiviert => Anforderung "Speicher füllen" die Luft aus den Druckluftabnehmern 34 (im Beispiel: den Bälgen der Luftfederung) in die Atmosphäre entlüftet wird (Balgventile aktiviert, Separationsventil aktiviert, Ablassventil aktiviert) => Anforderung "Senken" in Atmosphäre

Ein geschlossener Betriebsmodus liegt vor, wenn

Die Luft aus den Bälgen 34 in den Druckspeicher 36 gepumpt wird; dann ist der Kompressor 12 aktiviert, ist das Rückflussventil 48 aktiviert, ist das Reservoirventil 52 aktiviert => Anforderung "Senken" im geschlossenen Betriebsmodus („reflow"). Die erste Stufe 12.1 des Kompressors 12 ist in diesem Fall pneumatisch unwirksam.

Die Luft aus dem Druckspeicher 36 in die Bälge 34 gepumpt wird; dann ist der Kompressor 12 aktiviert, ist das Boostventil 54 aktiviert, ist das Separationsventil 44 aktiviert, sind die Balgventile 46 aktiviert => Anforderung "Heben" im geschlossenen Betriebsmodus („boost"). Die erste Stufe 12.1 des Kompressors 12 ist in diesem Fall pneumatisch unwirksam.

Das Kompressor-Modul

Das in Fig. 4 abgebildete Kompressor-Modul 10 ist für die Verwendung in der Druckluftversorgungsanlage 30 vorgesehen, wie sie beispielhaft in Fig. 1 anhand eines Schaltbildes dargestellt ist. Das Kompressor-Modul 10 ist als bauliche Einheit aus Kompressor 12, Elektromotor 14 und Motorelektronik (16, siehe Fig. 7; in Fig. 4 nicht dargestellt; typischerweise direkt an dem Elektromotor 14 angeflanscht) sowie weiteren Komponenten wie z.B. Lufttrockner 18 und Luftverteiler 20 etc. ausgebildet.

Fig. 5 illustriert skizzenhaft Stator und Rotor eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Der skizzierte bürstenloser Gleichstrommotor 14 weist als sogenannter Innenläufer typischerweise einen mit Elektromagnetspulen besetzten - also spulenbesetzten - Stator 14.1 , einen mit Permanentmagneten besetzten Rotor 14.2 und eine Motorelektronik 16 (siehe Fig. 6) auf. Die Motorelektronik 16 ist als elektronischer Kommutator derart konfiguriert, dass die Motorelektronik 16 die Stromzufuhr zu den Statorspulen 14.3 des Stators 14.1 über Leistungsschalter und die Anschlüsse A, B und C so steuert, dass die Statorspulen 14.3 reihum derart periodisch mit Strom versorgt werden, dass sich ein magnetisches Drehfeld ergibt, welches über Magnetkräfte eine synchrone Drehung des mit Permanentmagneten besetzten Rotors 14.2 bewirkt.

Für die an sich bekannte Drehzahlregelung des bürstenlosen Elektromotors 14 weist dieser Mittel zur Rotorwinkelerfassung auf, z.B. einen Hall-Sensor 14.4 zum Erfassen der Rotorposition auf. Damit kann auch ein Phasenwinkel zwischen dem angelegten Drehfeld und der mechanischen Rotation des Rotors 14.2 erfasst und der Phasenwinkel des Drehfeldes entsprechend nachgeregelt werden. Damit verhält sich der BLDC-Motor 14 ähnlich wie ein mechanisch kommutierter Gleichstrommotor. Als bürstenloser Gleichstrommotoren ist er jedoch effizienter, verschleißärmer und kann besser drehzahlgeregelt werden als Elektromotoren mit einem Bürsten-Kommutator.

Zum Erzeugen des Drehfeldes durch periodisches Bestromen der Statorspulen 14.3 über die Anschlüsse A, B und C ist die Motorelektronik 16 vorgesehen, die als elektronischer Kommutator fungiert; siehe Fig. 7.

Über die Motorelektronik 16 erfolgt auch in an sich bekannter Weise eine Drehzahlregelung des Elektromotors 14. Hierfür wird der Motorelektronik 16 eine Solldrehzahl vorgegeben. Zum Vorgeben der Solldrehzahl ist eine elektronische Steuereinheit 100 vorgesehen, der von der Motorsteuerung 16 ein Wert für den mittleren Motorstrom zugeführt wird oder die mit einem Stromsensor 58, 102 verbunden ist, der den jeweiligen von dem Elektromotor 14 im Betrieb aufgenommen Motorstrom erfasst.

Die Stromaufnahme des Elektromotors 12 kann sowohl von der Motorsteuerung 16 aus den gemessenen Phasenströmen berechnet als auch mittels des Stromsensors 58 oder 102 direkt gemessen werden. Im ersten Fall sind drei Stromsensoren 102 erforderlich, die für die Betriebssicherheit ohnehin notwendig sind. Im zweiten Fall ist ein extra Stromsensor 58 im Versorgungszweig notwendig (siehe Figur 1). Bevorzugt ist daher die Variante ohne gesonderten Stromsensor 58.

Im Vergleich zu einem ungeregeltem Gleichstrommotor bieten geregelte, bürstenlose Gleichstrommotoren den Vorteil, dass deren Drehzahl ohne konstruktiven Mehraufwand stufenlos geregelt werden kann. Die Kommutierung des bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt elektronisch, während ein Gleichstrommotor mit einem Bürsten-Kollektorsystem mechanisch kommutiert. Für Luftfedersysteme wird aus akustischen Gründen eine konstante Drehzahl im gesamten spezifizierten Lastbereich (Spannung, Gegendruck und Aufladedruck, Temperatur, geodätische Höhe) gefordert, was für den Einsatz eines geregelten Gleichstrommotors spricht.

Nachteil der Drehzahlvorgabe ist, dass sich mit der Anforderung n=const ein mit dem Drehmoment ansteigender Motorstrom ergibt, der im Einzelfall auch die definierte Maximalgrenze von z.B. 35 A übersteigen kann. Zur Einhaltung der maximal zugelassenen Stromaufnahme müsste der Verdichter derart ausgelegt werden, dass unter Worst-Case-Betriebsbedingungen innerhalb der spezifizierten Anwendungsfälle die Stromaufnahme nie überschritten wird. Ein solches Szenario kann z.B. ein beladenes Fahrzeug, verschränkt im Gelände, sein.

Vorgeschlagen wird, den Motor nun standardmäßig auf eine konstante Drehzahl auszulegen, und bei drohender Überschreitung der zulässigen Stromaufnahme (meist 35A) die notwendige Antriebsleistung des Verdichters zu reduzieren. Dazu wird eine Stromaufnahme des Verdichters prädiziert, die zum Erreichen eines Sollzustands des Druckluftabnehmers erforderlich ist und bei drohendem Überschreiten des definierten Grenzwertes wird von vornherein eine Solldrehzahl vorgegeben und oder ein Betriebsmodus (offen oder geschlossen) vorgegeben, bei der oder dem es nicht zu einem Überschreiten des maximalen Motorstroms kommt, bis der durch das Anforderungssignal SAnf definierte Sollzustand des Druckluftabnehmers erreicht ist.

Üblicherweise wird die pneumatische Leistung eines Verdichters für Luftfedersystem auf den häufigsten Betriebspunkt ausgelegt. Beispielsweise wird ein Volumenstrom von 130 l/min bei 11 bar Aufladedruck und 11 bar Gegendruck gefordert. Die maximale Stromaufnahme von 35 A gilt dagegen in allen Arbeitsbereichen (Betriebs- und Umgebungsdrücke, Spannungen).

Um den Verdichter nicht zu groß auszulegen, wird er auf eine Stromaufnahme von ca. 30 A im genannten Arbeitspunkt ausgelegt (Berücksichtigung von Gerä- testreuungen, Lebensdauereinflüssen, leicht höhere Betriebslasten). Insbesondere im aufgeladenen Betrieb zeigt sich nun ein mit steigendem Gegendruck starker Anstieg der notwendigen Antriebleistung bzw. des notwendigen Stroms über die 35 A hinaus (Strom ~ Drehmoment).

In dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel steigt der Strom mit mehr als 2 A pro bar Gegendruck. Abhilfe wäre, das Kompressor-Modul 10 derart auszulegen, dass in den definierten, eher seltenen Worst Case Arbeitspunkten keine Stromüberschreitung auftritt. Dies hat aber den Nachteil, dass das Kompressor-Modul 10 in den häufigen Betriebsbereichen eine entsprechend reduzierte, nicht spezifikationsgerechte Performance zeigt. Eine geforderte Förderleistung von z.B. 130 l/min bei 11 bar Vordruck und 11 bar Gegendruck kann in diesem Fall nicht erreicht werden. Die Problematik wird durch die Gerätestreuung und Lebensdauereinflüsse verstärkt. Zur Vermeidung der hohen Ströme kann die Drehzahl des BLDC-Motors verringert werden. Aufgrund der Proportionalität von Drehzahl und Strom kann sich daraus allerdings eine zu hohe, notwendige Drehzahlabsenkung ergeben. Soll z.B. die Stromaufnahme von 60A auf 35A reduziert werden, müsste die Drehzahl auf 58% der ursprünglichen reduziert werden, von z.B. 2850min’¹ auf unter 1700min’¹. Diese deutliche Drehzahlabsenkung kann zu unerwünschten Effekten in Luft- und Körperschall führen.

Durch das erfindungsgemäß Auswählen des geschlossenen oder des offenen Betriebsmodus kann vermieden werden, dass der vorgegebene maximale Motorstrom überschritten wird. Wie Figur 8a zu entnehmen ist, kann der geschlossene Betriebsmodus im dargestellten Beispiel zu einem Überschreiten des vorgegebenen maximalen Motorstroms von 35A führen. Wird hingegen von vornherein der offene Betriebsmodus aktiviert, wird der vorgegebene maximale Motorstrom nicht überschritten; siehe Figur 8b.

Ein Ansatz ist, den BLDC-Motor mit einer konstanten Drehzahl zu betreiben und zur Vermeidung einer Überdimensionierung des Gleichstrommotors diese Drehzahl unter bestimmten Lastbedingungen (Betriebsspannung und Last) abzusen- ken. Bei korrekter Auslegung und korrekter Berücksichtigung aller Nennbedingungen wird der max. Strom von z.B. 35 A nicht überschritten. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass alle strombeeinflussenden Faktoren, wie Bauteiltoleranzen, Betriebstemperaturen in Form von Worst Case Annahmen berücksichtigt sind und das sich daraus ergebende frühzeitige Umschalten auf eine niedrigere Drehzahl (einschl. der resultierenden Performancereduktion) akzeptabel ist.

Ziel war es daher, das Kompressor-Modul nicht auf die seltenen Worst Case Bedingungen auszulegen, sondern stattdessen eine Auslegung gemäß den häufigsten Betriebsbedingungen in Kombination mit einer Stromlimitierung zur Sicherstellung der vorgegebenen Stromgrenzen in Verbindung mit situativ maximaler Kompressorleistung vorzusehen.

Die Forderung nach konstanter Kompressordrehzahl führt mit steigendem Kompressorantriebsmoment (welches proportional zum notwendigem Motordrehmoment ist) zu einer ansteigenden Stromaufnahme:

Formel: M x 2n x n = i x U x I mit:

M = Kompressorantriebsmoment (ist konstant bei konstantem Druck) n = Kompressordrehzahl (wird gemäß herkömmlicher Regelstrategie bei

BLDC konstant gehalten)

T = Wirkungsgrad

U = Versorgungsspannung (vorgegeben, zwischen 9 V und 16 V gemäß Anforderung)

/ = Motorstrom (in der Regel begrenzt auf 35 A)

Messungen haben gezeigt, dass die Motorstromaufnahme eines aufgeladenen Kompressors für den Einsatz in PKW Luftfedersystemen um mehr als 2 A/bar Gegendruck ansteigen kann. Damit wäre bei einer Auslegung auf den Nennpunkt von 11 bar Aufladedruck und 11 bar Gegendruck bei I = 30 A lediglich, ein Gegendruck bis 13,5 bar zulässig (was dann den gesamten geforderten Betriebsbereich bis z.B. 18 bar nicht mehr abdeckt). Weitere Reduzierungen können sich ergeben durch: fertigungsbedingte Gerätestreuungen

Einlaufeffekte

Verschleiß

Umgebungsbedingungen Eigenerwärmung

Das Kompressor-Modul wird vorteilhafterweise so ausgelegt, dass es die überwiegende Anzahl der Nutzungsbedingungen mit einer einzigen der vorgegebenen Solldrehzahlen durchführen kann.

Weiterhin sollte sich die Basisauslegung des Kompressors 12 und des zugehörigen Elektromotors 14 - also des Kompressor-Moduls 10 - bei Nutzung der Erfindung nicht an Worst Case Toleranzlagen etc. orientieren, sondern auch hier analog der Nennwerte erfolgen.

Vorteile ergeben sich auf für den Fall, dass die Nennweiten auf der Kompressordruckseite temporär zu klein sind (z.B. bei Förderung in nur einen Balg 34) und sich aufgrund des hohen Fördervolumenstroms ein zu hoher Gegendruck aufbaut, der dann wiederum zu einem zu hohen Motorstrom führen würde.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen prädiktiven Steuerung ist nicht auf Kompressoren beschränkt, die von einem BLDC-Gleichstrommotor angetrieben werden (auch wenn letztere bevorzugt sind), sondern kann auch auf Kompressoren mit anderen Gleichstrommotoren ausgeweitet werden.

Das Aktivieren des geschlossenen oder des offenen Betriebsmodus erfolgt im Beispielsfall wie nachfolgend beschrieben. Für die prädiktive Steuerung zum Auswahlen einer vorzugebenden Solldrehzahl und/oder eines offenen oder geschlossenen Betriebsmodus wird nicht (nur) der Motorstrom gemessen, sondern auch der Druck P auf der Druckseite des Kompressors 12 oder in dem Druckspeicher 36. Hierzu ist wenigstens ein P-U- Wandler als Drucksensor 78 vorgesehen. Dieser kann beispielsweise an der Hauptdruckleitung 40 oder dem Druckspeicher 36 oder an beiden Orten und auch an weiteren Orten vorgesehen sein, je nachdem, welcher Druck beispielsweise für eine prädiktive Steuerung erfasst werden soll.

Die Genauigkeit der Prädiktion des Motorstroms IB, pra und damit Entscheidung, ob beispielsweise ein Senken im offenen oder im geschlossenen Betriebsmodus erfolgt, kann über folgende Fälle 1 bis 3 durch steigende Prognosekomplexität verbessert werden.

Da der Motorstrom proportional zu dem vom Kompressor jeweils benötigten Antriebsdrehmoment ist (Drehmomentenbedarf), kann das Auswählen des offenen Betriebsmodus oder des geschlossenen Betriebsmodus und/oder einer geeigneten Solldrehzahl auf dem Wege der prädiktiven Steuerung allein auf Basis der den Drehmomentenbedarf des Kompressors bei gegebener Drehzahl beeinflussenden Einflussgrößen und deren absehbarer zeitlicher Entwicklung erfolgen - beispielsweise des mit sich füllendem Druckspeicher wachsenden Gegendrucks. Dies - die Auswahl einer geeigneten Solldrehzahl und/oder die prädiktive Auswahl des offenen oder des geschlossenen Betriebsmodus und die dementsprechende Ansteuerung der Druckluftversorgungsanlage - geschieht so, dass ein ausgewählten Betriebsvorgaben, dass zum Erreichen des Soll-Zu- stands des Druckluftabnehmers ein vorgegebener maximaler Motorstrom nicht überschritten wird.

Im einfachsten Fall 1 ist die Druckluftsteuerung ausgebildet auf eine "Senken"- Anforderung hin entweder den geschlossenen Betriebsmodus oder den offenen Betriebsmodus allein in Abhängigkeit des aktuellen Speicherdrucks (d.h. des Luftdrucks in dem Druckspeicher) zu aktivieren. Ist der aktuelle Speicherdruck zu nah an einem maximal zulässigen Speicherdruckgrenzwert, so dass nicht genug Luftmasse im Druckspeicher zusätzlich abgelegt werden kann, um genügend Luft aus dem Luftabnehmer ablassen zu können (also beispielsweise das Fahrzeug weit genug zu senken), dann wird von Anfang der offene Betrieb gewählt, um ein Umschalten des Betriebsmodus während des Absenkens zu vermeiden. Die Druckluftsteuerung ist zu diesem Zweck unter anderem als Druckschätzer ausgebildet.

Im zweiten Fall 2 ist die Druckluftsteuerung ausgebildet auf Basis der vorliegenden Informationen über Speicherdruck und -volumen, Balgdruck, Balggeometrie und Höhenstand sowie der angeforderten Regelung (z.B. Heben oder Senken) den sich einstellenden (d.h. zu erwartenden) Speicherdruck vorab zu berechnen (Luftmassenmanager) bzw. bei nicht vollständiger Datenlage abzuschätzen (Luftmassenschätzer). Übersteigt der berechnete oder abgeschätzte Speicherdruck einen vorgegebenen oder erlernten Speicherdruckgrenzwert, dann wird der Absenkvorgang von vornherein durch Balgentlüftung in die Atmosphäre, also im offenen Betriebsmodus durchgeführt. Eine Umschaltung findet während des Absenkens nicht statt.

In einer dritten, vorteilhaften Ausführung (Fall 3) ist die Druckluftsteuerung ausgebildet einen Druckgrenzwert aus Fall 2, aber auch aus Fall 1 , aus einer im Betrieb des Kompressor-Moduls 10 gelernten Korrelation von Gegendruck und Stromaufnahme adaptiv festzulegen. Hier werden die unvermeidlichen Gerätetoleranzen dahingehend kompensiert, dass die Umschaltung kompressorindividuell in Form einer Selbstkalibrierung erfolgt.

Zu diesem Zweck kann die Druckluftsteuerung ein neuronales Netz 56.2 aufweisen, das mit Trainingsdatensätzen trainiert ist, die Eingangssignale, Steuersignale und Motorströme für verschiedene Lastzustände und Anforderungssignale enthalten. Bezuqszeichen (Teil der Beschreibung)

10 Kompressor-Modul

12 Kompressor

12.1 erste Kompressorstufe

12.2 zweite Kompressorstufe

14 Elektromotor

14.1 Stator

14.2. Rotor

14.3 Statorspule

14.4. Hall-Sensor

16 Motorelektronik

18 Lufttrockner

20 Luftverteiler

30 Druckluftversorgungsanlage

32 Luftfederanlage

34 Druckluftabnehmer (z.B. Bälge der Luftfedern)

36 Druckspeicher

38 Lufttrockner

40 Hauptdruckleitung

42 Einwegventil/Rückschlagventil

44 Separationsventil (elektrisch gesteuert)

46 Druckabnehmerventil (Balgventil, elektrisch gesteuert)

48 Rückflussventil (elektrisch gesteuert)

50 Ablassventil (Exhaustventil, elektrisch gesteuert)

52 Reservoirventil (elektrisch gesteuert)

54 Boostventil (elektrisch gesteuert)

56 Druckluftsteuerung

56.1 Solldrehzahl-Datenspeicher für vordefinierte Solldrehzahlen

56.2 neuronales Netz

56.3 Auswerteeinheit

58 Stromsensor

60 2/2-Wege-Ventil 62 Rückstellfeder

64 Steuermagnet

66 3/2-Wege-Ventil (pneumatisch gesteuert) zum Entlüften

70 3/2-Wege-Ventil (elektrisch gesteuert)

72 Rückstellfeder

74 Steuerkolben

76 Boost- und Rückflussleitung

78 Drucksensor; P-U-Wandler

80 Drossel

82 Komponenten für den geschlossenen Betrieb

84 Komponenten für die indirekte Entlüftung

86 Ausgang des Kompressors

90 Signaleingang für Anforderungssignal

92 Stromsignaleingang

94 Drucksignaleingang für ein den Druck im Druckspeicher 36 repräsentierendes Signal

96 Drucksignaleingang für ein den Druck der Druckluft in der Hauptdruckleitung der Druckluftversorgungsanlage repräsentierendes Signal

98 Drucksignaleingang für ein den Druck der Druckluft am Druckluftabnehmer repräsentierendes Signal

100 elektronische Steuereinheit n_Soii Solldrehzahl

IB (mittlerer) Motorstrom

Ißpra prädizierter Motorstrom

SAnf Anforderungssignal

Ss Steuersignal

PR Druckspeicher-Drucksignal

PAbn Druckabnehmer-Drucksignal

PAUS Druck am Ausgang des Kompressors

PAUS pra prädizierter Ausgangsdruck am Kompressor

PAUS max vordefinierter maximaler Ausgangsdruck am Kompressor

Uv Versorgungsspannung

Suv die Versorgungsspannung repräsentierendes Signal Tu Temperatur der Umgebungsluft

STU Lufttemperatursignal

Pu Luftdruck in der Umgebung

SPU Umgebungsdrucksignal

V Volumen eines Druckluftabnehmers, insb. einer Luftfeder h Höhenstand eines Druckluftabnehmers, insb. einer Luftfeder

T Zeitpunkt, zu dem ein dem Anforderungssignal entsprechender Zustand des Druckabnehmers erreicht ist

Claims

Patentansprüche

1 . Druckluftversorgungsanlage (30), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit: einem oder mehreren Druckluftabnehmern (34), Druckluftleitungen (40), elektrisch steuerbaren Ventilen (44, 46, 48, 50, 52, 54), einer Druckluftsteuerung (56) zum Ansteuern der elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54), einem Kompressor (12) mit einem Elektromotor (14) als Antrieb, und vorzugsweise einem Druckspeicher (36) dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftsteuerung (56) Signaleingänge für wenigstens: ein Anforderungssignal (SAnf), das eine Anforderung an die Druckluftversorgungsanlage (30) repräsentiert, vorzugsweise ein Druckspeicher-Drucksignal (PR), das den Wert des Drucks in dem Druckspeicher (36) repräsentiert und ein Druckluftabnehmer-Drucksignal (PAbn), das den Wert des Drucks in dem Druckluftabnehmer (32, 34) repräsentiert aufweist und ausgebildet ist, auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin ein aktuelles Druckabnehmer-Drucksignal (PAbn) und vorzugsweise ein aktuelles Druckspeicher-Drucksignal (PR) in Bezug auf ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechenden Soll-Zustand des Druckluftabnehmers (32, 34) auszuwerten, in Abhängigkeit des durch Anforderungssignal (SAnf) definierten Soll-Zustands des Druckluftabnehmers (32, 34) sowie des durch das aktuelle Druckabnehmer-Drucksignal (PAbn) und ggf. das aktuelle Druckspeicher-Drucksignal (PR) charakterisierten Ist-Zustands der Druckluftversorgungsanlage (30) Betriebsvorgaben für eine Solldrehzahl (n_Soii) des Elektromotors (14) und/oder für einen offenen Betriebsmodus oder geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) derart zu bestimmen, dass bis zum Erreichen des Sollzustands des Druckluftabnehmers (32, 34) ein vorgegebener maximaler Motorstrom (temax) nicht überschritten wird und den Betriebsvorgaben für eine Solldrehzahl (n_Soii) des Elektromotors (14) und/oder für einen offenen Betriebsmodus oder geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) entsprechende Steuersignale (Ss) auszugeben.

2. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß Anspruch 1 , deren Druckluftsteuerung (56) mit einem Solldrehzahl-Datenspeicher (56.1 ) verbunden ist, in dem mehrere vorgegebene Solldrehzahlwerte (n_Soii) gespeichert sind, und die ausgebildet ist, auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin einen Ausgangsdruck (PAUS) am Ausgang (86) des Kompressors (12) für den Zeitpunkt (T) zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (PAbn) erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks (PAUS) einen der vorgegebenen Solldrehzahlwerte (56.1 ) als Solldrehzahlwert (n_Soii) für den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) derart auszuwählen und für eine Drehzahlregelung des Elektromotors (14) vorzugeben, dass der von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmende Motorstrom (IB) ZU dem Zeitpunkt (T), zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (PAbn) erreicht ist, einen maximalen Motorstrom (te max) nicht überschreitet.

3. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der oder die Druckluftabnehmer (34) über die Druckluftleitungen (40) und die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) pneumatisch mit dem Kompressor (12) und/oder dem Druckspeicher (36) derart verbun- den oder verbindbar sind, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) entweder in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftsteuerung (56) ausgebildet ist, auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin einen Ausgangsdruck (PAus pra) am Ausgang (86) des Kompressors (12) und/oder einen von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmenden Motorstrom (Iß pra) für den Zeitpunkt (T) zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (32, 34) erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks (PAus pra) oder des prädizierten Motorstroms (Iß pra) entweder die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) entsprechend dem offenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck (PAUS) größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Ausgangsdruck (PAUS max) oder der prädizierte Motorstrom (Iß pra) größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Motorstrom (IB max ) ist, oder die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) anzusteuern, wenn der prädizierte Ausgangsdruck (PAUS) kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Ausgangsdruck (PAUS) oder der prädizierte Motorstrom (Iß pra) kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Motorstrom (IB max) ist.

4. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftsteuerung (56) weitere Signaleingänge für: ein Spannungssignal (Suv), das den Wert der zur Verfügung stehende Versorgungsspannung (Uv) repräsentiert und/oder ein Umgebungsdrucksignal (SPU), das den Luftdruck in der Umgebung (Pu) repräsentiert und/oder ein Lufttemperatursignal (STU), das die Lufttemperatur in der Umgebung (Tu) repräsentiert, aufweist und ausgebildet ist, den Ausgangsdruck am Ausgang (86) des Kompressors (12) und/oder den von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmenden Motorstrom (IB) für den Zeitpunkt (T) zu prädizieren, zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (34) erreicht ist, in Abhängigkeit des Spannungssignals (Suv) und/oder des Umgebungsdrucksignals (SPU) und/oder des Lufttemperatursignals (STU) ZU prädizieren.

5. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftabnehmer eine Luftfederanlage (32) mit einem oder mehreren Luftfeder-Bälgen (34) ist.

6. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (12) mit dem Elektromotor (14) in Form eines Kompressor-Moduls (10) zu einer baulichen Einheit zusammengefasst ist.

7. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) ein drehzahlgeregelter BLDC-Motor und wenigstens eine Solldrehzahl (n_Soii) vorgegeben ist.

8. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) einen Drucksensor (78) aufweist, der so angeordnet und ausgebildet ist, dass er im Betrieb einen in der Druckluftversorgungsanlage (30) herrschenden Luftdruck (PAni) erfasst und ein dieses repräsentierende Drucksignal (SP A ) an die Druckluftsteuerung (56) ausgibt.

9. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) ein Reservoirventil (52) aufweist, das pneumatisch zwischen dem Druckspeicher (36) und einer pneumatischen Hauptdruckleitung (40) angeordnet ist.

10. Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) ein Boostventil (54) aufweist, das pneumatisch zwischen dem Druckspeicher (36) und einer Boost- und Rückflussleitung (76) angeordnet ist.

11 . Druckluftversorgungsanlage (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftsteuerung (56) selbstlernend ausgebildet ist und vorzugsweise ein trainiertes oder trainierbares neuronales Netz (56.2) aufweist.

12. Verfahren zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (30), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit: einem oder mehreren Druckluftabnehmern (34), Druckluftleitungen (40, 76), elektrisch steuerbaren Ventilen (44, 46, 48, 50, 52, 54), einer Druckluftsteuerung (56) zum Ansteuern der elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54), einem Kompressor (12) mit einem Elektromotor (14) als Antrieb, und vorzugsweise einem Druckspeicher (36) dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb ein Anforderungssignal (SAnf), das eine Anforderung an die Druckversorgungsluftanlage (30) repräsentiert, vorzugsweise ein Druckspeicher-Drucksignal (SPR), das den Wert des Drucks (PR) in dem Druckspeicher (36) repräsentiert und ein Druckabnehmer-Drucksignal (SpAbn), das den Wert des Drucks (PAbn) in dem Druckluftabnehmer (34) repräsentiert, erfasst und ausgewertet werden, und auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin ein aktuelles Druckabnehmer-Drucksignal (SpAbn) und vorzugsweise ein aktuelles Druckspeicher-Drucksignal (SPR) erfasst und in Bezug auf ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechenden Soll-Zustand des Druckabnehmers (32, 34) ausgewertet werden und in Abhängigkeit des durch das Anforderungssignal (SAnf) definierten Soll-Zustands des Druckabnehmers (32, 34) sowie des durch das aktuelle Druckabnehmer-Drucksignal (SpAbn) und ggf. das aktuelle Druckspeicher-Drucksignal (SPR) charakterisierten Ist-Zustands der Druckluftversorgungsanlage (30) Betriebsvorgaben für eine Solldrehzahl (n_Soii) des Elektromotors (14) und/oder für einen offenen Betriebsmodus oder einen geschlossen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) derart bestimmt wird, dass bis zum Erreichen des Soll-Zustands des Druckabnehmers (32, 34) ein maximaler Motorstrom (IB) nicht überschritten wird und den bestimmten Betriebsvorgaben entsprechende Steuersignale (Ss) ausgegeben werden und die Druckluftversorgungsanlage (30) entsprechend gesteuert wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12 zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (30) mittels einer Druckluftsteuerung (56), die mit einem Solldrehzahl-Datenspeicher (56.1 ) verbunden ist, in dem mehrere vorgegebene Solldrehzahlwerte (n_Soii) gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Solldrehzahlwerte (n_Soii) vorgegeben sind und auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin ein Ausgangsdruck (PAUS) am Ausgang (86) des Kompressors (12) für den Zeitpunkt (T) zu prädiziert wird, zu dem ein durch das Anforderungssignal (SAnf) vorgegebener Zustand des Druckabnehmers (32, 34) erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks (PAUS prä) einer der vorgegebenen Solldrehzahlwerte (n_Soii) als Solldrehzahlwert (n_Soii) für den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) derart auswählt und für eine Drehzahlregelung des Elektromotors (14) vorgegeben wird, dass der von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmende Motorstrom (IB) ZU dem Zeitpunkt (T), zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (32, 34) erreicht ist, einen maximalen Motorstrom (te max) nicht überschreitet.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13 zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (30), bei der oder die Druckluftabnehmer (34) über die Druckluftleitungen (40, 76) und die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) pneumatisch mit dem Kompressor (12) und/oder dem Druckspeicher (36) derart verbunden oder verbindbar sind, dass die Druckluftversorgungsanlage (30) entweder in einem offenen Betriebsmodus oder in einem geschlossenen Betriebsmodus betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Anforderungssignal (SAnf) hin ein Ausgangsdruck (PAUS) am Ausgang (86) des Kompressors (12) und/oder ein von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmender Motorstrom (IB) für den Zeitpunkt (T) prädiziert wird, zu dem ein durch das Anforderungssignal (SAnf) vorgegebener Zustand des Druckabnehmers (32, 34) erreicht ist, und in Abhängigkeit des prädizierten Ausgangsdrucks (PAus pra) entweder die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) entsprechend dem offenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) angesteuert werden, wenn der prädizierte Ausgangsdruck (PAUS prä) größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert (PAUS max) für den Ausgangsdruck (PAUS) oder der prä- dizierte Motorstrom (IB) größer oder gleich einem vorgegebenen Maximalwert für den Motorstrom (te max) ist, oder die elektrisch steuerbaren Ventile (44, 46, 48, 50, 52, 54) entsprechend dem geschlossenen Betriebsmodus der Druckluftversorgungsanlage (30) angesteuert werden, wenn der prädizierte Ausgangsdruck (PAUS prä) kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Ausgangsdruck (PAUS max) oder der prädizierte Motorstrom (IB) kleiner als der vorgegebene Maximalwert für den Motorstrom (IB max) ist.

15. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb zusätzlich ein Spannungssignal (Suv), das den Wert der zur Verfügung stehende Versorgungsspannung (Uv) repräsentiert und/oder ein Umgebungsdrucksignal (SPU), das den Luftdruck in der Umgebung (Pu) repräsentiert und/oder ein Lufttemperatursignal (STU), das die Lufttemperatur in der Umgebung (Tu) repräsentiert, erfasst und ausgewertet werden und der Ausgangsdruck (PAUS) am Ausgang (86) des Kompressors (12) und/oder den von dem den Kompressor (12) antreibenden Elektromotor (14) aufzunehmenden Motorstrom (IB) für den Zeitpunkt (T), zu dem ein dem Anforderungssignal (SAnf) entsprechender Zustand des Druckabnehmers (32, 24) erreicht ist, in Abhängigkeit des Spannungssignals (Suv) und/oder des Umgebungsdrucksignals (SPU) und/oder des Lufttemperatursignals (STU) ZU prädiziert wird.

16. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15 zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (30), die einen Drucksensor (78) an dem Druckluftspeicher (36) sowie ein Ablassventil (50), ein Rückflussventil (48) und ein Reservoirventil (52) aufweist, das pneumatisch mit dem Druckspeicher (36) verbunden ist, wobei die Druckluftsteuerung (56) für den Fall, dass aus dem Druckluftabnehmer (34) Druckluft abgeführt werden soll, den geschlossenen Betriebsmodus aktiviert, wenn der aktuelle Speicherdruck (PR) in dem Druckspeicher (36) geringer als ein Speicherdruckgrenzwert (P_R grenz) ist, oder den offenen Betriebsmodus aktiviert, wenn der aktuelle Speicherdruck (PR) in dem Druckspeicher (36) gleich oder größer als ein Speicherdruckgrenzwert (P_{R gr}enz) ist.

17. Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 16 zum Betreiben einer Druckluftversorgungsanlage (30), die einen Drucksensor (78) an dem Druckluftspeicher (36) sowie ein Ablassventil (50), ein Rückflussventil (48) und ein Reservoirventil (52) aufweist, das pneumatisch mit dem Druckspeicher (36) verbunden ist, wobei die Druckluftsteuerung (56) für den Fall, dass aus dem Druckluftabnehmer (34) Druckluft abgeführt werden soll, ausgebildet ist auf Basis der vorliegenden Informationen über Speicherdruck (PR) in dem Druckspeicher (36) und dem Volumen des Druckspeichers (36), dem Druck im Druckluftabnehmer (34) oder einer oder mehrerer seiner Komponenten (36) und deren Volumina (V) und Höhenstand (h) den zu erwartenden Speicherdruck (PR) vorab zu berechnen oder abzuschätzen, und für den Fall, dass der berechnete oder abgeschätzte Speicherdruck (PR) einen vorgegebenen Speicherdruckgrenzwert (P_R grenz) übersteigt, den offenen Betriebsmodus zu aktivieren, indem der Kompressor (12) abgeschaltet wird, das Rückflussventil (48) und das Reservoirventil (52) geschlossen (deaktiviert) werden und das Ablassventils (50) geöffnet (aktiviert) wird.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die Druckluftsteuerung (56) den Speicherdruckgrenzwert (P_{R gre}nz) aus einer im Betrieb des Kompressor-Moduls (10) gelernten Korrelation von Gegendruck (PAUS) und Stromaufnahme (IB) adaptiv festlegt.