WO2011117341A1 - Verfahren zur regelung eines kompressors - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a compressor of a
  • Pressure supply system in which the compressor is switched on and off depending on a determined by means of a temperature calculation method limit temperature of one or more components of the pressure supply system.
  • the temperature limits for switching the compressor on and off are usually designed such that when the compressor is switched back on, a predefined level change can be carried out while the vehicle is fully loaded.
  • a full load is not available in most cases, which unnecessarily limits the availability of the compressor.
  • the object of the invention was therefore to provide a method in which a
  • the determination of the respective limit temperature for switching on or off i. the on or off temperature of the compressor with the temperature calculation method depending on one or more of the parameters system pressure, ambient temperature and running time of the compressor, wherein the temperature of the component is determined by correlating the mutual temperature dependence between adjacent components by heat transfer.
  • the previous shutdown temperature of 180 ° C to protect the sleeve of the compressor piston in the past sufficient.
  • Shutdown temperature of 200 ° C causes the redefinition of a shutdown temperature taking into account other critical components of the electric motor and below
  • the temperature of a sleeve arranged on the compressor piston or the temperature of the cylinder tube must also be taken into account so as not to prematurely damage the compressor.
  • the switch-off temperatures of 180 ° C and 200 ° C are exemplified here as a numerical value. These values may vary depending on the design and availability of the product Compressor fluctuate and lie in compressors for air leaks of
  • the compressor is therefore switched on and off depending on the limit temperature of a piston sleeve of the compressor piston, wherein the temperature of the piston sleeve correlation of the heat transfer existing mutual Temperauractkeit between the cylinder tube of the
  • Compressor and piston sleeve is determined. If the maximum limit temperature is e.g. increased by 20K, it turns out, however, that in these circumstances, the cuff does not protect the cuff, i. is the critical component, but the O-rings that seal the compressor unit / compressor unit at different locations.
  • the compressor is switched on and off depending on the limit temperature of an O-rings of the compressor piston, wherein the temperature of the O-ring under correlation of existing heat transfer mutual Temperaursocikeit between cylinder tube of
  • Compressor and the O-ring is determined.
  • shutdown temperature a preset temperature limit
  • the brush bridge of an electric motor of a compressor is today a "temperature-critical" component, since now plastic material is used at this point as a brush bridge, brush holder, the component is called, which carries the carbon brushes / has on a spring as a sliding contact the rotor of an electric motor to be pressed.
  • a further advantageous embodiment is that a driven by an electric motor compressor is switched on and off depending on the limit temperature of the brush bridge of the electric motor, wherein the temperature of the brush bridge under correlation of heat transfer existing mutual Temperauractkeit between the cylinder tube of the compressor and the brush bridge is determined.
  • Compressor as soon as possible for a task is available.
  • An advantageous development is that the critical temperature limit of the component is estimated based on characteristics - or on the basis of mathematical models. This facilitates adaptation to different
  • Limit temperature can be set. Such a higher limit temperature may be necessary if it is to be left for a "temperature reserve."
  • a typical case is, for example, automatic level control operations, which have a higher priority than manual control operations.

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Abstract

Verfahren zur Regelung eines Kompressors einer Druckversorgungsanlage, bei dem der Kompressor abhängig von einer mit Hilfe eines Temperatur-Berechnungsverfahrens ermittelten Grenztemperatur eines oder mehrerer Bauteile der Druckversorgungsanlage ein- und ausgeschaltet wird und die Ermittlung der jeweiligen Grenztemperatur unter Korrelation der gegenseitigen Temperaurabhängigkeit ermittelt wird, welche durch Wärmeübertragung zwischen benachbarten Bauteilen besteht.

Description

Verfahren zur Regelung eines Kompressors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kompressors einer
Druckversorgungsanlage, bei dem der Kompressor abhängig von einer mit Hilfe eines Temperatur-Berechnungsverfahrens ermittelten Grenztemperatur eines oder mehrerer Bauteile der Druckversorgungsanlage ein- und ausgeschaltet wird.
Solche Verfahren zur Steuerung von Kompressoren in Kraftfahrzeugen sind bekannt und sollen im Wesentlichen eine durch Überlastung entstehende Überhitzung der Geräte vermeiden. Eine stärkere Wärmeentwicklung ist z. B. bei einem Kompressor für ein Fahrzeug mit Luftfederungssystem während normaler Fahrt weniger zu befürchten, da üblicherweise in diesem Zustand weniger Niveauänderungen erfolgen. Bei
Niveauänderungen im Stand, bei ständigen Niveauregulierungen infolge manueller Bedienung oder wechselnder Beladung, für schnelle Off-Road-Fahrzeuge im Gelände, oder auch bei einer starken Kapselung des Kompressors oder Kompressorantriebs durch Dämm-Materialien (Geräuschdämpfung) ist eine stärkere Erwärmung jedoch nicht selten.
Die DE 196 21 946 Cl offenbart hierzu eine Luftfederung mit einem im Normalbetrieb bedarfsabhängig und intermittierend arbeitendem Kompressor, der durch ein Steuereinheit abhängig von Schätztemperatur ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Schätztemperatur als augenblicklich vorhandene Betriebsbstemperatur berechnet wird. Übersteigt die berechnete "Schätztemperatur" einen Schwellwert, wird der Kompressor abgeschaltet. Hierdurch benötigt man keinerlei Temperatursensoren für die Überwachung des
Kompressors und damit auch keine zusätzlichen Signaleingänge für die Steuerung. Nachteilig hierbei ist es, dass auch und gerade bei der ebenfalls offenbarten mit jedem Neueinschalten des Kompressors vorgesehenen sprungweisen Erhöhung des
"Schätzwertes" der Kompressor mit steigender Temperatur immer häufiger und innerhalb kürzerer Zeitabstände ein- und ausgeschaltet wird, ohne die gewünschte Druckerhöhung im System zu erreichen.
Bei Fahrzeugniveauregelungen sind zudem üblicherweise die Temperaturgrenzwerte zum Ein- und Ausschalten des Kompressors so ausgelegt, dass beim Wiedereinschalten des Kompressors ein vordefinierter Niveauwechsel unter voller Beladung des Fahrzeugs durchgeführt werden kann. Eine volle Beladung ist jedoch in den meisten Fällen nicht vorhanden, wodurch die Verfügbarkeit des Kompressors unnötig eingeschränkt wird.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen bei dem eine
Überlastung oder Überhitzung des Kompressors und oder des Kompressorantriebs vermieden und die Verfügbarkeit des Kompressors erhöht wird, und bei dem es gelingt, in allen Betriebszuständen die nötigen Änderungen der Luftmengen im System
durchzuführen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Hierbei erfolgt die Ermittlung der jeweiligen Grenztemperatur zum Ein oder Ausschalten, d.h. die Ein- oder Ausschalttemperatur des Kompressors mit dem Temperatur- Berechnungsverfahren abhängig von einem oder mehreren der Parameter Systemdruck, Umgebungstemperatur und Laufzeit des Kompressors, wobei die Temperatur des Bauteiles unter Korrelation der zwischen benachbarten Bauteilen durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit ermittelt wird.
Als Wärmeübertragung wird sowohl Wärmeabfuhr als auch Wärmezufuhr verstanden, die dabei zum Beispiel durch Strahlung, Konvektion oder Wärmeübergang erfolgen kann. Korrelation heißt in diesem Fall, dass der Einfluss der durch gegenseitige Wärmeübertragung zwischen benachbarten Bauteilen entstehenden Temperaturerhöhung des betrachteten Bauteiles oder der durch gegenseitige Wärmeabfuhr zwischen
benachbarten Bauteilen entstehenden Temperaturerniedrigung des betrachteten Bauteiles mit in dessen Temperaturberechnung einbezogen wird.
Während die bisherige Praxis darin bestand, lediglich einzelne bauteilabhängige
Abschalttemperaturen eines Kompressors zu berücksichtigen , die durch mathematische Modelle auf einem Steuergerät in einem luftfedersystembetriebenen Fahrzeug berechnet wurden, erfordert es die weitere Entwicklung vom Werkstoffen und Komponenten und die Veränderung der Einsatzbedingungen, für mehre als nur für ein kritisches Bauteil eine Abschalttemperatur zu definieren.
So war z.B. die bisherige Abschalttemperatur von 180°C zum Schutz der Manschette des Kompressorkolbens in der Vergangenheit ausreichend. Die für einige Fahrzeuge erforderliche Verlängerung der Kompressorlaufzeit bis zum Erreichen einer
Abschalttemperatur von 200°C bedingt die Neufestlegung einer Abschalttemperatur unter Berücksichtigung weiterer kritischer Bauteile des Elektromotors und unter
Berücksichtigung des Dichtungsmaterials. Während also in den bisherigen Ausführungen des Kompressors etwa für eine
geschlossene Niveauregelungsanlage nur eine Abschalttemperatur zum Schutz des
Kompressors vor einer thermischen Schädigung berücksichtigt wurde, führt die
Verwendung neuer Komponenten dazu, dass weitere Bauteile des Kompressors, wie z.Bsp. die Temperatur der Bürstenbrücken des als Antrieb vorgesehenen Elektromotors, die Temperatur einer am Kompressorkolben angeordneten Manschette oder die Temperatur des Zylinderrohres ebenfalls berücksichtigt werden müssen, um den Kompressor nicht vorzeitig zu schädigen.
Die Abschalttemperaturen von 180°C und 200°C sind hier beispielhaft als Zahlenwert genannt. Diese Werte können je nach Konstruktion und geplanter Verfügbarkeit des Kompressors schwanken und liegen bei Kompressoren für Luftfedrungen von
Lastkraftwagen oft auch höher, nämlich zwischen 220°C und 250°C.
Vorteilhafterweise wird der Kompressor daher abhängig von der Grenztemperatur einer Kolbenmanschette des Kompressorkolbens ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur der Kolbenmanschette unter Korrelation der durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit zwischen Zylinderrohr des
Kompressors und Kolbenmanschette ermittelt wird. Wird die maximale Grenztemperatur z.B. um 20K zu erhöht, so zeigt sich jedoch, dass unter diesen Umständen nicht die Manschette das zu schützende, d.h. das kritische Bauteil ist, sondern die O-Ringe, die die Verdichtereinheit/Kompressoreinheit an verschiedenen Stellen abdichten. Vorteilhafterweise wird dann der Kompressor abhängig von der Grenztemperatur eines O-Ringe des Kompressorkolbens ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur des O-Rings unter Korrelation der durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit zwischen Zylinderrohr des
Kompressors und dem O-Ring ermittelt wird.
In den zur Erfindung durchgeführten Versuchsreihen mussten häufig verschiedene O- Ringe getauscht werden. Auffällig war dabei, dass die O-Ringe immer dann versagten, wenn die Zylinderrohrtemperatur eine bestimmte Zeit oberhalb einer Temperatur von 160°C war. Überraschenderweise zeigte sich bei der Weiterentwicklung des bisherigen Temperaturmodells, dass bei einer geeigneten Korrelation der Temperaturen einzelner Bauteile, die sich gegenseitig durch Wärmeübertragung beeinflussen, etwa durch
Strahlung, Konvektion oder Wärmeübergang, eine Temperatur für den
Zylinderkopfmnenraum TZKI ermittelt werden konnte, die nicht nur eine schädigende Überhitzung der z. B. der aus PTFE (Polytetrafiourethylen) bestehenden Manschette verhinderte, sondern auch gleichzeitig auch eine Temperatur für das Zylinderrohr TZR bereitstellte, um den thermisch hochbelasteten O-Ring vor einem Temperaturversagen zu schützen. Die mathematische Beschreibung des Modells weist nämlich eine„voll gekoppelte" Abhängigkeit der beiden zu berechnenden Temperaturen auf. Dies bedeutet auch, dass die aktuell zum Zeitpunkt k zu berechnenden Temperaturen von den Temperaturen abhängen, die zum Zeitpunkt k-1 zuvor berechnet worden sind.
Figure imgf000006_0001
Wird dabei ein vorher festgelegter Grenzwert für die Temperatur erreicht, d.h.eine „Abschalttemperatur" für ein bestimmtes Bauteil, so wird der Kompressor abgeschaltet, damit das Bauteil wieder abkühlen kann.
Auch die Bürstenbrücke eines Elektromotors eines Kompressors ist heutzutage ein „temperaturkritisches" Bauteil, da an dieser Stelle mittlerweile Kunststoffmaterial eingesetzt wird. Als Bürstenbrücke, auch Bürstenhalter, wird das Bauteil bezeichnet, welches die Kohlebürsten trägt/aufweist, die über eine Feder als schleifender Kontakt auf dem Läufer eines Elektromotors angepresst werden.
Demzufolge ist auch bezogen auf dieses Bauteil bzw. auf den Elektromotor eine weitere kritische Abschalttemperatur vorzusehen, die als Grenzwert vorgegeben und hinterlegt werden muss und bei deren Erreichen während des Kompressorbetriebs, der
Kompressorlauf abgebrochen wird. Somit besteht eine weitere vorteilhafte Ausführung darin, dass ein durch einen Elektromotor angetriebener Kompressor abhängig von der Grenztemperatur der Bürstenbrücke des Elektromotors ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur der Bürstenbrücke unter Korrelation der durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit zwischen dem Zylinderrohr des Kompressors und der Bürstenbrücke ermittelt wird.
Mit einem solchen Verfahren kann eine einfache Optimierung des Kompressorbetriebes erfolgen, so dass nach Abschaltung des Kompressor und einer anschließenden Abkühlung des„auslösenden" Bauteils, die auch und ebenso in Abhängigkeit von der Wärmeübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen berechnet werden kann, der
Kompressor möglichst schnell wieder für eine anstehende Aufgabe verfügbar ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die kritische Grenztemperatur des Bauteiles anhand von Kennlinien - oder auch anhand von mathematischen Modellen - abgeschätzt wird. Das erleichtert eine Anpassung auf unterschiedliche
Betriebsbedingungen, wie etwa volle Beladung oder minimale Zuladung eines Fahrzeuges. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die kritische Grenztemperatur des Bauteiles abhängig vom augenblicklichen Fahrzustand festgelegt wird. Hierdurch kann in besonderen Situationen auch kurzfristig für besondere Aufgaben eine höhere
Grenztemperatur eingestellt werden. Eine solche höhere Grenztemperatur kann dann nötig sein, wenn für noch eine„Temperatur-Reserve" belassen werden soll. Ein typischer Fall sind z.B. automatische Niveauregelvorgänge, die eine höhere Priorität haben als manuelle Regelvorgänge.

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zur Regelung eines Kompressors einer Druckversorgungsanlage, bei dem der Kompressor abhängig von einer mit Hilfe eines Temperatur- Berechnungsverfahrens ermittelten Grenztemperatur eines oder mehrerer Bauteile der
Druckversorgungsanlage ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der jeweiligen Grenztemperatur zum Ein oder Ausschalten mit dem Temperatur-Berechnungsverfahren abhängig von einem oder mehreren der Parameter Systemdruck, Umgebungstemperatur und Laufzeit des Kompressors erfolgt, wobei die Temperatur des Bauteiles unter Korrelation der gegenseitigen Temperaurabhängigkeit ermittelt wird, welche durch Wärmeübertragung zwischen benachbarten Bauteilen besteht.
2) Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Kompressor abhängig von einer
Grenztemperatur eines oder mehrerer Bauteile des Kompressors ein- und ausgeschaltet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein durch einen Elektromotor angetriebener
Kompressor abhängig von der Grenztemperatur der Bürstenbrücke des Elektromotors ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur der Bürstenbrücke unter
Korrelation der durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen
Temperaurabhängigkeit zwischen dem Zylinderrohr des Kompressors und der
Bürstenbrücke ermittelt wird. 4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Kompressor abhängig von der Grenztemperatur eines O-Ringe des Kompressorkolbens ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur des O-Rings unter Korrelation der durch
Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit zwischen Zylinderrohr des Kompressors und dem O-Ring ermittelt wird. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Kompressor abhängig von der Grenztemperatur einer Kolbenmanschette des Kompressorkolbens ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Temperatur der Kolbenmanschette unter Korrelation der durch Wärmeübertragung bestehenden gegenseitigen Temperaurabhängigkeit zwischen Zylinderrohr des Kompressors und Kolbenmanschette ermittelt wird.
6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur des Bauteiles anhand von Kennlinien abgeschätzt wird.
7) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur abhängig vom augenblicklichen Fahrzustand festgelegt ist.
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