WO2014170298A1 - Kompressorsystem mit kupplung - Google Patents

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Huba Nemeth
Gergeley BOKA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control

Definitions

  • the present invention relates to a compressor system for supplying compressed air to a commercial vehicle with a compressor, a clutch and a
  • Auxiliary device wherein the compressor system is drivable via a drive shaft of the drive motor of the commercial vehicle and the compressor is completely decoupled by the clutch from the drive motor.
  • Modern commercial vehicles have various subsystems that can be operated with compressed air. This includes, for example, a compressed air powered
  • a compressed air supply device is normally provided in the utility vehicle, which comprises a compressor.
  • This compressor is mechanically driven by a drive motor of the utility vehicle. Since the need for compressed air within the utility vehicle usually no
  • Continuous operation of the compressor may require a clutch between the Drive motor and the compressor may be provided to allow decoupling of compressor and drive. This is desirable because the operation of the compressor consumes energy that can be saved if no compressed air is needed or if the existing compressed air supply the
  • Compressed air demand of the consumer over a certain period of time can cover.
  • Compressor is switched off.
  • the compressor can be disengaged mainly on highways.
  • the steering assistance is not absolutely necessary because of the small radii of the curves.
  • steering maneuvers for example to
  • Electric motor This is in principle feasible, but the electric motor has a large Achieve power of about 50kW, which is why also claimed according to space and weight.
  • the document DE 10 2009 023 869 A1 discloses a compressor system and a method for operating such a compressor system for supplying compressed air to a commercial vehicle.
  • the commercial vehicle comprises a drive motor and is driven by the drive motor via a drive train.
  • Driveline is branched off via a drive a drive train for the compressor system, which comprises a compressor and an auxiliary device, in this case a hydraulic pump.
  • the compressor system is driven as a whole by the drive train, wherein via a gear drive a power take-off for driving the hydraulic pump is provided.
  • a clutch is arranged, the open or
  • a disadvantage of this compressor system is that it takes a relatively large amount of space due to the parallel structure. Furthermore, the gear drive and the drive not only take up additional space but also significantly increase the weight of the entire compressor system.
  • a hollow shaft is arranged coaxially to the drive shaft, which can be connected via the clutch to the drive shaft in order to at least indirectly drive at least one respective piston of the compressor movable up and down in a cylinder.
  • the drive shaft extends through the hollow shaft and drives the auxiliary device, which may preferably be a hydraulic pump to.
  • the auxiliary device is driven independently of a coupling position of the engine via the drive shaft.
  • the at least one piston of the compressor is opposite to the clutch on or off.
  • the compressor is completely decoupled from the drive motor, whereby energy can be saved.
  • the at least one piston via a on a
  • This cylindrical, eccentric element is preferably a cam.
  • the cylindrical, eccentric element is a part of the hollow shaft.
  • the hollow shaft has a single section having a larger radius and an eccentric geometry as compared with the outer radius of the shaft.
  • the invention includes the technical teaching that the cylindrical, eccentric element can be plugged onto the hollow shaft. Between the cylindrical,
  • eccentric element and the hollow shaft is preferably a press fit.
  • a connecting rod connected via a connecting rod with the at least one piston abuts the cylindrical, eccentric element.
  • a rotational movement of the hollow shaft is converted via the cylindrical, eccentric element of the adjoining connecting rod and the connecting rod in a translational movement of the at least one piston.
  • the compressor has at least two cylinders, each with a piston movable up and down therein, the at least two pistons being driven via cylindrical eccentric elements arranged in series on the outer peripheral surface of the hollow shaft.
  • the compressor has at least two cylinders each with a piston movable up and down therein, at least one piston being connected to the outer peripheral surface of the piston
  • Hollow shaft arranged cylindrical, eccentric element is driven, and at least one piston is driven directly via the drive shaft.
  • the drive shaft at the point where the connecting rod engages preferably a crank.
  • the compressor is designed either as a single-stage compressor, as a two-stage compressor or as a multi-stage compressor.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a compressor system, comprising a compressor with two pistons, according to a second embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation of a compressor system comprising a compressor with two pistons, according to a third embodiment.
  • the compressor system of Figure 1 consists essentially of a driven by a drive motor 5 drive shaft 4, which drives an auxiliary device 3. Coaxial with the drive shaft 4, a hollow shaft 6 is arranged, which is connectable via a coupling 2 with the drive shaft 4. As soon as the coupling connecting the drive shaft 4 with the hollow shaft 6 is closed, the hollow shaft 6 rotates at the same speed as the drive shaft 4 after a short start-up phase.
  • the hollow shaft 6 drives via an outer peripheral surface of the hollow shaft 6 arranged cylindrical, eccentric element 9a and a connecting rod arranged thereon I Ia a in a cylinder 7a up and down movable piston 8a.
  • the piston 8a is connected via a connecting rod 10 with the connecting rod I Ia.
  • the compressor system has a compressor 1 with two cylinders 7a, 7b.
  • a piston 8a, 8b movable up and down is respectively arranged, wherein the two pistons 8a, 8b are driven via a cylindrical, eccentric elements 9a, 9b arranged in series on the outer circumferential surface of the hollow shaft 6 ,
  • the cylindrical, eccentric elements 9a, 9b are offset by 180 ° to each other.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the compressor system comprising a compressor 1 with two cylinders 7a, 7b.
  • the one piston 8a is driven by a cylindrical eccentric member 9a disposed on the outer peripheral surface of the hollow shaft.
  • the other piston 8b is driven directly via the drive shaft 4.
  • the drive shaft 4 at the point where the connecting rod 1 lb attacks a crank 12.
  • both the auxiliary device 3 and the piston 8b of the compressor 1 is driven at an open coupling position via the drive shaft 4.
  • the other piston 8a can be switched on or off via the clutch 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor (1), einer Kupplung (2) und einer Hilfsvorrichtung (3), wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle (4) von dem Antriebsmotor (5) des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor (1) durch die Kupplung (2) vollständig von dem Antriebsmotor (5) entkoppelbar ist. Erfindungsgemäß ist koaxial zur Antriebswelle (4) eine Hohlwelle (6) angeordnet, die über die Kupplung (2) mit der Antriebswelle (4) verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder (7a) auf und ab bewegbaren Kolben (8a) des Kompressors (1) anzutreiben.

Description

Kompressorsystem mit Kupplung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor, einer Kupplung und einer
Hilfsvorrichtung, wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle von dem Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor durch die Kupplung vollständig von dem Antriebsmotor entkoppelbar ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Nutzfahrzeuge weisen verschiedene Teilsysteme auf, die mit Druckluft betrieben werden können. Dazu gehört beispielsweise eine druckluftbetriebene
Betriebsbremse und eine Luftfederung. Um die Versorgung dieser Teilsysteme mit Druckluft sicherzustellen, ist normalerweise eine Druckluftversorgungseinrichtung in dem Nutzufahrzeug vorgesehen, die einen Kompressor umfasst. Dieser Kompressor wird mechanisch von einem Antriebsmotor des Nutzufahrzeugs angetrieben. Da der Bedarf an Druckluft innerhalb des Nutzufahrzeugs normalerweise keinen
Dauerbetrieb des Kompressors erfordert, kann eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Kompressor vorgesehen sein, um eine Entkopplung von Kompressor und Antrieb zu ermöglichen. Dies ist wünschenswert, da der Betrieb des Kompressors Energie verbraucht, die eingespart werden kann, wenn keine Druckluft benötigt wird beziehungsweise wenn der vorhandene Druckluftvorrat den
Druckluftbedarf der Verbraucher über eine gewisse Zeitspanne decken kann.
Aus dem allgemein bekannte Stand der Technik geht hervor, dass in modernen Nutzfahrzeugen häufig eine Kupplung vorgesehen ist, die zur Energieeinsparung in der Lage ist, den Kompressor vollständig vom Antriebsmotor zu entkoppeln. Bei der herkömmlichen Anordnung der Hydraulikpumpe auf der Abtriebsseite der
Kurbelwelle des Kompressors bedeutet dies, dass gleichzeitig mit dem Kompressor auch die Hydraulikpumpe vom Antrieb abgekoppelt wird. Dies führt jedoch dazu, dass beispielsweise keine Lenkunterstützung in Form einer Servolenkung für das Nutzfahrzeug mehr verfügbar wäre. Aus Sicherheitsgründen ist dies jedoch nicht tolerierbar.
Es sind verschiedene Alternativen zur Lösung dieses Problems bekannt. Eine mögliche besteht darin, die Lenkunterstützung zurückzufahren, wenn der
Kompressor abgeschaltet ist. Bei dieser Variante wird davon ausgegangen, dass der Kompressor hauptsächlich auf Autobahnen ausgekuppelt werden kann. Auf diesen Strecken ist wegen der geringen Radien der Kurven auch die Lenkunterstützung nicht zwingend erforderlich. Falls jedoch Lenkmanöver, zum Beispiel zum
Ausweichen, durchgeführt werden müssen, fehlt die Lenkhilfe und der Kompressor müsste zugeschaltet werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lenkunterstützung rein elektrisch zu betreiben. Es ist dann keine vom Antriebsmotor mechanisch angetriebene
Lenkhilfepumpe mehr vorhanden und die Pumpe benötigt einen eigenen
Elektromotor. Dies ist prinzipiell realisierbar, aber der Elektromotor muss eine große Leistung von etwa 50kW erbringen, weshalb zusätzlich auch entsprechend Platz und Gewicht beansprucht würde.
Ferner geht aus der Druckschrift DE 10 2008 003 957 AI ein Kompressor mit einer Kupplung hervor, die es erlaubt, den Kompressor von einem Antriebsmotor abzukoppeln. Sofern der Kompressor von dem Antriebsmotor entkoppelt wurde, können auch keine Hilfsvorrichtungen, die in Reihe geschaltet sind mit dem
Kompressor, betrieben werden. Aus der Druckschrift DE 10 2009 023 869 AI geht ein Kompressorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kompressorsystems zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs hervor. Das Nutzfahrzeug umfasst einen Antriebsmotor und wird über einen Triebstrang von dem Antriebsmotor angetrieben. Von dem
Triebstrang wird über einen Trieb ein Antriebsstrang für das Kompressorsystem abgezweigt, welches einen Kompressor und eine Hilfsvorrichtung, in diesem Fall eine Hydraulikpumpe, umfasst. Das Kompressorsystem wird als Ganzes von dem Antriebsstrang angetrieben, wobei über einen Rädertrieb ein Nebenabtrieb zum Antrieb der Hydraulikpumpe bereitgestellt wird. Zwischen dem Rädertrieb und dem Kompressor ist eine Kupplung angeordnet, die geöffnet beziehungsweise
geschlossen werden kann, ohne den Betrieb der Hydraulikpumpe zu beeinflussen.
Nachteilig an diesem Kompressorsystem ist, dass es aufgrund des parallelen Aufbaus relativ viel Bauraum in Anspruch nimmt. Ferner beanspruchen der Rädertrieb und der Trieb nicht nur zusätzlichen Bauraum sondern erhöhen auch erheblich das Gewicht des gesamten Kompressorsystems.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompressorsystem derart weiterzubilden, dass die vollständige Entkopplung des Kompressors von dem Antriebsmotor bei gleichzeitigem Betrieb der Hilfsvorrichtung ohne großen mechanischen Mehraufwand und unter Einsparung von Bauraum und Gewicht möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kompressorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist koaxial zur Antriebswelle eine Hohlwelle angeordnet, die über die Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder auf und ab bewegbaren Kolben des Kompressors anzutreiben. Mit anderen Worten erstreckt sich die Antriebswelle durch die Hohlwelle hindurch und treibt die Hilfsvorrichtung, welche vorzugsweise eine Hydraulikpumpe sein kann, an. Somit wird die Hilfsvorrichtung unabhängig von einer Kupplungsstellung von dem Motor über die Antriebswelle angetrieben. Der mindestens eine Kolben des Kompressors ist dem gegenüber über die Kupplung zu oder abschaltbar. Somit ist der Kompressor vollständig vom Antriebsmotor entkoppelbar, wodurch Energie eingespart werden kann. Ferner ist das
Kompressorsystem aufgrund des linearen Aufbaus und der koaxialen
Wellenanordnung besonders bauraum- und gewichtssparend.
Besonders bevorzugt ist, dass der mindestens eine Kolben über ein an einer
Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element angetrieben ist. Dieses zylindrische, exzentrische Element ist vorzugsweise ein Nocken.
Des Weiteren bevorzugt ist, dass das zylindrische, exzentrische Element ein Teil der Hohlwelle ist. Mit anderen Worten, weist die Hohlwelle einzelnen Abschnitt auf, die verglichen mit dem Außenradius der Welle einen größeren Radius und eine exzentrische Geometrie aufweisen. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das zylindrische, exzentrische Element auf die Hohlwelle aufsteckbar ist. Zwischen dem zylindrischen,
exzentrischen Element und der Hohlwelle besteht vorzugsweise eine Presspassung. Es ist jedoch auch denkbar, das zylindrische, exzentrische Element an der
Außenumfangsfläche der Hohlwelle zu verkleben oder zu verschweißen.
Besonders bevorzugt ist, dass eine über einen Pleuelzapfen mit dem mindestens einen Kolben verbundene Pleuelstange an dem zylindrischen, exzentrischen Element anliegt. Somit wird eine rotatorische Bewegung der Hohlwelle über das zylindrische, exzentrische Element der daran anliegenden Pleuelstange und dem Pleuelzapfen in eine translatorische Bewegung des mindestens einen Kolbens umgewandelt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kompressor mindestens zwei Zylinder mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben auf, wobei die mindestens zwei Kolben über in Reihe an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnete zylindrische exzentrische Elemente angetrieben sind. Es ist jedoch auch denkbar, Kompressoren mit drei, vier oder mehr als vier Zylindern auf der gleichen Art und Weise anzutreiben wie zuvor beschrieben. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kompressor mindestens zwei Zylinder mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben auf, wobei mindestens ein Kolben über ein an der Außenumfangsfläche der
Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element angetrieben ist, und mindestens ein Kolben direkt über die Antriebswelle angetrieben ist. Dazu weist die Antriebswelle an der Stelle, wo die Pleuelstange angreift, vorzugsweise eine Kurbel auf. Dadurch kann die rotatorische Bewegung der Antriebswelle in eine
translatorische Bewegung des mindestens einen Kolbens umgewandelt werden. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Kompressor entweder als einstufiger Kompressor, als zweistufiger Kompressor oder als mehrstufiger Kompressor ausgebildet ist. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kompressorsystems zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Kompressor mit einem Kolben, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kompressorsystems, umfassend einen Kompressor mit zwei Kolben, gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kompressorsystems, umfassend einen Kompressor mit zwei Kolben, gemäß einer dritten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das Kompressorsystem nach Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einer von einem Antriebsmotor 5 angetriebenen Antriebswelle 4, die eine Hilfsvorrichtung 3 antreibt. Koaxial zur Antriebswelle 4 ist eine Hohlwelle 6 angeordnet, die über eine Kupplung 2 mit der Antriebswelle 4 verbindbar ist. Sobald die die Antriebswelle 4 mit der Hohlwelle 6 verbindende Kupplung geschlossen wird, dreht sich die Hohlwelle 6 nach einer kurzen Anlaufphase mit derselben Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 4. Dabei treibt die Hohlwelle 6 über ein an einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle 6 angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element 9a und eine daran angeordnete Pleuelstange I Ia einen in einem Zylinder 7a auf und ab bewegbaren Kolben 8a an. Der Kolben 8a ist über einen Pleuelzapfen 10 mit der Pleuelstange I Ia verbunden. Gemäß Figur 2 weist das Kompressorsystem einen Kompressor 1 mit zwei Zylindern 7a, 7b auf. In jeden der beiden Zylinder 7a, 7b ist jeweils ein darin auf und ab bewegbarer Kolben 8a, 8b angeordnet, wobei die beiden Kolben 8a, 8b über eine zwei in Reihe an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle 6 angeordnete zylindrische, exzentrische Elemente 9a, 9b angetrieben sind. Die zylindrischen, exzentrischen Elemente 9a, 9b sind um 180° zueinander versetzt.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kompressorsystems umfassend einen Kompressor 1 mit zwei Zylindern 7a, 7b. Der eine Kolben 8a ist über ein an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element 9a angetrieben. Der andere Kolben 8b ist direkt über die Antriebswelle 4 angetrieben. Dazu weist die Antriebswelle 4 an der Stelle wo die Pleuelstange 1 lb angreift eine Kurbel 12 auf. Somit wird bei einer geöffneten Kupplungsstellung über die Antriebswelle 4 sowohl die Hilfsvorrichtung 3 als auch der Kolben 8b des Kompressors 1 angetrieben. Der andere Kolben 8a ist über die Kupplung 2 zu oder abschaltbar.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Kompressorsystem, umfassend einen Kompressor 1 mit einer beliebigen Anzahl von Kolben 8 zu verwenden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als
Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste
1 Kompressor
2 Kupplung
3 Hilfsvorrichtung
4 Antriebswelle
5 Antriebsmotor
6 Hohlwelle
7a, 7b Zylinder
8a, 8b Kolben
9a, 9b zylindrisch, exzentrisches Element
10a, 10b Pleuelzapfen
IIa, IIb Pleuelstange
12 Kurbel

Claims

A n s p r ü c h e
1. Ein Kompressorsystem zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem Kompressor (1), einer Kupplung (2) und einer Hilfsvorrichtung (3), wobei das Kompressorsystem über eine Antriebswelle (4) von dem Antriebsmotor (5) des Nutzfahrzeugs antreibbar ist und der Kompressor (1) durch die Kupplung (2) vollständig von dem Antriebsmotor (5) entkoppelbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Antriebswelle (4) eine Hohlwelle (6) angeordnet ist, die über die Kupplung (2) mit der Antriebswelle (4) verbindbar ist, um zumindest mittelbar mindestens einen jeweils in einem Zylinder (7a) auf und ab bewegbaren Kolben (8a) des Kompressors (1) anzutreiben.
2. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolben (8a) über ein an einer Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element (9a) angetrieben ist.
3. Kompressorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische, exzentrische Element (9a) ein Teil der Hohlwelle (6) ist.
4. Kompressorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische, exzentrische Element (9a) auf die Hohlwelle (6) aufsteckbar ist.
5. Kompressorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine über einen Pleuelzapfen (10a) mit dem mindestens einen Kolben (8a) verbundene Pleuelstange (I Ia) an dem zylindrisch, exzentrischen Element (9a) anliegt.
6. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) mindestens zwei Zylinder (7a, 7b) mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben (8a, 8b) aufweist, wobei die mindestens zwei Kolben (8a, 8b) jeweils über einen parallel an der
Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Elemente (9a, 9b) angetrieben sind.
7. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) mindestens zwei Zylinder (7a, 7b) mit jeweils einem darin auf und ab bewegbaren Kolben (8a, 8b) aufweist, wobei mindestens ein Kolben (8a) über ein an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle (6) angeordnetes zylindrisches, exzentrisches Element (9a) angetrieben ist, und mindestens ein Kolben (8b) über die Antriebswelle (4) angetrieben ist.
8. Kompressorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) entweder als einstufiger Kompressor, als zweistufiger Kompressor oder als mehrstufiger Kompressor ausgebildet ist.
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