WO2015091168A1 - Kompressorsystem mit einer kolbenhubeinstellvorrichtung - Google Patents

Kompressorsystem mit einer kolbenhubeinstellvorrichtung Download PDF

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WO2015091168A1
WO2015091168A1 PCT/EP2014/077281 EP2014077281W WO2015091168A1 WO 2015091168 A1 WO2015091168 A1 WO 2015091168A1 EP 2014077281 W EP2014077281 W EP 2014077281W WO 2015091168 A1 WO2015091168 A1 WO 2015091168A1
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pressure medium
compressor
compressor system
stator
piston stroke
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PCT/EP2014/077281
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Inventor
Huba Nemeth
Gergely Boka
Original Assignee
Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B27/04—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B27/067—Control
    • F04B27/073—Control by varying the relative eccentricity between two members, e.g. a cam and a drive shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/66—Electrical control in fluid-pressure brake systems
    • B60T13/68—Electrical control in fluid-pressure brake systems by electrically-controlled valves
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
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    • F04B49/123—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element
    • F04B49/125—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element by changing the eccentricity of the actuation means, e.g. cams or cranks, relative to the driving means, e.g. driving shafts

Definitions

  • the invention relates to a compressor system for a utility vehicle, comprising a compressor driven by a drive unit with at least one piston for generating compressed air, wherein between the drive unit and the
  • Compressor at least one transmission is arranged, which is connected via a drive shaft to the compressor, wherein further the compressed air by a
  • Air treatment unit for drying and cleaning the compressed air is conveyed through at least one compressed air reservoir.
  • Modern commercial vehicles have various subsystems that can be operated with compressed air. These include, for example, an air-operated service brake and air suspension.
  • a compressor system comprising one Compressor provided in the utility vehicle.
  • the compressor is usually mechanically by a drive unit, in particular a
  • a coupling between the drive motor and the compressor may be provided to allow decoupling of the compressor from the drive motor. This is desirable because of the operation of the
  • Compressor consumes energy that can be saved when no compressed air is needed, or if the available compressed air supply that
  • Compressed air demand of the consumer over a certain period of time can cover.
  • the decoupling of the compressor has the disadvantage that the compressor is not suitable for driving a further device, e.g. Power steering pump is suitable.
  • the drive of an auxiliary device within the compressor system with clutch requires an additional transmission as shown in WO2009 / 146908 AI, which significantly increase the cost and the need for installation space.
  • DE 10 2008 005 435 AI discloses a compressor for generating compressed air for a commercial vehicle, wherein the compressor is a housing with a
  • shut-off for separating the dead space of the piston chamber.
  • the piston chamber and the dead space are interconnected whereby the peak pressures occurring during the discharge phase are reduced and thus the energy consumption of the compressor is reduced.
  • DE 10 2013 200 301 A1 discloses a method for operating a motor with variable cam control.
  • the motor on an actuator, a rotor, a housing, a retardation chamber and a
  • Advance chamber includes.
  • the rotor is mounted on the camshaft so that it rotates at the same speed as the camshaft.
  • the rotor is hydraulically coupled to the housing.
  • Manifold vanes move within the recesses formed by the retard chamber and the advance chamber.
  • the spool valve allows the rotor to move by allowing oil flow into the retard chamber and out of the advance chamber, or vice versa, according to the desired direction of travel.
  • oil flows from the supply channel into the
  • Retard chamber is open at maximum and the rotor rests against the housing, the actuator is in the retard end position, and the
  • Cam control is maximally retarded.
  • the actuator is in the advanced advance position and the cam control is advanced maximum.
  • the compressor for adjusting the piston stroke of at least one piston arranged on the drive shaft
  • Kolbenhubeinstellvortechnische which is rigidly coupled to a at least indirectly controlled by a Kolbenhub horrösseneck adjusting device comprising a stator having at least two chambers and a rotatably mounted in the stator rotor with at least two rotor blades, wherein in each case a rotor blade for dividing the respective chamber in two Subchambers is arranged in the respective chamber, wherein furthermore the stator has at least one fluidically connected with each j eder chamber pressure medium line leading at least indirectly fluidly connected to a pressure fluid reservoir.
  • the sub-chambers with a pressure medium in particular an incompressible pressure medium such as oil acted upon.
  • a pressure medium in particular an incompressible pressure medium such as oil acted upon.
  • the rotor blades move together in one direction. A maximum filling of the first or second subchambers causes the rotor blades to come into contact with the stator on the circumference and assume a stable position. The rotation of the rotor leads to an adjustment of the
  • the state-dependent control of the piston stroke is associated with a considerable energy-saving potential, without the compressor having to be uncoupled from the drive unit. If no compressed air is needed, or if the existing compressed air supply the Compressed air demand of the consumer can cover over a certain period of time, the piston stroke of the at least one piston can be minimized.
  • stator has an outer ring and an inner ring, which are connected to each other via at least two radially extending stator arms, wherein the drive shaft at least indirectly on a
  • Inner peripheral surface of the inner ring is mounted. For one, this allows
  • Embodiment of a particularly lightweight and compact stator it is thereby possible to store the drive shaft directly in the adjusting device on the stator.
  • the at least two stator arms are particularly suitable for receiving radial forces.
  • the at least two stator arms also serve as stop surfaces for the rotor blades, since they support the chambers in
  • Auxiliary devices are driven via the drive shaft.
  • the invention includes the technical teaching that at least four lines carrying pressure medium are formed in the at least two stator arms.
  • each two pressure-carrying lines are advantageously formed in the respective Statorarm, so that in each case a first and a second sub-chamber via the respective pressure medium line leading is fed.
  • the lines carrying pressure medium are formed as radial bores in the stator arms, which arranged at least one substantially transversely thereto formed for fluidtechni connection with the respective sub-chamber
  • a sleeve is arranged radially between the inner ring and the drive shaft, wherein the sleeve on an outer peripheral surface has two circumferential grooves, which are fluidly connected to lines formed in the at least two stator arms at least four pressure medium lines.
  • the sleeve considerably facilitates the arrangement of lines carrying pressure medium.
  • all lines leading respectively to the first or to the second sub-chambers fluidly connected to the pressure medium lines are fluidly connected.
  • a bearing element is arranged.
  • the bearing element facilitates relative rotation between the drive shaft and the stator. It is conceivable both a ball roller bearing and a plain bearing.
  • an admission of the first and second partial chambers with pressure medium from the pressure medium container is controllable by a valve arranged between the pressure medium container and the adjusting device, wherein a maximum piston stroke is adjustable when the first
  • Partial chambers are acted upon with pressure medium, wherein further a minimum piston stroke is adjustable when the second sub-chambers are acted upon with pressure medium.
  • the valve is designed either as a 3/2-way valve or as a 4/2-way valve or as a 4/3 -way valve.
  • the valve is designed as a solenoid valve or pneumatic valve. The valve is advantageously over the
  • the actuator is controlled so that two stable positions of the rotor can be adjusted.
  • a first stable position can be generated if the 4/2-way valve pressurizes the first subchambers by fluidically connecting the pressure medium container to the first subchambers and, at the same time, fluidically connecting the second subchambers relieved.
  • a second stable position can be generated when the 4/2-way valve pressurizes the second subchambers by fluidly connecting the pressure medium container to the second subchambers and, at the same time, relieving the first subchambers by fluidic means.
  • the actuator is controlled so that three stable positions of the rotor can be adjusted.
  • the two positions described above can be set, on the other hand, a third stable position can be set, wherein both the first and the second sub-chambers are closed.
  • the actuator is controlled so that either the first sub-chambers are pressurized by the 3/2-way valve fluidly connects the pressure fluid reservoir with the first sub-chambers while the second sub-chambers fluidly closes or the second sub-chambers are pressurized by the
  • Fluid pressure medium tank connects with the second sub-chambers while the first sub-chambers fluidly completes.
  • a check valve for preventing a backflow of the pressure medium in the pressure medium container between the pressure medium container and the valve is arranged. Unless the pressure in the
  • Partial chambers exceeds the pressure in the pressure medium tank, a backflow of the pressure medium can be carried out in the pressure medium container. To avoid this and at the same time to avoid loss of control over the rotor is the
  • Arrangement of the check valve between the pressure medium container and the adjusting device in particular provided between the pressure medium container and the valve. Particularly preferred is parallel to the 3/2-way valve in each case a pressure medium-carrying line with check valve to form a feedback of the pressure medium from the sub-chambers, which are not connected via the 3/2-way valve with the pressure fluid container disposed.
  • Adjustment device to the pressure medium tank, the 3/2-way valve.
  • the adjusting device thus serves as a hydraulic pump for rotating the rotor, since the pressure medium flows back and forth via the 3/2-way valve between the first sub-chambers and the second sub-chambers.
  • the pressure medium leading line which is connected to the pressure medium container, no pressure medium return takes place in the pressure medium container, since the line pressure is equal to, or due to losses, slightly lower than the inlet pressure, so that the check valve remains closed.
  • Pressure medium leading line temporarily rise above an input-side pressure, wherein the pressure medium is gradually pumped from the closed sub-chambers to the sub-chambers connected to the pressure medium container.
  • the rotor is in two parts according to another embodiment, wherein the two rotor parts are rotatably connected to each other by at least one connecting element. Accordingly, a first rotor part, for example, designed as a rotor disk and the second rotor part forms the rotor blades. The rotor disk is in each case via a connecting element, in particular a screw, secured both axially and radially with the respective rotor blades.
  • FIGS. 1 shows a block diagram of the compressor system according to the invention according to a first exemplary embodiment, comprising a 4/3 -way valve,
  • FIG. 2 is a block diagram of the compressor system according to the invention according to a second embodiment, comprising a 4/2-way valve,
  • FIG. 3a shows a perspective sectional view of the adjusting device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 3b shows a cross-sectional view of the adjusting device according to the invention from FIG. 3a, cut along the pressure medium-carrying line 14a, FIG.
  • FIG. 4 is a perspective sectional view of the adjusting device according to the invention according to a second embodiment
  • Figure 5 is a block diagram of the compressor system according to the invention according to a third embodiment, comprising a 3/2-way valve.
  • the compressor system of Figure 1 consists essentially of a
  • Drive unit 1 which drives a compressor 2 via a gearbox 3.
  • an auxiliary device 25 is arranged, which is driven together via a drive shaft 4 to the compressor 2.
  • the compressor 2 is fluidly connected via a compressed air line 26a with an air treatment unit 5.
  • the air treatment unit 5 is in turn fluidly connected to a compressed air reservoir 6 via a compressed air line 26b, so that the from
  • Compressor 2 generated compressed air in the air treatment unit 5 is cleaned and dried, to then be fed into the compressed air reservoir 6. Once the compressed air reservoir 6 is filled, the compressor 2 changes into one
  • Energy-saving state by a piston stroke of a - not shown - piston is minimized.
  • the piston stroke control unit 24 controls a 4/3-way valve 22, which in turn controls an adjusting device 8, which controls the Kolbenhubeinstellvortechnisch 7 via a rotational movement and thus regulates the piston stroke.
  • the 4/3-way valve 22 connects the
  • the embodiment in Figure 2 is based on the embodiment in Figure 1, wherein between the pressure medium container 15 and the adjusting device 8, a 4/2-way valve 22 is arranged. Further, a check valve 23 a for
  • the adjusting device 8 comprises a stator 9, with three chambers 10a, 10b, 10c and a rotatably mounted in the stator 9, consisting of two parts rotor I Ia, 1 lb with three rotor blades 12a, 12b, 12c , The two rotor parts 11a, 11b are secured both axially and radially by screws 27a-27c.
  • Each rotor blade 12a, 12b, 12 is for splitting the respective chamber 10a, 10b, 10c into two sub-chambers 13a-13f, of which only the first sub-chambers 13a, 13c, 13e can be seen in the respective chamber 10a, 10b, 10c arranged.
  • the stator 9 has a
  • Stator arms 18a, 18b, 18c are interconnected. Further, a sleeve 19 is disposed radially between the inner ring 17 and the drive shaft 4. The sleeve 19 has on an outer circumferential surface two circumferential grooves 20a, 20b, which are fluidly connected to lines 14a-14f in the three stator arms 18a, 18b, 18c. In addition, a bearing element 21 is arranged radially between the drive shaft 4 and the sleeve 19. A
  • Actuation of the first and second subchambers 13a-13f with pressure medium from the pressure medium container 15 is controlled by the valve 22 arranged between the pressure medium container 15 and the adjusting device 8, not shown here, wherein a maximum piston stroke is adjustable when the first sub-chambers 13a, 13c, 13e be acted upon with pressure medium, wherein further a minimum piston stroke is adjustable, when the second
  • Partial chambers 13b, 13d, 13f are acted upon with pressure medium.
  • the rotor 11a, 11b of the adjusting device 8 is rigidly coupled to the piston stroke adjusting device 7 - of which an internally toothed ring 28 can be seen here.
  • the internally toothed ring 28 is disposed on an inner circumferential surface of the rotor 1 lb.
  • the embodiment in Figure 4 is based on the embodiment in Figure 3a, wherein the radially disposed between the inner ring 17 and the drive shaft 4 sleeve 19 is omitted. Instead, the inner ring 17 of the stator 9 is formed thick-walled, wherein the drive shaft 4 comes to rest on a bearing element 21 which is arranged on an inner circumferential surface of the inner ring 17.
  • Figure 5 is based essentially on Figure 2, wherein instead of the 4/2-way valve 22, a 3/2-way valve 22 between the pressure medium tank 15 and the
  • Adjusting device 8 is arranged. Parallel to the 3/2-way valve 22 is in each case a pressure medium-carrying line 14a'-14d 'with check valve 23b, 23c to form a feedback of the pressure medium from the sub-chambers 13a-13d, via the 3/2-way valve 22nd not connected to the pressure medium container 15, arranged.
  • the adjusting device 8 thus serves as a hydraulic pump for rotating the rotor 1 la, 1 lb, since the pressure medium via the 3/2-way valve 22 between the first sub-chambers 13a, 13c, 13e and the second sub-chambers 13b, 13d, 13f out and forth flows. Leakage losses are due to pressure medium from the
  • Pressure medium tank 15 compensated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem für ein Nutzfahrzeug, umfassend einen von einer Antriebseinheit (1) angetriebenen Kompressor (2) mit mindestens einem Kolben zur Erzeugung von Druckluft, wobei zwischen der Antriebseinheit (1) und dem Kompressor (2) mindestens ein Getriebe (3) angeordnet ist, das über eine Antriebswelle (4) mit dem Kompressor (2) verbunden ist, wobei ferner die Druckluft durch eine Luftaufbereitungseinheit (5) zur Trocknung und Reinigung der Druckluft hindurch zu mindestens einem Druckluftspeicher (6) förderbar ist. Erfindungsgemäß weist der Kompressor (2) zur Einstellung des Kolbenhubs von mindestens einem Kolben eine an der Antriebswelle (4) angeordnete Kolbenhubeinstellvorrichtung (7) auf, die mit einer zumindest mittelbar von einer Kolbenhubsteuereinheit (24) gesteuerte Stellvorrichtung (8), umfassend einen Stator (9), mit mindestens zwei Kammern (10a, 10b) und einen drehbar in dem Stator (9) gelagerten Rotor (11a) mit mindestens zwei Rotorschaufeln (12a, 12b) starr gekoppelt ist, wobei jeweils eine Rotorschaufel (12a, 12b) zur Aufteilung der jeweiligen Kammer (10a, 10b) in jeweils zwei Teilkammern (13a-13d) in der jeweiligen Kammer (10a, 10b) angeordnet ist, wobei ferner der Stator (9) mindestens eine fluidtechnisch mit jeder Teilkammer (13a-13d) verbundene Druckmittel führende Leitung (14a-14d) aufweist, die zumindest mittelbar mit einem Druckmittelbehälter (15) fluidtechnisch verbunden ist.

Description

Kompressorsystem mit einer Kolbenhubeinstellvorrichtung
GEBIET DER ERFINDUNG Die Erfindung betrifft ein Kompressorsystem für ein Nutzfahrzeug, umfassend einen von einer Antriebseinheit angetriebenen Kompressor mit mindestens einem Kolben zur Erzeugung von Druckluft, wobei zwischen der Antriebseinheit und dem
Kompressor mindestens ein Getriebe angeordnet ist, das über eine Antriebswelle mit dem Kompressor verbunden ist, wobei ferner die Druckluft durch eine
Luftaufbereitungseinheit zur Trocknung und Reinigung der Druckluft hindurch zu mindestens einem Druckluftspeicher förderbar ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Moderne Nutzfahrzeuge weisen verschiedene Teilsysteme auf, die mit Druckluft betrieben werden können. Dazu gehören beispielsweise eine druckluftbetriebene Betriebsbremse und eine Luftfederung. Um die Versorgung dieser Teilsysteme mit Druckluft sicherzustellen, ist normalerweise ein Kompressorsystem, umfassend einen Kompressor in dem Nutzufahrzeug vorgesehen. Der Kompressor wird in der Regel mechanisch von einer Antriebseinheit, insbesondere einer
Verbrennungskraftmaschine des Nutzufahrzeugs angetrieben. Da der Bedarf an Druckluft innerhalb des Nutzufahrzeugs normalerweise keinen Dauerbetrieb des Kompressors erfordert, können unterschiedliche Energiesparsystem verwendet werden.
Gemäß DE 10 2008 003 957 AI kann eine Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Kompressor vorgesehen sein, um eine Entkopplung des Kompressors vom Antriebsmotor 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. Die Abkopplung des Kompressors hat allerdings den Nachteil dass der Kompressor nicht für den Antrieb einer weiteren Vorrichtung, z.B. Servolenkungspumpe geeignet ist. Der Antrieb einer Hilfsvorrichtung innerhalb des Kompressorsystems mit Kupplung benötigt ein zusätzliches Getriebe wie in der WO2009/146908 AI dargestellt, das die Kosten und den Bedarf an Einbauraum wesentlich erhöhen. Aus der DE 10 2008 005 435 AI geht ein Kompressor zur Erzeugung von Druckluft für ein Nutzfahrzeug hervor, wobei der Kompressor ein Gehäuse mit einem
Kolbenraum und einem Schadraum sowie eine Ventileinrichtung mit einem
Absperrkörper zum Trennen des Schadraums von dem Kolbenraum umfasst.
Während einer Entlastungsphase sind der Kolbenraum und der Schadraum miteinander verbunden wodurch die während der Entlastungsphase auftretenden Spitzendrücke reduziert werden und so der Energieverbrauch des Kompressors gesenkt wird. Dieses System ermöglicht zwar den Direktantrieb von
Hilfsvorrichtungen, weist aber im Vergleich zum System mit Entkopplung des Kompressors ein deutlich niedrigeres Energiesparpotenzial auf. Ferner geht aus der DE 10 2013 200 301 AI ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit variabler Nockensteuerung hervor. Dazu weist der Motor einen Aktuator auf, der einem Rotor, ein Gehäuse, eine Spätverstellungskammer und eine
Frühverstellungskammer umfasst. Der Rotor ist an der Nockenwelle angebracht, so dass dieser sich mit der gleichen Drehzahl wie die Nockenwelle dreht. Der Rotor ist hydraulisch am Gehäuse gekoppelt. Verstellerlamellen bewegen sich innerhalb der durch die Spätverstellungskammer und die Frühverstellungskammer ausgebildeten Ausnehmungen. Das Schieberventil erlaubt, dass sich der Rotor bewegt, indem es einen Ölfluß in die Spätverstellungskammer und aus der Frühverstellungskammer oder umgekehrt gestattet, j e nach der gewünschten Bewegungsrichtung. Während einer Nockenspätverstellung fließt Öl vom Zufuhrkanal in die
Spätverstellungskammer, während Öl aus der Frühverstellungskammer in die Nockenzapfenpassage herausgedrückt wird. Während einer Nockenfrühverstellung fließt Öl von dem Zufuhrkanal in die Frühverstellungskammer, während Öl von der Spätverstellungskammer in die Nockenzapfenpassage herausgedrückt wird. Das Gehäuse bildet einen mechanischen Anschlag für den Rotor. Wenn die
Spätverstellungskammer maximal offen ist und der Rotor an dem Gehäuse ruht, befindet sich der Aktuator in der Spätverstellungsendposition, und die
Nockensteuerung ist maximal nach spät verstellt. Wenn die Frühverstellungskammer maximal offen ist und der Rotor am Gehäuse ruht, befindet sich der Aktuator in der Frühverstellungsendposition und die Nockensteuerung ist maximal nach früh verstellt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kompressorsystem dahingehend zu optimieren, dass ohne den Kompressor von der Antriebseinheit abzukuppeln der Energieverbrauch des Kompressors mit einfachen Mitteln erheblich gesenkt wird. 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 weist der Kompressor zur Einstellung des Kolbenhubs von mindestens einem Kolben eine an der Antriebswelle angeordnete
Kolbenhubeinstellvorrichtung auf, die mit einer zumindest mittelbar von einer Kolbenhubsteuereinheit gesteuerte Stellvorrichtung, umfassend einen Stator, mit mindestens zwei Kammern und einen drehbar in dem Stator gelagerten Rotor mit mindestens zwei Rotorschaufeln starr gekoppelt ist, wobei jeweils eine Rotorschaufel zur Aufteilung der jeweiligen Kammer in jeweils zwei Teilkammern in der jeweiligen Kammer angeordnet ist, wobei ferner der Stator mindestens eine fluidtechnisch mit j eder Teilkammer verbundene Druckmittel führende Leitung aufweist, die zumindest mittelbar mit einem Druckmittelbehälter fluidtechnisch verbunden ist.
Mit anderen Worten sind die Teilkammern mit einem Druckmittel, insbesondere einem inkompressiblen Druckmittel wie beispielsweise Öl beaufschlagbar. Je nachdem ob die ersten oder zweiten Teilkammern mit Öl beaufschlagt werden, bewegen sich die Rotorschaufeln gemeinsam in eine Richtung. Eine maximale Befüllung der ersten oder zweiten Teilkammern führt dazu, dass die Rotorschaufeln umfangsseitig an dem Stator zur Anlage kommen und eine stabile Position einnehmen. Die Rotation des Rotors führt zu einer Verstellung der
Kolbenhubeinstellvorrichtung, wodurch die Einstellung des Kolbenhubs
zustandsabhängig vorgenommen wird. Die zustandsabhängige Steuerung des Kolbenhubs ist mit einem erheblichen Energiesparpotential verknüpft, ohne dass der Kompressor von der Antriebseinheit abgekuppelt werden muss. Sofern keine Druckluft benötigt wird, beziehungsweise wenn der vorhandene Druckluftvorrat den Druckluftbedarf der Verbraucher über eine gewisse Zeitspanne decken kann, kann der Kolbenhub des mindestens einen Kolbens minimiert werden.
Besonders bevorzugt ist, dass der Stator einen Außenring und einen Innenring aufweist, die über mindestens zwei radial verlaufende Statorarme miteinander verbunden sind, wobei die Antriebswelle zumindest mittelbar an einer
Innenumfangsfläche des Innenrings gelagert ist. Zum Einen erlaubt diese
Ausführungsform einen besonders leichtbauenden und kompakten Stator, zum Anderen ist es dadurch möglich, die Antriebswelle direkt in der Stellvorrichtung am Stator zu lagern. Die mindestens zwei Statorarme sind nämlich insbesondere dazu geeignet, Radialkräfte aufzunehmen. Ferner dienen die mindestens zwei Statorarme auch als Anschlagflächen für die Rotorschaufeln, da sie die Kammern in
Umfangsrichtung begrenzen. Dadurch, dass sich die Antriebswelle durch die Stellvorrichtung erstreckt können hinter dem Kompressor angeordnete
Hilfseinrichtungen über die Antriebswelle angetrieben werden.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens vier Druckmittel führenden Leitungen in den mindestens zwei Statorarmen ausgebildet sind. Dabei sind vorteilhafterweise je zwei Druckmittel führenden Leitungen in dem jeweiligen Statorarm ausgebildet, so dass jeweils eine erste und eine zweite Teilkammer über die jeweilige Druckmittel führende Leitung speisbar ist. Vorteilhafterweise sind die Druckmittel führenden Leitungen als Radialbohrungen in den Statorarmen ausgebildet, die mindestens eine im Wesentlichen quer dazu ausgebildete zur fluidtechni sehen Verbindung mit der jeweiligen Teilkammer angeordnete
Ausnehmung aufweisen.
Vorzugsweise ist eine Hülse radial zwischen dem Innenring und der Antriebswelle angeordnet, wobei die Hülse an einer Außenumfangsfläche zwei umlaufende Nuten aufweist, die mit in den mindestens zwei Statorarmen ausgebildeten mindestens vier Druckmittel führenden Leitungen fluidtechnisch verbunden sind. Die Hülse erleichtert erheblich die Anordnung von Druckmittel führenden Leitungen. Über die fluidtechnisch voneinander getrennten Nuten der Hülse, sind alle jeweils mit den ersten oder mit den zweiten Teilkammern fluidtechnisch verbundenen Druckmittel führenden Leitungen fluidtechnisch verbunden.
Besonders bevorzugt ist, dass entweder radial zwischen der Antriebswelle und der Hülse oder radial zwischen der Antriebswelle und dem Innenring ein Lagerelement angeordnet ist. Das Lagerelement erleichtert eine relative Rotation zwischen der Antriebswelle und dem Stator. Denkbar ist dabei sowohl ein Kugelrollenlager als auch ein Gleitlager.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Beaufschlagung der ersten und zweiten Teilkammern mit Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter von einem zwischen dem Druckmittelbehälter und der Stellvorrichtung angeordneten Ventil steuerbar, wobei ein maximaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die ersten
Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt sind, wobei ferner ein minimaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die zweiten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt sind. Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Ventil entweder als ein 3/2-Wege- Ventil oder als ein 4/2-Wege- Ventil oder als ein 4/3 -Wege- Ventil ausgebildet. Insbesondere ist das Ventil jedoch als Magnetventil oder pneumatisches Ventil ausgebildet. Das Ventil wird vorteilhafterweise über die
Kolbenhubsteuereinheit gesteuert.
Über das 4/2-Wege- Ventil ist die Stellvorrichtung derart steuerbar, dass zwei stabile Positionen des Rotors eingestellt werden können. Eine erste stabile Position ist generierbar, sofern das 4/2-Wege- Ventil die ersten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt, indem es den Druckmittelbehälter fluidtechnisch mit den ersten Teilkammern verbindet und gleichzeitig die zweiten Teilkammern fluidtechnisch entlastet. Eine zweite stabile Position ist demgegenüber generierbar, wenn das 4/2- Wege- Ventil die zweiten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt, indem es den Druckmittelbehälter fluidtechnisch mit den zweiten Teilkammern verbindet und gleichzeitig die ersten Teilkammern fluidtechnisch entlastet.
Über das 4/3 -Wege- Ventil ist die Stellvorrichtung derart steuerbar, dass drei stabile Positionen des Rotors eingestellt werden können. Zum Einen können die beiden zuvor beschriebenen Positionen eingestellt werden, zum Anderen kann eine dritte stabile Position eingestellt werden, wobei sowohl die ersten als auch die zweiten Teilkammern geschlossen werden.
Über das 3/2-Wege- Ventil ist die Stellvorrichtung derart steuerbar, dass entweder die ersten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt werden, indem das 3/2-Wege- Ventil den Druckmittelbehälter fluidtechnisch mit den ersten Teilkammern verbindet und gleichzeitig die zweiten Teilkammern fluidtechnisch abschließt oder die zweiten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt werden, indem es den
Druckmittelbehälter fluidtechnisch mit den zweiten Teilkammern verbindet und gleichzeitig die ersten Teilkammern fluidtechnisch abschließt. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Rückschlagventil zum Verhindern eines Rückflusses des Druckmittels in den Druckmittelbehälter zwischen dem Druckmittelbehälter und dem Ventil angeordnet. Sofern der Druck in den
Teilkammern den Druck im Druckmittelbehälter übersteigt, kann ein Rückfluss des Druckmittels in den Druckmittelbehälter erfolgen. Um dies zu vermeiden und damit gleichzeitig ein Verlust der Kontrolle über den Rotor zu vermeiden, ist die
Anordnung des Rückschlagventils zwischen dem Druckmittelbehälter und der Stellvorrichtung, insbesondere zwischen dem Druckmittelbehälter und dem Ventil vorgesehen. Besonders bevorzugt ist parallel zum 3/2-Wege- Ventil jeweils eine Druckmittel führende Leitung mit Rückschlagventil zur Bildung einer Rückkopplung des Druckmittels aus den Teilkammern, die über das 3/2-Wege- Ventil nicht mit dem Druckmittelbehälter verbunden sind, angeordnet. Diese Druckmittel führenden Leitungen überbrücken aufgrund der Rückschlagventile einseitig von der
Stelleinrichtung zum Druckmittelbehälter das 3/2-Wege- Ventil. Mit anderen Worten dient die Stelleinrichtung somit als Hydraulikpumpe zum Drehen des Rotors, da das Druckmittel über das 3/2-Wege- Ventil zwischen den ersten Teilkammern und den zweiten Teilkammern hin und her strömt. In der Druckmittel führenden Leitung, die mit dem Druckmittelbehälter verbunden ist, findet keine Druckmittelrückführung in den Druckmittelbehälter statt, da der Leitungsdruck gleich, oder aufgrund von Verlusten, etwas geringer ist als der Eingangsdruck, so dass das Rückschlagventil geschlossen bleibt. Abhängig von Richtung und Größe eines auf den Rotor wirkenden Reaktionsdrehmoments, kann der Druck in der abgeschlossenen
Druckmittel führenden Leitung vorübergehend über einen eingangsseitigen Druck ansteigen, wobei das Druckmittel stufenweise von den geschlossenen Teilkammern zu den mit dem Druckmittelbehälter verbunden Teilkammern gepumpt wird.
Dadurch wird der Druckmittelverbrauch des Aktuators erheblich gesenkt. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei Inaktivität des Ventils, die ersten Teilkammern mit Druckmittel beaufschlagt sind, sodass der Kolbenhub maximal ist. Dadurch ist beispielsweise bei einer Fehlfunktion des Ventils ein maximaler Kolbenhub und somit eine maximale Druckluftförderung vorgesehen. Zur Erleichterung der Montage ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Rotor zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Rotorteile durch mindestens ein Verbindungselement drehfest miteinander verbunden sind. Demnach ist ein erstes Rotorteil, beispielsweise als eine Rotorscheibe ausgebildet und das zweite Rotorteil bildet die Rotorflügel. Die Rotorscheibe ist über jeweils einem Verbindungselement, insbesondere einer Schraube, mit dem jeweiligen Rotorflügel sowohl axial, als auch radial gesichert.
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 Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Kompressorsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend ein 4/3 -Wege- Ventil,
Fig.2 eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Kompressorsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, umfassend ein 4/2-Wege- Ventil,
Fig.3a eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.3b eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung aus Figur 3a, geschnitten entlang der Druckmittel führende Leitung 14a,
Fig.4 eine perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und Fig.5 eine Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Kompressorsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, umfassend ein 3/2-Wege- Ventil. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
Das Kompressorsystem nach Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einer
Antriebseinheit 1, die über ein Getriebe 3 einen Kompressor 2 antreibt. An dem Kompressor 2 ist eine Hilfseinrichtung 25 angeordnet, die gemeinsam über eine Antriebswelle 4 mit dem Kompressor 2 angetrieben wird. Ferner ist der Kompressor 2 über eine Druckluftleitung 26a mit einer Luftaufbereitungseinheit 5 fluidtechnisch verbunden. Die Luftaufbereitungseinheit 5 ist wiederum mit einem Druckluftspeicher 6 über eine Druckluftleitung 26b fluidtechnisch verbunden, so dass die vom
Kompressor 2 erzeugte Druckluft in der Luftaufbereitungseinheit 5 gereinigt und getrocknet wird, um dann in dem Druckluftspeicher 6 gespeist zu werden. Sobald der Druckluftspeicher 6 befüllt ist, wechselt der Kompressor 2 in einen
Energiesparzustand, indem ein Kolbenhub eines - hier nicht dargestellten - Kolbens minimiert wird. Mit anderen Worten reguliert die Kolbenhub Steuereinheit 24 den Kolbenhub je nach aktuellem Druckluftbedarf. Durch eine Abnahme des
Kolbenhubs, wird trotz ununterbrochener Rotation der Antriebswelle 4 und damit verbundenem ununterbrochenen Betrieb der Hilfseinrichtung 25 Energie eingespart. Die Kolbenhubsteuereinheit 24 steuert dabei ein 4/3 -Wege- Ventil 22 an, das wiederum eine Stellvorrichtung 8 ansteuert, die über eine Rotationsbewegung die Kolbenhubeinstellvorrichtung 7 ansteuert und so den Kolbenhub reguliert. Zur Ansteuerung der Stellvorrichtung 8 verbindet das 4/3 -Wege- Ventil 22 die
Stellvorrichtung 8 über Druckmittel führende Leitungen 14a, 14b mit einem
Druckmittelbehälter 15.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 2 baut auf dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 auf, wobei zwischen dem Druckmittelbehälter 15 und der Stellvorrichtung 8 ein 4/2- Wege- Ventil 22 angeordnet ist. Ferner ist auch ein Rückschlagventil 23a zum
Verhindern eines Rückflusses des Druckmittels in den Druckmittelbehälter 15 zwischen dem Druckmittelbehälter 15 und dem 4/2-Wege- Ventil 22 angeordnet. Darüber hinaus ist die Kolbenhubsteuereinheit 24 mit der Luftaufbereitungseinheit 5 verbunden, sodass eine Einstellung des Kolbenhubes in Abhängigkeit eines Signals der Luftaufbereitungseinheit 5 erfolgen kann. Gemäß der Figuren 3a und 3b umfasst die erfindungsgemäße Stellvorrichtung 8 einen Stator 9, mit drei Kammern 10a, 10b, 10c und einen drehbar in dem Stator 9 gelagerten, aus zwei Teilen bestehenden Rotor I Ia, 1 lb mit drei Rotorschaufeln 12a, 12b, 12c. Die beiden Rotorteile I Ia, 1 lb sind durch Schrauben 27a-27c sowohl axial als auch radial gesichert. Jede Rotorschaufel 12a, 12b, 12 ist zur Aufteilung der jeweiligen Kammer 10a, 10b, 10c in jeweils zwei Teilkammern 13a-13f- von denen aufgrund der Darstellung nur die ersten Teilkammern 13a, 13c, 13e zu sehen ist - in der jeweiligen Kammer 10a, 10b, 10c angeordnet. Der Stator 9 weist einen
Außenring 16 und einen Innenring 17 auf, die über drei radial verlaufende
Statorarme 18a, 18b, 18c miteinander verbundenen sind. Ferner ist eine Hülse 19 radial zwischen dem Innenring 17 und der Antriebswelle 4 angeordnet. Die Hülse 19 weist an einer Außenumfangsfläche zwei umlaufende Nuten 20a, 20b auf, die mit in den drei Statorarmen 18a, 18b, 18c ausgebildeten Druckmittel führenden Leitungen 14a-14f fluidtechnisch verbunden sind. Darüber hinaus ist radial zwischen der Antriebswelle 4 und der Hülse 19 ein Lagerelement 21 angeordnet. Eine
Beaufschlagung der ersten und zweiten Teilkammern 13a-13f mit Druckmittel aus dem - hier nicht dargestellten - Druckmittelbehälter 15 wird von dem zwischen dem Druckmittelbehälter 15 und der Stellvorrichtung 8 angeordneten - hier nicht dargestellten - Ventil 22 gesteuert, wobei ein maximaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die ersten Teilkammern 13a, 13c, 13e mit Druckmittel beaufschlagt werden, wobei ferner ein minimaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die zweiten
Teilkammern 13b, 13d, 13f mit Druckmittel beaufschlagt werden. Der Rotor I Ia, 1 lb der Stellvorrichtung 8 ist mit der Kolbenhubeinstellvorrichtung 7 - von der hier ein innenverzahnter Ring 28 zu sehen ist - starr gekoppelt. Mit anderen Worten ist der innenverzahnte Ring 28 an einer Innenumfangsfläche des Rotors 1 lb angeordnet. Das Ausführungsbeispiel in Figur 4 baut auf dem Ausführungsbeispiel in Figur 3a auf, wobei die radial zwischen dem Innenring 17 und der Antriebswelle 4 angeordnete Hülse 19 entfällt. Stattdessen ist der Innenring 17 des Stators 9 dickwandiger ausgebildet, wobei die Antriebswelle 4 an einem Lagerelement 21, der an einer Innenumfangsfläche des Innenrings 17 angeordnet ist, zur Anlage kommt.
Figur 5 baut im Wesentlichen auf Figur 2 auf, wobei statt dem 4/2-Wege- Ventil 22 ein 3/2-Wegeventil 22 zwischen dem Druckmittelbehälter 15 und der
Stellvorrichtung 8 angeordnet ist. Parallel zum 3/2-Wege- Ventil 22 ist jeweils eine Druckmittel führende Leitung 14a'-14d' mit Rückschlagventil 23b, 23c zur Bildung einer Rückkopplung des Druckmittels aus den Teilkammern 13a-13d, die über das 3/2-Wege- Ventil 22 nicht mit dem Druckmittelbehälter 15 verbunden sind, angeordnet. Die Stelleinrichtung 8 dient somit als eine Hydraulikpumpe zum Drehen des Rotors 1 la, 1 lb, da das Druckmittel über das 3/2-Wege- Ventil 22 zwischen den ersten Teilkammern 13a, 13c, 13e und den zweiten Teilkammern 13b, 13d, 13f hin und her strömt. Leckageverluste werden durch Druckmittel aus dem
Druckmittelbehälter 15 kompensiert.
Bezugszeichenliste
1 Antriebseinheit
2 Kompressor
3 Getriebe
4 Antriebswelle
5 Luftaufbereitungseinheit
6 Druckluftspeicher
7 Kolbenhubeinstellvorrichtung
8 Stellvorrichtung
9 Stator
10a- 10c Kammern
IIa, IIb Rotor
12a- 12c Rotorschaufeln
13a-13f Teilkammern
14a-14d, 14a'-14d' Druckmittel führende Leitung
15 Druckmittelb ehälter
16 Außenring
17 Innenring
18a- 18c Statorarme
19 Hülse
20a, 20b umlaufende Nut
21 Lagerelement
22 Ventil
23a-23c Rückschlagventil
24 Kolbenhubsteuereinheit
25 Hilfseinrichtung
26a, 26b Druckluftleitung
27a-27c Schrauben
28 innenverzahnter Ring

Claims

A n s p r ü c h e
Kompressorsystem für ein Nutzfahrzeug, umfassend einen von einer
Antriebseinheit (1) angetriebenen Kompressor (2) mit mindestens einem Kolben zur Erzeugung von Druckluft, wobei zwischen der Antriebseinheit (1) und dem Kompressor
(2) mindestens ein Getriebe
(3) angeordnet ist, das über eine Antriebswelle (4) mit dem Kompressor (2) verbunden ist, wobei ferner die Druckluft durch eine Luftaufbereitungseinheit (5) zur Trocknung und Reinigung der Druckluft hindurch zu mindestens einem Druckluftspeicher (6) förderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (2) zur Einstellung des Kolbenhubs von mindestens einem Kolben eine an der Antriebswelle (4) angeordnete Kolbenhubeinstellvorrichtung (7) aufweist, die mit einer zumindest mittelbar von einer Kolbenhub Steuereinheit (24) gesteuerte Stellvorrichtung (8), umfassend einen Stator (9), mit mindestens zwei Kammern (10a, 10b) und einen drehbar in dem Stator (9) gelagerten Rotor (I Ia) mit mindestens zwei Rotorschaufeln (12a, 12b) starr gekoppelt ist, wobei jeweils eine Rotorschaufel (12a, 12b) zur Aufteilung der jeweiligen Kammer (10a, 10b) in jeweils zwei Teilkammern (13a-13d) in der jeweiligen Kammer (10a, 10b) angeordnet ist, wobei ferner der Stator (9) mindestens eine fluidtechnisch mit jeder Teilkammer (13a-13d) verbundene Druckmittel führende Leitung (14a-14d) aufweist, die zumindest mittelbar mit einem Druckmittelbehälter (15) fluidtechnisch verbunden ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9) einen Außenring (16) und einen Innenring (17) aufweist, die über mindestens zwei radial verlaufende
Statorarme (18a, 18b) miteinander verbundenen sind, wobei die
Antriebswelle (4) zumindest mittelbar an einer Innenumfangsfläche des Innenrings (17) gelagert ist. Kompressorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Druckmittel führenden Leitungen (14a-14d) in den mindestens zwei Statorarmen (18a, 18b) ausgebildet sind.
Kompressorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (19) radial zwischen dem
Innenring (17) und der Antriebswelle
(4) angeordnet ist, wobei die Hülse (19) an einer Außenumfangsfläche zwei umlaufende Nuten (20a, 20b) aufweist, die mit in den mindestens zwei Statorarmen (18a, 18b) ausgebildeten mindestens vier Druckmittel führenden Leitungen (14a-14d) fluidtechnisch verbunden sind.
5. Kompressorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass entweder radial zwischen der Antriebswelle (4) und der Hülse (19) oder radial zwischen der Antriebswelle (4) und dem Innenring (17) ein Lagerelement (21) angeordnet ist.
Kompressorsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Beaufschlagung der ersten und zweiten Teilkammern (13a-13d) mit Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter (15) von einem zwischen dem Druckmittelbehälter (15) und der Stellvorrichtung (8) angeordneten Ventil (22) steuerbar ist, wobei ein maximaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die ersten Teilkammern (13a, 13c) mit Druckmittel beaufschlagt sind, wobei ferner ein minimaler Kolbenhub einstellbar ist, wenn die zweiten Teilkammern (13b, 13d) mit Druckmittel beaufschlagt sind.
7. Kompressorsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (22) entweder als ein 3/2-Wege- Ventil oder als ein 4/2-Wege- Ventil oder als ein 4/3 -Wege- Ventil ausgebildet ist.
8. Kompressorsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (23a) zum Verhindern eines Rückflusses des Druckmittels in den Druckmittelbehälter (15) zwischen dem Druckmittelbehälter (15) und dem Ventil (22) angeordnet ist.
9. Kompressorsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum 3/2-Wege- Ventil (22) jeweils eine Druckmittel führende Leitung (14a'-14d') mit Rückschlagventil (23b, 23c) zur Bildung einer Rückkopplung des Druckmittels aus den Teilkammern (13a-13d), die über das 3/2-Wege- Ventil (22) nicht mit dem
Druckmittelbehälter (15) verbunden sind, angeordnet ist.
10. Kompressorsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Inaktivität des Ventils (22), die ersten Teilkammern (13a, 13c) mit Druckmittel beaufschlagt sind, sodass der
Kolbenhub maximal ist.
11. Kompressorsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 la, 1 lb) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Rotorteile (I Ia, 1 lb) durch mindestens ein
Verbindungselement drehfest miteinander verbunden sind.
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