Die Erfindung betrifft eine Druckluftversorgungsanlage für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

Eine Druckluftversorgungsanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein

Nutzfahrzeug, umfasst in der Regel mindestens einen Kompressor. Dieser wird mechanisch vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben. Im Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und Kompressor befindet sich gewöhnlich ein

Getriebe. Eine gattungsgemäße Druckluftversorgungsanlage ist beispielsweise aus der DE 102 406 00 AI bekannt.

Das Getriebe ist während des Betriebs einem Verschleiß unterworfen. Es hat sich herausgestellt, dass Vorhersagen über die notwendigen Wartungsintervalle schwierig sind. Da die Druckluftversorgungsanlage unter anderem die unverzichtbaren

Druckluftbremsen versorgt, ist bei einem Ausfall des Getriebes eine Weiterfahrt nicht mehr möglich. Das Wartungsintervall muss daher so großzügig dimensioniert sein, dass das Getriebe auch unter ungünstigen Umständen innerhalb dieses Intervalls nicht durch Verschleiß ausfällt.

Dies hat zur Folge, dass zwecks Wartung des Getriebes eine Werkstatt vielfach bereits zu einem Zeitpunkt aufgesucht werden muss, zu dem die Lebensdauer des Getriebes tatsächlich noch nicht erschöpft ist. Umgekehrt ist es möglich, dass durch die Installation großer zusätzlicher Druckluftverbraucher am Fahrzeug der

Kompressor und damit das Getriebe wesentlich stärker belastet wird als bei der Dimensionierung des Wartungsintervalls einkalkuliert. Das Getriebe kann dann bereits innerhalb des Wartungsintervalls ohne Vorankündigung ausfallen. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Druckluftversorgungsanlage zur Verfügung zu stellen, bei der das Wartungsintervall für das Getriebe zwischen Antriebsmaschine und Kompressor in bessere Übereinstimmung mit dem tatsächlich auftretenden Verschleiß gebracht werden kann. Weiterhin sollen Möglichkeiten geschaffen werden, den Verschleiß zu reduzieren.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine

Druckluftversorgungsanlage gemäß Hauptanspruch sowie durch ein Verfahren zum Betreiben gemäß Nebenanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Druckluftversorgungsanlage für ein Fahrzeug entwickelt. Diese Anlage umfasst mindestens einen Kompressor, der über mindestens ein Getriebe von der Antriebsmaschine des Fahrzeugs antreibbar ist.

Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die das Messsignal mindestens eines Sensors als Eingabe erhält und aus diesem Messsignal mindestens eine Kenngröße ermittelt, die ein Maß für die mechanische Belastung des Getriebes ist. Der Sensor ist im Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und dem Kompressor und/oder eingangsseitig des Kompressors angeordnet.

Bereits mit dieser einfachsten Ausführungsform der Erfindung kann überwacht werden, ob die tatsächliche mechanische Belastung des Getriebes derjenigen Belastung entspricht, die bei der Dimensionierung des Wartungsintervalls für das Getriebe angenommen wurde. Bei signifikanten Abweichungen kann das, beispielsweise in Kilometern und/oder Zeit angegebene, Wartungsintervall entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann die Kenngröße auf einer Skala zwischen 0 und 10 angezeigt werden und in der Betriebsanleitung spezifiziert sein, dass das Wartungsintervall auf eine mittlere Beanspruchung zwischen 4 und 6 ausgelegt ist. Oberhalb einer mittleren Belastung von 7 kann es halbiert werden, unterhalb einer mittleren Belastung von 3 kann es dagegen verdoppelt werden. Der Zeitpunkt, zu dem die Wartung durchgeführt wird, rückt näher an den Zeitpunkt heran, zu dem eine Wartung aufgrund des Verschleißzustandes des Getriebes tatsächlich geboten ist.

Dabei kann der Sensor insbesondere zur Erfassung einer Vibration, der Drehzahl der Antriebsmaschine und oder des Luftdrucks eingangsseitig des Kompressors ausgebildet sein. Besonders eine Vibration ist ein sehr guter Indikator für die mechanische Belastung des Getriebes. Es wurde erkannt, dass ein Getriebe beim Antreiben eines Kompressors prinzipiell besonders stark beansprucht wird: Speziell bei einem Kolbenkompressor, der die Drehbewegung aus der Antriebsquelle in eine Auf- und Ab-Bewegung eines oder mehrerer Kolben umwandelt, wechselt das Antriebsmoment bei jedem Arbeitszyklus das Vorzeichen. In der Verdichtungsphase muss zum Aufbau eines Drucks ein positives Drehmoment zugeführt werden, in der Ansaugphase hingegen ein negatives. Da in einem Zahnradgetriebe die

ineinandergreifenden Zähne von Antrieb und Abtrieb ein von null verschiebendes Spiel gegeneinander haben müssen, führen derartige Vorzeichenwechsel des Drehmoments dazu, dass die ineinandergreifenden Zähne aneinander schlagen. Jedes dieser Ereignisse trägt zum Verschleiß bei. Dabei bestimmt die Drehzahl des

Kompressors, wie häufig diese Ereignisse auftreten. Die Druckdifferenz zwischen dem Kompressorausgang und dem Umgebungsdruck bestimmt, wie stark die Zähne in der Verdichtungsphase aneinanderschlagen. Die Druckdifferenz zwischen

Kompressoreingang und Umgebungsdruck bestimmt, wie stark die Zähne in der Ansaugphase aneinanderschlagen. Die Kombination aus Häufigkeit und Stärke der Schläge summiert sich über die Betriebsdauer zum makroskopischen Verschleiß. Mit einem Vibrationssensor ist es möglich, sowohl die Häufigkeit als auch die Stärke der Schläge zu erfassen. Die Druckdifferenzen zwischen Kompressorausgang und Umgebungsdruck bzw. Kompressoreingang und Umgebungsdruck sowie die Drehzahl des Kompressors sind die wichtigsten Systemparameter, von denen die Stärke bzw. die Häufigkeit der Schläge und damit der Verschleiß abhängen. Diese Abhängigkeit kann jedoch durch weitere äußere Einflüsse verändert werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn neben diesen Parametern oder auch alternativ hierzu weitere Messsignale zur Ermittlung der Belastung herangezogen werden, beispielsweise das Messsignal eines

Vibrationssensors. Es kann beispielsweise ein Vibrationssensor verwendet werden, der ohnehin schon im Rahmen des Motormanagements an der Antriebsmaschine angeordnet ist.

Vorteilhaft erhält die Auswerteeinheit zusätzlich das Drehmoment und/oder den Öldruck der Antriebsmaschine und/oder den Luftdruck ausgangsseitig des

Kompressors als Eingabe und zieht diese Größen zur Ermittlung der Kenngröße heran. Diese Größen verfeinern die Bestimmung der Stärke von Schlägen zwischen ineinandergreifenden Zähnen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, unter Nutzung der ermittelten Kenngröße eine Prognose für die verbleibende Lebensdauer des Getriebes zu erstellen oder zu modifizieren. Dabei kann insbesondere vorteilhaft der Vergleich der Kenngröße und/oder mindestens eines Messsignals mit einer Spezifikation für die zulässige Belastung des Getriebes in die Ermittlung der Kenngröße und/oder der Prognose einbezogen sein. Es kann beispielsweise ein Integrator für die Kenngröße vorgesehen sein. Die

Auswerteeinheit kann den Wert des Integrators zur Ermittlung der Prognose heranziehen. Beispielsweise kann das Getriebe auf eine bestimmte Anzahl von Schlägen mit einer bestimmten Stärke ausgelegt sein. Es kann beispielsweise eine Art Guthaben aufweisen, von dem jeder einzelne Schlag einen durch seine Stärke festgelegten Betrag abbucht. Aus dem Stand des Guthabens und dem

durchschnittlichen Verbrauch an Guthaben pro Kilometer Fahrstrecke ergibt sich dann die voraussichtliche Restlaufzeit, bis das Getriebe gewartet werden muss. Eine entsprechende Instrumentenanzeige ist für den Fahrer des Fahrzeugs unmittelbar einsichtig und liefert ihm auch Hinweise, wie er durch optimierte Fahrweise das Wartungsintervall verlängern kann. So liegt es beispielsweise in seiner Hand, durch vorausschauendes Fahren unnötige Bremsvorgänge zu vermeiden oder

Bremsvorgänge in längeren Gefällen mit dem dafür vorgesehenen Dauerbremsen statt mit den Betriebsbremsen durchzuführen.

Vorteilhaft erhält die Auswerteeinheit zusätzlich das Messsignal mindestens eines im Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und dem Kompressor und/oder eingangsseitig des Kompressors angeordnete Temperatursensors als Eingabe und bezieht diese Eingabe in die Prognose ein. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die mechanische Festigkeit von Materialien, beispielsweise der Metalle für Zahnräder, stark temperaturabhängig ist. Sowohl bei sehr frostigen Temperaturen, die Metalle spröde machen, als auch bei sehr heißen Temperaturen, die Metalle weich machen, ist der Verschleiß unter der gleichen Belastung jeweils überdurchschnittlich. Der Temperatursensor kann beispielsweise zur Erfassung der Öl- und/oder Kühlmitteltemperatur der Antriebsmaschine ausgebildet sein. Ein einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die die ermittelte Kenngröße und/oder die Prognose als Eingabe erhält und mindestens eine Maßnahme zur Reduzierung der mechanischen Belastung des Getriebes einleitet, wenn der Wert der Kenngröße und/oder die Prognose eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Dabei können insbesondere sowohl die Auswerteeinheit als auch die elektronische Steuereinheit in bereits bestehende Steuergeräte des Fahrzeugs integriert sein, beispielsweise durch die Erweiterung der jeweiligen Firmware.

Es wurde erkannt, dass es Betriebszustände gibt, in denen der Getriebeverschleiß pro Zeiteinheit bzw. pro Fahrtstrecke weit überdurchschnittlich ist. Weiterhin haben Metalle häufig ein„Gedächtnis" in dem Sinne, dass sie nach einer einmal erlittenen Spitzenbelastung irreversibel verändert werden und fortan auch bei geringeren Belastungen schneller verschleißen. Das Abschneiden von Belastungsspitzen kann also unter Inkaufnahme nur geringer Einbußen an Kompressorleistung die

Lebensdauer des Getriebes wesentlich verlängern. Dabei kann die vorgegebene Bedingung insbesondere aus einer Spezifikation für die zulässige Belastung des Getriebes abgeleitet sein. Beispielsweise kann ein absoluter Maximalwert für die Stärke der Schläge zwischen Zahnradzähnen vorgegeben sein, der nicht überschritten werden darf. Es können auch Bedingungen mit dem Ziel vorgegeben sein, beispielsweise eine mehrwöchige Tour mit einer bestimmten Laufstrecke auf jeden Fall zu Ende führen zu können und erst nach Rückkehr eine Werkstatt aufzusuchen.

Die Maßnahme kann beispielsweise eine Reduzierung der Drehzahl des Kompressors und/oder der Antriebsmaschine, ein Abschalten oder Lastlosschalten des

Kompressors und/oder eine Änderung von Schwellwerten für den Systemdruck ausgangsseitig des Kompressors, bei deren Über- oder Unterschreiten der

Betriebszustand des Kompressors geändert wird, umfassen.

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Sämtliche Eingriffe in die Steuerung des Kompressors und/oder der

Antriebsmaschine können durch elektrische, mechanische, pneumatische, elektronische, elektromechanische oder elektropneumatische Verbindungen zur elektronischen Steuereinheit und entsprechende Stellglieder erfolgen. Die

Auswerteeinheit, die zugehörigen Sensoren sowie die elektronische Steuereinheit können aber auch beispielsweise an ein Fahrzeugbussystem, etwa an einen CAN- Bus, angeschlossen sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um existierende Sensoren und Stellglieder, die am Fahrzeug für ganz andere Zwecke bereits vorhanden sind, nunmehr auch zur Verringerung des Getriebeverschleißes zu nutzen. Es ist dann kein zusätzlicher Verkabelungsaufwand erforderlich. Bei der Durchführung von Maßnahmen zur Reduzierung der mechanischen

Belastung können Prioritäten gesetzt werden. Je nach Fahrzustand können einige Betriebsparameter wichtiger sein als andere; so kann etwa die Lieferung einer gleichbleibenden Luftmenge pro Zeiteinheit wichtiger sein als die Aufrechterhaltung des Drucks. Es kann dann beispielsweise der Druck reduziert und zugleich die Drehzahl des Kompressors erhöht werden, um bei reduzierter mechanischer

Belastung des Getriebes eine gleichbleibende Luftmenge pro Zeiteinheit zu fördern.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ausgangsseitig des Kompressors ein Lufttrockner angeordnet. Dieser schützt dann nicht nur in üblicher Weise die angeschlossenen Druckluftverbraucher vor Feuchtigkeit, sondern liefert im Rahmen der Erfindung einen zusätzlichen Parameter, der zur Reduzierung der Getriebebelastung genutzt werden kann. Die Aufnahmekapazität des

feuchtigkeitsabsorbierenden Materials im Lufttrockner bietet einen gewissen Spielraum in der Wahl des Zeitpunktes, zu dem der Lufttrockner regeneriert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der

Druckluftversorgungsanlage wird daher als Ausgleich für die Maßnahme zur Reduzierung der mechanischen Belastung eine Regeneration des Lufttrockners aufgeschoben. Auf diese Weise kann beispielsweise die Druckluftversorgung in einer erhöhten Bedarfssituation sichergestellt werden, ohne das Getriebe übermäßig zu verschleißen, indem mit reduzierter Leistung und dafür über einen längeren Zeitraum gefördert wird. Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt: Figur 1 Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Druckluftversorgungsanlage

Figur 2 schematische Darstellung der Ursache für Getriebeverschleiß. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Druckluftversorgungsanlage. Der Kompressor 3 wird von der Antriebsmaschine 1 des Fahrzeugs über ein Getriebe 2 angetrieben. Das Getriebe 2 umfasst ein antriebsseitiges Zahnrad 2a, das in ein abtriebsseitiges Zahnrad 2b eingreift. Der Kompressor saugt Luft über seinen Eingang 3a an und gibt sie in verdichteter Form an seinem Ausgang 3b aus. Dem Ausgang 3b sind ein Drucksensor 9 sowie ein

Lufttrockner 7 nachgeschaltet. Stromabwärts des Lufttrockners 7 wird die Druckluft den (in Figur 1 nicht dargestellten) Verbrauchern zugeführt.

An der Antriebsmaschine 1 ist ein Klopfsensor 4 angeordnet, der die vom

Kompressor 3 über die Abtriebswelle, das abtriebsseitige Zahnrad 2b, das antriebsseitige Zahnrad 2a und schließlich über die Antriebswelle in rückwärtiger Richtung auf die Antriebsmaschine 1 übertragenen Vibrationen registriert. Zusätzlich ist eingangsseitig des Kompressors ein Drucksensor 4a am Eingang 3a vorgesehen. Die Messsignale beider Sensoren werden über den Fahrzeugbus 8 der

Auswerteeinheit 5 zugeleitet. Auch der Drucksensor 9 ist an den Fahrzeugbus 8 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 5 ermittelt aus den aufgenommenen Messwerten eine Kenngröße für die mechanische Belastung des Getriebes 2 sowie eine Prognose für die verbleibende Lebensdauer des Getriebes. Beides wird über den Fahrzeugbus 8 an die elektronische Steuereinheit 6 weitergegeben. Die Steuereinheit 6 entscheidet auf der Grundlage parametrisierter Bedingungen darüber, welche Maßnahmen zur Reduzierung der Belastung des Getriebes 2 gegebenenfalls zu ergreifen sind. So kann beispielsweise die Drehzahl der Antriebsmaschine 1 durch ein entsprechendes, über den Fahrzeugbus 8 übertragenes Signal verlangsamt werden. Im Gegenzug kann das Signal, mit dem der Lufttrockner 7 in den Regenerationsmodus geschaltet wird, verzögert werden, um eine bestimmte geforderte Luftmenge in längerer Zeit mit reduzierter Belastung des Getriebes 2 liefern zu können.

Figur 2 verdeutlicht schematisch den Kontaktbereich, in dem im Getriebe 2 die Zahnräder 2a und 2b Kontakt zueinander haben. Um nicht zu blockieren, müssen die ineinandergreifenden Zähne ein von null verschiebendes Spiel zueinander haben. Dieses Spiel ist in Figur 2 stark übertrieben dargestellt und mit d bezeichnet.

Wechselt das zu übertragende Drehmoment zum Positiven, so bewegt sich das Zahnrad 2a relativ zum Zahnrad 2b in der mit„+" bezeichneten Richtung. Nachdem das Spiel d überwunden ist, schlagen die entsprechenden Flanken der Zahnräder 2a und 2b aneinander an. Wechselt das zu übertragende Drehmoment ins Negative, so bewegt sich das Zahnrad 2a relativ zu Zahnrad 2b in der umgekehrten, mit„-" bezeichneten Richtung. Dann schlagen in dieser Richtung Flanken der Zähne aneinander an. Das Verschleißproblem stellt sich speziell bei Kompressoren für Fahrzeuge, da diese zwecks Einsparung von Bauraum und Gewicht nur wenig überdimensioniert werden. Sie müssen daher häufig mit hoher Drehzahl laufen, was vielen Schlägen der Zahnradzähne gegeneinander entspricht. Bezugszeichen liste

1 Antriebsmaschine

2 Getriebe

2a antriebsseitiges Zahnrad des Getriebes 2

2b abtriebsseitiges Zahnrad des Getriebes 2

3 Kompressor

3a Eingang des Kompressors 3

3b Ausgang des Kompressors 3

4 Klopfsensor an der Antriebsmaschine 1

4a Drucksensor am Eingang 3a des Kompressors 3

5 Auswerteeinheit

6 elektronische Steuereinheit

7 Lufttrockner

8 Fahrzeugbus

9 Drucksensor am Ausgang 3 b des Kompressors 3