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Title:
COMPRESSOR DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/138143
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a compressor device comprising at least one first and one second compressor (1, 2), wherein the compressor device has at least two operating modes. Based thereon, a compressor device having at least one first and second compressor is disclosed, allowing a significantly greater pressure medium delivery quantity with comparable effort relative to known compressor devices. To this end, the first and second compressors (1, 2) can be operated in a first operating mode in the manner of a parallel circuit, such that the compressible medium fed into the second compressor (2) is independent of the medium output by the first compressor (1), and the first and second compressors (1, 2) can be operated in a second operating mode in the manner of a series circuit, such that the second compressor (2) receives and further compresses compressible medium already compressed by the first compressor (1).

Inventors:
GOHLISCH, Klaus (Ruesterburg 3, Hannover, 30173, DE)
HÖLZEL, Folkhard (Alfelder Str. 13, Banteln, 31029, DE)
Application Number:
EP2009/001169
Publication Date:
November 19, 2009
Filing Date:
February 19, 2009
Export Citation:
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Assignee:
WABCO GMBH (Am Lindener Hafen 21, Hannover, 30453, DE)
GOHLISCH, Klaus (Ruesterburg 3, Hannover, 30173, DE)
HÖLZEL, Folkhard (Alfelder Str. 13, Banteln, 31029, DE)
International Classes:
F04B41/06; F04C11/00; F04C14/26
Attorney, Agent or Firm:
LAUERWALD, Jörg (WABCO GmbH, Postfach 91 12 62, Hannover, null, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Kompressoreinrichtung mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Kompressor (1 , 2), wobei die Kompressoreinrichtung wenigstens zwei Betriebsarten mit folgenden Merkmalen aufweist:

a) In einer ersten Betriebsart sind der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) nach Art einer Parallelschaltung betreibbar, derart, dass das dem zweiten Kompressor (2) zugeführte kompressible Medium unabhängig von dem von dem ersten Kompressor (1) abgegebenen Medium ist,

b) in einer zweiten Betriebsart sind der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) nach Art einer Reihenschaltung betreibbar, derart, dass der zweite Kompressor (2) von dem ersten Kompressor (1) bereits verdichtetes kompressibles Medium aufnimmt und weiter verdichtet.

2. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kompressor (1 , 2) als Kolbenkompressor ausgebildet ist.

3. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoreinrichtung als Zweizylinderkompressor ausgebildet ist.

4. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kompressible Medium aus der Atmosphäre stammende Luft ist.

5. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart dem ersten und dem zweiten Kompressor (1 , 2) das kompressible Medium auf gleichem Druckniveau zugeführt wird.

6. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) das verdichtete Medium auf dem gleichen Druckniveau abgeben.

7. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart mittels einer Ventileinrichtung (3, 4) erfolgt.

8. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3, 4) von einer elektronischen Steuereinrichtung (13) elektrisch betätigbar ist.

9. Kompressoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3, 4) druckmittelbetätigbar ist.

10. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (3, 4) in die Kompressoreinrichtung integriert ist oder an diese angebaut ist.

11. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart erfolgt, sobald das ausgangsseitige Druckniveau des zweiten Kompressors (2) einen vorbestimmten Druckwert erreicht oder überschreitet.

12. Kompressoreinrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, die die Umschaltung zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart steuert.

Description:

Kompressoreinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kompressoreinrichtung mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Kompressor gemäß dem Patentanspruch 1.

Kompressoreinrichtungen mit einem ersten und einem zweiten Kompressor sind beispielsweise als so genannte zweistufige Kompressoren bekannt, z. B. aus der DE 1 815 163 oder der DE 1 686 214. Derartige zweistufige Kompressoren werden insbesondere zur Erzeugung eines hohen Verdichtungsenddrucks verwandt. Hierbei wird eine erste Verdichtung des Druckmittels von einer ersten Kompressorstufe bewirkt und dessen verdichtetes Druckmittel der zweiten Kompressorstufe zur Weiterverdichtung zugeführt.

Zweistufige Kompressoren weisen konzeptbedingt einen relativ geringen Druckmitteldurchsatz auf, gemessen am erforderlichen Bauraum und am Gewicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kompressoreinrichtung mit wenigstens einem ersten und zweiten Kompressor anzugeben, die bei gegenüber bekannten Kompressoreinrichtungen vergleichbarem Aufwand eine nennenswert größere Druckmittel-Fördermenge erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, durch die Möglichkeit, den ersten und den zweiten Kompressor wahlweise sowohl nach Art einer Parallelschaltung als auch nach Art einer Reihenschaltung zu betreiben, die Vorteile der einstufigen Kom-

pression mit denen der zwei- oder mehrstufigen Kompression zu kombinieren. Die einstufige Kompression ermöglicht große Fördermengen des Druckmittels. Insbesondere bei Einsatz der erfindungsgemäßen Kompressoreinrichtung in einer Druckluftanlage eines Fahrzeuges hat dies den Vorteil, dass beim Start des Fahrzeuges die Druckluftvorratsbehälter relativ schnell aufgefüllt werden können, so dass das Fahrzeug schnell einsatzbereit ist, was dem Fahrzeuganwender Zeit und Kosten spart. Vorteile der zwei- oder mehrstufigen Kompression sind, neben der Erzeugung eines höheren Druckniveaus, eine geringere Verdichtungsendtemperatur und somit eine verminderte ölzersetzung des zur Schmierung verwendeten öls sowie eine Reduzierung des ölverbrauchs der Kompressoreinrichtung. Hieraus reduziert eine gegenüber der einstufigen Kompression verbesserte Luftqualität. Ein weiterer Vorteil bei der zwei- oder mehrstufigen Kompression besteht darin, dass der Liefergrad der Kompressoreinrichtung höher ist als bei der einstufigen Kompression. Der Liefergrad bezeichnet den Quotienten aus der tatsächlich geförderten Luftmenge und der konstruktionsbedingt theoretisch förderbaren Luftmenge.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. So kann die Erfindung bereits mit zwei Kompressoren vorteilhaft realisiert werden. Eine Erweiterung um einen weiteren Kompressor ist ohne großen Aufwand möglich. Dann ist in der ersten Betriebsart sind der weitere Kompressor nach Art einer Parallelschaltung parallel zu dem ersten und dem zweiten Kompressor betreibbar, derart, dass das dem weiteren Kompressor zugeführte kompressible Medium unabhängig von dem von dem ersten und dem zweiten Kompressor abgegebenen Medium ist. In der zweiten Betriebsart sind der erste, der zweite und der weitere Kompressor nach Art einer Reihenschaltung betreibbar, derart, dass der weitere Kompressor von dem zweiten Kompressor bereits verdichtetes kompressibles Medium aufnimmt und weiter verdichtet. Auf die gleiche Weise ist eine Erweiterung auf weitere Kompressoren vorteilhaft möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für die Umschaltung zwischen der ersten Betriebsart (Parallelschaltung) und der zweiten Betriebsart (Reihenschaltung) eine Ventileinrichtung vorgesehen. Hierdurch ist mit geringem Aufwand die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten realisierbar.

Die Ventileinrichtung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als von einer elektronischen Steuereinrichtung elektrisch betätigbare Ventileinrichtung ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass die Kriterien für das Umschalten zwischen den Betriebsarten unter Berücksichtigung verschiedensteter Eingangssignale der elektronischen Steuereinrichtung festlegbar sind, wodurch eine optimierte, an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasste Druckmittelförderung ermöglicht wird.

Die Erfindung erlaubt es, zu jedem gewünschten Zeitpunkt von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart und umgekehrt umzuschalten. So kann z.B. eine Umschaltung in die zweite Betriebsart mit den damit verbundenen Vorteilen erfolgen, sobald eine Verbesserung der Luftqualität sinnvoll oder erforderlich erscheint. Beispielsweise kann die Umschaltung durch ein externes Signal ausgelöst werden, das der Kompressoreinrichtung von einer elektronisch gesteuerten Luftaufbereitungsanlage zugeführt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Umschaltung von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart, sobald das ausgangsseitige Druckniveau des zweiten Kompressors einen vorbestimmten Druckwert erreicht oder überschreitet. Hierdurch ist es möglich, in Fällen, in denen große Druckmittelfördermengen erforderlich sind, z. B. bei einem schnellen Auffüllen von Druckmittelvorratsbehältern beim Start des Fahrzeuges, die erforderliche große Fördermenge zur Verfügung zu stellen, bis der Druckluftbehälter auf einen für den Fahrzeugstart ausreichendes Druckniveau gefüllt wurde. Sodann kann bei Erreichen dieses Drucks auf die zweite Betriebsart mit den damit verbundenen Vorteilen umgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Nennung weiterer Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen drei vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kompressoreinrichtung in schematischer Form. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet.

In einer ersten Betriebsart sind der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) nach Art einer Parallelschaltung betreibbar. Hierbei ist das dem zweiten Kompressor (2) zugeführte kompressible Medium, d. h. die Luft, unabhängig von dem von dem ersten Kompressor (1) abgegebenen Medium. In einer zweiten Betriebsart sind der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) nach Art einer Reihenschaltung betreibbar. Hierbei nimmt der zweite Kompressor (2) das von dem ersten Kompressor (1) bereits verdichtete kompressible Medium auf und verdichtet dieses weiter.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein Ansauganschluss eines ersten Kompressors (1) über einen Luftfilter (5) mit der Atmosphäre verbunden. Der erste Kompressor (1) ist über eine schematisch dargestellte Antriebswelle antreibbar, z.B. von einem Fahrzeugmotor. Im Betrieb saugt der erste Kompressor (1) über den Luftfilter (5) Luft aus der Atmosphäre an, verdichtet diese und gibt sie über einen Druckluft-Ausgangsanschluss an ein erstes Ventil (4) ab. Das erste Ventil (4) ist Bestandteil einer Ventileinrichtung (3, 4) zur Um- schaltung zwischen der ersten und zweiten Betriebsart der Kompressoreinrichtung. Das erste Ventil (4) ist als pneumatisch betätigbares 3/2-Wegeventil ausgebildet und dient zur Umschaltung des Druckluft-Ausgangsanschlusses des ersten Kompressors (1) in Abhängigkeit von der ersten bzw. der zweiten Betriebsart. Hierfür weist das erste Ventil (4) einen ersten Ausgangsanschluss auf, der über einen Zwischenkühler (11) mit einem Ansauganschluss eines zweiten Kompressors (2) verbunden ist. Ein zweiter Ausgangsanschluss des ersten Ventils (4) ist über eine Druckluftleitung (7) mit der einem Druckluft-Ausgangsanschluss des zweiten Kompressors (2) verbunden. Durch eine Umschaltung

des ersten Ventils (4) kann der Druckluft-Ausgangsanschluss des ersten Kompressors (1) wahlweise mit dem Ansauganschluss des zweiten Kompressors (2) oder mit dessen Druckluft-Ausgangsanschluss - und damit mit einer Druckluft- Abgabeleitung (8) der Kompressoreinrichtung - verbunden werden.

Der Ansauganschluss des zweiten Kompressors (2) ist zusätzlich über eine Druckluftleitung (6) mit einem als pneumatisch gesteuerten 2/2-Wegeventil ausgebildeten zweiten Ventil (3) verbunden, das weiterer Bestandteil der Ventileinrichtung (3, 4) ist. Das zweite Ventil (3) verbindet den Ansauganschluss des zweiten Kompressors (2) in der ersten Betriebsart über den Filter (5) mit der Atmosphäre und ermöglicht hierdurch eine direkt Ansaugung von Luft aus der Atmosphäre. In der ersten Betriebsart ist das erste und das zweite Ventil (3, 4) unbetätigt, was zur Folge hat, dass der Ansauganschluss des zweiten Kompressors (2) über das Ventil (4) von dem Druckluft-Ausgangsanschluss des ersten Kompressors (1) getrennt ist und stattdessen Luft über die Druckluftleitung (6), das zweite Ventil (3) und den Luftfilter (5) ansaugt. Der erste Kompressor (1) gibt dabei die Druckluft über das erste Ventil (4) und die Druckluftleitung (7) direkt in die Druckluft-Abgabeleitung (8) ab.

In der zweiten Betriebsart ist das erste und das zweite Ventil (3, 4) betätigt, was zur Folge hat, dass der Ansauganschluss des zweiten Kompressors (2) über das Ventil (4) mit dem Druckluft-Ausgangsanschluss des ersten Kompressors (1) verbunden ist und die von dem ersten Kompressor (1) abgegebene, bereits verdichtete Druckluft über das erste Ventil (4) und den Zwischenkühler (11) ansaugt.

Der Zwischenkühler (11) dient einer Abkühlung der aufgrund des Kompressionsvorganges auf höherem Temperaturniveau abgegebenen Druckluft. Durch die Kühlung kann der Wirkungsgrad der zweiten Kompressorstufe verbessert werden, indem zumindestens annähernd eine isotherme Verdichtung erfolgt. Insgesamt erfolgt eine Absenkung des Gesamttemperaturniveaus, wodurch

schädliche relativ hohe Verdichtungsendtemperaturen in jeder der Kompressorstufen vermieden werden.

Die Druckluft-Abgabeleitung (8) ist mit einem Druckluftvorratsbehälter (9) verbunden, der zur Speicherung der erzeugten Druckluft dient. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 , in der druckmittel-betätigbare Ventile (3, 4) verwendet werden, sind deren Druckmittel-Steuereingänge über eine Druckluftleitung (10) mit dem Druckluftvorratsbehälter (9) verbunden. Sobald das Druckniveau in dem Druckluftvorratsbehälter (9) einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet, bewirkt dieser Druck über die Druckluftleitung (10) eine Umschaltung der Ventile (3, 4) und damit eine Umschaltung der Kompressoreinrichtung von der ersten in die zweite Betriebsart.

In der Fig. 2 wird die erfindungsgemäße Kompressoreinrichtung in einer Ausführungsform dargestellt, bei der die Ventileinrichtung (3, 4) von einer elektronischen Steuereinrichtung (13) elektrisch betätigbar ist. Das erste und das zweite Ventil (3, 4) sind beispielsweise über jeweils einen Elektromagneten betätigbar. Die elektrische Betätigung erfolgt dabei über eine elektrische Leitung (12). Die elektronische Steuereinrichtung (13) ist zudem über eine elektrische Leitung (15) mit einem Drucksensor (14) verbunden, der den Druck in dem Druckluftvorratsbehälter (9) erfasst. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überwacht die elektronische Steuereinrichtung (13) den mittels des Drucksensors (14) erfassten Druckwert und bewirkt durch elektrische Betätigung der Ventileinrichtung (3, 4) eine Umschaltung von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart, sobald der Druckwert anzeigt, dass das Druckniveau in dem Druckluftvorratsbehälter (9) einen vorbestimmten Druckwert erreicht oder überschreitet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfasst die elektronische Steuereinrichtung (13) zusätzlich den Luftverbrauch der mit dem Druckluftvorratsbehälter (9) verbundenen Druckluftanlage, beispielsweise durch Beobachtung des zeitlichen Verlaufs des Signals des Drucksensors (14). Bei

kurzzeitig erhöhtem Luftverbrauch schaltet die elektronische Steuereinrichtung (13) dann durch elektrische Betätigung der Ventileinrichtung (3, 4) die Kompressoreinrichtung in die erste Betriebsart, um den erhöhten Luftbedarf zu decken.

Die elektronische Steuereinrichtung (13) ist des Weiteren über eine Schnittstelle mit weiteren elektronischen Geräten in einem Fahrzeug verbunden. Die Schnittstelle wird in der Fig. 2 sowie in der Fig. 3 durch eine Leitung (19) symbolisiert. Die Schnittstelle kann bspw. als Datenkommunikations-Bussystem, z. B. ein CAN-Bussystem, ausgebildet sein. über die Schnittstelle empfängt die elektronische Steuereinrichtung Signale anderer Einrichtungen in dem Fahrzeug, bspw. von einem elektronisch gesteuerten Lufttrockner oder einer elektronisch gesteuerten Luftaufbereitungseinrichtung. Von diesen Einrichtungen wird bspw. eine Information über den Luftbedarf der Druckluftanlage in dem Fahrzeug gegeben, sodass die elektronische Steuereinrichtung (13) abhängig von den Informationen über den Luftbedarf die erste oder die zweite Betriebsart auswählen kann. Eine weitere Information, die die elektronische Steuereinrichtung (13) über die Schnittstelle empfängt, kann bspw. eine Information über den Feuchtigkeitsgehalt der Druckluft bzw. den Feuchtigkeitsgehalt des Lufttrockners sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schaltet die elektronische Steuereinrichtung (13) die Kompressoreinrichtung in die erste Betriebsart um, wenn das feuchte Signal einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet. In diesem Fall kann durch die einstufige Kompression schneller eine große Luftmenge gefördert werden, sodass ein gewisser Luftvorrat in den Druckluftvorratsbehälter (9) aufgebaut werden kann. Hierdurch kann die Einschaltdauer der Kompressoreinrichtung verkürzt werden, und es steht früher Zeit zum Regenieren des Lufttrockners zur Verfügung.

In Fig. 3 ist die Kompressoreinrichtung gemäß Fig. 2 gezeigt, wobei die von dem ersten Kompressor (1) erzeugte Druckluft in der zweiten Betriebsart über die Druckluftleitung (7) nicht, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, der Druckluft-Ab-

gabeleitung (8) zugeführt wird, sondern einem weiteren Druckluftvorratsbehälter (16). Der weitere Druckluftvorratsbehälter (16) ist beispielsweise als Vorratsbehälter für einen Niederdruckkreis ausgelegt, während der Druckluftvorratsbehälter (9) den Druckluftvorrat für einen Hochdruckkreis speichert. Gemäß Fig. 3 wird der Druck in dem weiteren Druckluftvorratsbehälter (16) über einen weiteren Drucksensor (17) erfasst. Der Drucksensor (17) gibt ein Drucksignal über eine elektrische Leitung (18) an die elektronische Steuereinrichtung (13) ab. Die elektronische Steuereinrichtung (13) ist derart programmiert, dass sie die Druckwerte in beiden Vorratsbehältern (9, 16) erfasst und bei Unterschreiten eines jeweiligen Mindestwertes die Kompressoreinrichtung in die jeweils geeignete Betriebsart schaltet, die eine Auffüllung des einen zu geringen Druck aufweisenden Druckluftvorratsbehälters (9, 16) erlaubt. Es ist vorteilhaft, für eine Auffüllung des weiteren Druckluftvorratsbehälters (16) die Kompressoreinrichtung in der ersten Betriebsart zu betreiben. Die Auffüllung des Druckluftvorratsbehälters (9) kann bis zu einem bestimmten Druckniveau in der ersten Betriebsart erfolgen. Sofern ein höheres Druckniveau erforderlich ist, erkennt dies die elektronische Steuereinrichtung (13) und schaltet die Kompressoreinrichtung in die zweite Betriebsart um.

Die Erfindung kann generell und in allen dargestellten Ausführungsformen auch derart eingesetzt werden, dass der erste und der zweite Kompressor (1 , 2) die ihnen in der ersten Betriebsart jeweils zugeführte Luft nicht aus derselben Quelle, d. h. über den Luftfilter (5), beziehen, sondern auch aus verschiedenen Luftquellen. Vorteilhaft ist z. B. eine Weiterverarbeitung von Druckluft aus anderen Druckmittelkreisen einer größeren Druckmittelanlage.