System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Schraubenkompressoren für Nutzfahrzeuge bekannt. Derartige Schraubenkompressoren werden verwendet, um die notwendige Druckluft für beispielsweise das Bremssystem des Nutzfahrzeugs bereitzustellen.

In diesem Zusammenhang sind insbesondere Ol befüllte Kompressoren, insbesondere auch Schraubenkompressoren bekannt, bei denen sich als Aufgabe stellt, die

Öltemperatur zu regulieren. Dies wird in der Regel dadurch bewerkstelligt, dass ein externer Ölkühler vorhanden ist, der mit dem Öl befüllten Kompressor und dem Ölkreislauf über ein Thermostatventil verbunden ist. Der Ölkühler ist dabei ein

Wärmetauscher, der zwei voneinander getrennte Kreisläufe aufweist, wobei der erste Kreislauf für die heiße Flüssigkeit, also das Kompressoröl, vorgesehen ist und der zweite für die Kühlflüssigkeit. Als Kühlflüssigkeit können beispielsweise Luft,

Wassergemische mit einem Frostschutzmittel oder einem anderen öl verwendet werden.

Dieser Ölkühler muss sodann mit dem Kompressorölkreislauf über Rohre oder Schläuche verbunden werden und der Ölkreislauf muss gegen Leckagen gesichert werden.

Dieses externe Volumen muss des Weiteren mit Öl befüllt werden, so dass auch die Gesamtmenge an öl vergrößert wird. Dadurch wird die Systemträgheit vergrößert. Darüber hinaus muss der Ölkühler mechanisch untergebracht und befestigt werden, entweder durch umliegend befindliche Halterungen oder durch eine gesonderte Halterung, was zusätzliche Bestigungsmittel, aber auch Bauraum benötigt. Aus der US 4,780,061 ist bereits ein Schraubenkompressor mit einer integrierten Ölkühlung bekannt.

Des Weiteren offenbart die DE 37 17493 A1 eine in einem kompakten Gehäuse angeordnete Schraubenverdichter-Anlage, die einen Ölkühler auf dem Elektromotor des Schraubenkompressors aufweist.

Aus der DE 10 2010 015 151 A1 ist ein Verdichterflansch für einen Schraubenverdichter bekannt.

Weiter ist aus der US 2014/0190674 A1 ein Verbindungsflansch für einen

Wärmetauscher eines Kraftfahrzeuges bekannt, der Kühlkanäle aufweist.

Aus der DE 102013011 061 B3 ist weiter ein Wärmetauscher mit einer

Flanschverbindung bekannt, wobei die Flanschverbindung einen Anschlussflansch aufweist, der ein Druckgussteil ist und gießtechnisch hergestellte Durchgangslöcher zur Aufnahme von Schraubbolzen aufweist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass eine platzsparende

Kühlmöglichkeit für ein gattungsgemäßes System bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System für ein Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass ein System für ein Nutzfahrzeug einen Schraubenkompressor sowie einen Elektromotor umfasst, wobei der Elektromotor den Schraubenkompressor antreibt, und wobei der Elektromotor mit dem

Schraubenkompressor mittels eines Flansches verbunden ist, wobei der Flansch wenigstens einen Kühlanschluss aufweist und wobei im Flansch wenigstens ein

Kühlkanal vorgesehen ist. Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, eine platzsparende Kühlmöglichkeit dadurch zu schaffen, dass ein Verbindungselement zwischen Schraubenkompressor und Elektromotor vorgesehen ist, das gekühlt wird. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, eine Luftkühlung des Elektromotors und des Schraubenkompressors vorzusehen. Vielmehr wird direkt an der Stelle, an der mit die meiste Wärmeentwicklung des Systems vorliegt, gezielt eine Kühlmöglichkeit geschaffen. Durch die Anordnung des Flansches zwischen Elektromotor und Schraubenkompressor sowie der Tatsache, dass im Flansch wenigstens ein Kühlkanai vorgesehen wird, kann eine Kühlung mit einem geeigneten Kühlfluid ermöglicht werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Flansch ein gesondertes Bauteil ist. Dadurch wird es möglich, entsprechende Kühlkanalgeometrien einfach im Flansch vorsehen zu können. Sowohl der Schraubenkompressor als auch der Elektromotor können dabei im Hinblick auf die mechanische Schnittstelle, d.h. die entsprechenden Flansche standardmäßig ausgeführt sein bzw. bleiben und bedürfen keiner

Modifikation.

Im Flansch kann die Antriebsachse zum Antrieb des Schraubenkompressors durch den Elektromotor geführt sein. Die dort entstehende Wärme kann somit über den Flansch einfach abgeführt werden.

Bei dem Kühlfluid für den Flansch kann es sich um ein Kühlfluid auf Wasserbasis, insbesondere um Kühlwasser oder eine Mischung aus Wasser und einer weiteren Komponente, wie z.B. Methylen Gluckol oder ein anderes geeignetes Frostschutzmittel handeln.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Schraubenkompressor zur

Drucklufterzeugung dient. Insbesondere kann es sich dabei um einen

Schraubenkompressor handeln, der zur Druckluftversorgung einer pneumatischen Bremsanlage eines Nutzfahrzeugs dient. Durch das Vorsehen eines

Schraubenkompressors mit einem Elektromotor wird es möglich, ein derartiges System im Hybridfahrzeug im Nutzfahrzeugbereich zu ermöglichen. Ein hocheffizientes System kann bereitgestellt werden. Der Elektromotor kann einen Elektromotorflansch aufweisen, der für die Verbindung mit dem Flansch vorgesehen ist. Der Elektromotorflansch kann dabei ein standardmäßig ausgeführter Elektromotorflansch des Elektromotors sein. Eine Anpassung ist somit nicht erforderlich, was eine kostengünstige Lösung ermöglicht.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal des Flansches in Richtung auf den Elektromotorflansch im montierten Zustand geöffnet ist. Hierdurch wird ein direkter Kontakt des Kühlfluids mit zumindest dem Teil des Elektromotorflansches ermöglicht. Dadurch kann eine effiziente Wärmeabfuhr von Wärme aus dem Elektromotor über den Elektromotorflansch und das Kühlfluid im Kühlkanal des Flansches ermöglicht werden.

Die Dichtung des Kühlkanals kann durch den Zusammenbau von Elektromotorflansch und Flansch erst Im montierten Zustand realisiert werden. Hierdurch wird einfach realisiert, dass das Kühlfluid im montierten Zustand des Systems in direkten Kontakt zumindest mit Teilen des Elektromotorflansches kommen soll und kann.

Insbesondere kann weiter vorgesehen sein, dass der Elekromotor keinen gesonderten Kühlkanal und/oder Kühlmittelanschlüsse aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Elektromotor keine gesonderten Anpassungen benötigt, was eine kostengünstige Herstellung und Montage des Systems ermöglicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den

Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System für ein

Nutzfahrzeug umfassend einen Schraubenkompressor sowie einen

Elektromotor;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf das System im montierten Zustand; und Fig. 3a, b perspektivische Ansichten auf den Flansch zwischen

Schraubenkompressor und Elektromotor.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Schraubenkompressor 10 im Sinne eines Ausführungsbeispiels für die vorliegende Erfindung.

Der Schraubenkompressor 10 weist einen Befestigungsflansch 12 zur mechanischen Befestigung des Schraubenkompressors 10 an einem hier nicht näher gezeigten Elektromotor auf.

Gezeigt ist jedoch die Eingangswelle 14, über die das Drehmoment vom Elektromotor auf eine der beiden Schrauben 16 und 18, nämlich die Schraube 16 übertragen wird.

Die Schraube 18 kämmt mit der Schraube 16 und wird über diese angetrieben.

Der Schraubenkompressor 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem die wesentlichen Komponenten des Schraubenkompressors 10 untergebracht sind.

Das Gehäuse 20 ist mit Öl 22 befüllt.

Lufteingangsseitig ist am Gehäuse 20 des Schraubenkompressors 10 ein

Einlassstutzen 24 vorgesehen. Der Einlassstutzen 24 ist dabei derart ausgebildet, dass an ihm ein Luftfilter 26 angeordnet ist. Außerdem ist radial am Lufteinlassstutzen 24 ein Lufteinlass 28 vorgesehen.

Im Bereich zwischen Einlassstutzen 24 und der Stelle, an dem der Einlassstutzen 24 am Gehäuse 20 ansetzt, ist ein federbelasteter Ventileinsatz 30 vorgesehen, hier als Axialdichtung ausgeführt. Dieser Ventileinsatz 30 dient als Rückschlagventil.

Stromabwärts des Ventileinsatzes 30 ist ein Luftzuführkanal 32 vorgesehen, der die Luft den beiden Schrauben 16, 18 zuführt. Ausgangsseitig der beiden Schrauben 16, 18 ist ein Luftauslassrohr 34 mit einer Steigleitung 36 vorgesehen. Im Bereich des Endes der Steigleitung 36 ist ein Temperaturfühler 38 vorgesehen, mittels dessen die Öltemperatur überwachbar ist.

Weiter vorgesehen ist im Luftauslassbereich ein Halter 40 für ein Luftentölelement 42. Der Halter 40 für das Luftentölelement weist im montierten Zustand im dem Boden zugewandten Bereich (wie auch in Fig. 1 gezeigt) das Luftentölelement 42 auf.

Weiter vorgesehen ist im Inneren der Luftentölelement 42 ein entsprechendes Filtersieb bzw. bekannte Filter- und ölabscheidevorrichtungen 44, die nicht näher im Einzelnen spezifiziert werden.

Im zentralen oberen Bereich, bezogen auf den montierten und betriebsfertigen Zustand (also wie in Fig. 1 gezeigt), weist der Halter für das Luftentölelement 40 eine

Luftausgangsöffnung 46 auf, die zu einem Rückschlagventil 48 und einem

Mindestdruckventil 50 führen. Das Rückschlagventil 48 und das Mindestdruckventil 50 können auch in einem gemeinsamen, kombinierten Ventil ausgebildet sein.

Nachfolgend des Rückschlagventils 48 ist der Luftauslass 51 vorgesehen. Der Luftauslass 51 ist mit entsprechend bekannten Druckluftverbrauchern in der Regel verbunden.

Um das im Luftentölelement 42 befindliche und abgeschiedene Öl 22 wieder in das Gehäuse 20 zurückzuführen, ist eine Steigleitung 52 vorgesehen, die ausgangs des Halters 40 für das Luftentölelement 42 beim Übertritt in das Gehäuse 20 ein Filter- und Rückschlagventil 54 aufweist. Stromabwärts des Filter- und Rückschlagventils 54 ist in einer Gehäusebohrung eine Düse 56 vorgesehen. Die Ölrückführleitung 58 führt zurück in etwa den mittleren Bereich der Schraube 16 oder der Schraube 18, um dieser wieder Öl 22 zuzuführen. Im im montierten Zustand befindlichen Bodenbereich des Gehäuses 20 ist eine ölablassschraube 59 vorgesehen. Über die Ölablassschraube 59 kann eine

entsprechende Ölablauföffnung geöffnet werden, über die das öl 22 abgelassen werden kann. Im unteren Bereich des Gehäuses 20 ist auch der Ansatz 60 vorhanden, an dem der Ötfilter 62 befestigt wird. Über einen Ölfiltereinlasskanal 64, der im Gehäuse 20 angeordnet ist, wird das öl 22 zunächst zu einem Thermostatventil 66 geleitet.

Anstelle des Thermostatventils 66 kann eine Steuerungs- und/oder

Regelungseinrichtung vorgesehen sein, mittels derer die öltemperatur des im Gehäuse 20 befindlichen Öls 22 überwachbar und auf einen Sollwert einstellbar ist.

Stromabwärts des Thermostatventils 66 ist sodann der öleinlass des ötfilters 62, der über eine zentrale Rückführleitung 68 das öl 22 wieder zurück zur Schraube 18 oder zur Schraube 16, aber auch zum ölgeschmierten Lager 70 der Welle 14 führt. Im Bereich des Lagers 70 ist auch eine Düse 72 vorgesehen, die im Gehäuse 20 im Zusammenhang mit der Rückführleitung 68 vorgesehen ist.

Der Kühler 74 ist am Ansatz 60 angeschlossen.

Im oberen Bereich des Gehäuses 20 (bezogen auf den montierten Zustand) befindet sich ein Sicherheitsventil 76, über das ein zu großer Druck im Gehäuse 20 abgebaut werden kann. Vor dem Mindestdruckventil 50 befindet sich eine Bypassleitung 78, die zu einem Entlastungsventil 80 führt. Über dieses Entlastungsventil 80 das mittels einer

Verbindung mit der Luftzuführung 32 angesteuert wird kann Luft in den Bereich des Lufteinlasses 28 zurückgeführt werden. In diesem Bereich kann ein nicht näher gezeigtes Entlüftungsventil und auch eine Düse (Durchmesserveringerung der zuführenden Leitung) vorgesehen sein.

Darüber hinaus kann ungefähr auf Höhe der Leitung 34 in der Außenwand des Gehäuses 20 ein Öllevelsensor 82 vorgesehen sein. Dieser Öllevelsensor 82 kann beispielsweise ein optischer Sensor sein und derart beschaffen und eingerichtet, dass anhand des Sensorsignals erkannt werden kann, ob der Ölstand im Betrieb oberhalb des öllevelsensors 82 ist oder ob der öllevelsensor 82 frei liegt und hierdurch der ölstand entsprechend gefallen ist.

Im Zusammenhang mit dieser Überwachung kann auch eine Alarmeinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Fehlermeldung oder Warnmeldung an den Nutzer des Systems ausgibt bzw. weiterleitet. Die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Schraubenkompressors 10 ist dabei wie folgt:

Luft wird über den Lufteinlass 28 zugeführt und gelangt über das Rückschlagventil 30 zu den Schrauben 16, 18, wo die Luft komprimiert wird. Das komprimierte Luft-Öl- Gemisch, das mit einem Faktor zwischen 5- bis 16facher Komprimierung nach den Schrauben 16 und 18 durch die Auslassleitung 34 über das Steigrohr 36 aufsteigt, wird direkt auf den Temperaturfühler 38 geblasen.

Die Luft, die noch teilweise ölpartikel trägt, wird sodann über den Halter 40 in das Luftentölelement 42 geführt und gelangt, sofern der entsprechende Mindestdruck erreicht wird, in die Luftauslassleitung 51.

Das im Gehäuse 20 befindliche öl 22 wird über den Ölfilter 62 und ggf. über den Wärmetauscher 74 auf Betriebstemperatur gehalten.

Sofern keine Kühlung notwendig ist, wird der Wärmetauscher 74 nicht verwendet und ist auch nicht zugeschaltet. Die entsprechende Zuschaltung erfolgt über das Thermostatventil 68. Nach der

Aufreinigung im ölfilter 64 wird über die Leitung 68 Öl der Schraube 18 oder der Schraube 16, aber auch dem Lager 72 zugeführt. Die Schraube 16 oder die Schraube 18 wird über die Rückführleitung 52, 58 mit öl 22 versorgt, hier erfolgt die Aufreinigung des Öls 22 im Luftentölelement 42.

Über den nicht näher gezeigten Elektromotor, der sein Drehmoment über die Welle 14 auf die Schraube 16 überträgt, die wiederum mit der Welle 18 kämmt, werden die Schrauben 16 und 18 des Schraubenkompressors 10 angetrieben.

Über das nicht näher gezeigte Entlastungsventil 80 wird sichergestellt, dass im Bereich der Zuleitung 32 nicht der hohe Druck, der im Betriebszustand beispielsweise

ausgangsseitig der Schrauben 16, 18 herrscht, eingesperrt werden kann, sondern dass insbesondere beim Anlaufen des Kompressors im Bereich der Zuleitung 32 stets ein niedriger Eingangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, besteht. Andernfalls würde mit einem Anlaufen des Kompressors zunächst ein sehr hoher Druck ausgangsseitig der Schrauben 16 und 18 entstehen, der den Antriebsmotor überlasten würde.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Blick auf ein erfindungsgemäßes

Ausführungsbeispiel des Gesamtsystems 1 mit dem Elektromotor 5 und dem

Schraubenkompressor 10.

Fig. 3a und Fig. 3b zeigen perspektivische Ansichten auf den Flansch 12 zwischen Schraubenkompressor 10 und Elektromotor 5.

Als Verbindungsteil zwischen Schraubenkompressor 10 und Elektromotor 5 befindet sich in der Mitte der Flansch 12.

Der Flansch 12 ist dabei als gesondertes Bauteil ausgebildet, das zwischen dem

Schraubenkompressor 10 und dem Elektromotor 5 angeordnet ist.

Die Antriebswelle 14 ist dabei durch die zentrale Öffnung 100 des Flansches 12 geführt. Der Flansch 12 weist einen KOhlkanal 102 auf.

Der KOhlkanal 102 des Flansches 12 ist dabei, wie auch im Detail in Fig. 3a ersichtlich, in Richtung Elektromotorflansch bezogen auf die montierte Anordnung geöffnet ist.

Die Dichtung des Kühlkanals 102 wird erst durch Zusammenbau von

Elektromotorflansch und Flansch 12 im montierten Zustand ausgebildet.

Der Elektromotor 5 bzw. der Elektromotorflansch weisen keinen Kühlkanal und keine Kühlmittelanschlüsse auf.

Wie weiter in Fig. 2 gezeigt ist, wird generell auf das Kühlmittel des Kühlsystems des Schraubenkompressors 10 zurückgegriffen und zirkuliert über den Kühlkanal 102 (vgl. Fig. 3a) im Flansch 12 und wird über ein an den Kühlanschlüssen 104, 106

angeschlossene Gummischläuche 108 zum Ölkühler 74 geführt.

Nach dem Kühlen des Öls kehrt die Kühlflüssigkeit zum Fahrzeugkühlkreislauf (nicht näher gezeigt) zurück und ist hierüber über den Kühlauslassanschluss 110

entsprechend angeschlossen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 System

5 Elektromotor

10 Schraubenkompressor

12 Befestigungsflansch

14 Eingangswelle

16 Schrauben

18 Schrauben

20 Gehäuse

22 Ol

24 Einlassstutzen

26 Luftfilter

28 Lufteinlass

30 Ventileinsatz

32 Luftzuführkanal

34 Luftauslassrohr

36 Steigleitung

38 Temperaturfühler

40 Halter für ein Luftentölelement

42 Luftentölelement

44 Filtersieb bzw. bekannte Filter- bzw. Ölabscheidevorrichtungen

46 Luftausgangsöffnung

48 Rückschlagventil

50 Mindestdruckventil

51 Luftauslass

52 Steigleitung

54 Filter- und Rückschlagventil

56 Düse

58 ölrückfühiieitung

59 Ölablassschraube

60 Ansatz

60a äußerer Ring 60b innerer Ring

62 Ölfilter

64 Ölfiltereinlasskanal

66 Thermostatventil

68 Rückführleitung

70 Lager

72 Düse

74 Kühler, Wärmetauscher

76 Sicherheitsventil

78 Bypassleitung

80 Entlastungsventil

82 Öllevelsensor

100 zentrale Öffnung

102 Kühlkanal

104 KUhlanschlüsse

106 Kühlanschlüsse

108 Gummischlauche

110 Kühlauslassanschluss