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CN109964038A - 用于商用车的螺杆式压缩机系统 - Google Patents

用于商用车的螺杆式压缩机系统 Download PDF

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CN109964038A
CN109964038A CN201780070184.0A CN201780070184A CN109964038A CN 109964038 A CN109964038 A CN 109964038A CN 201780070184 A CN201780070184 A CN 201780070184A CN 109964038 A CN109964038 A CN 109964038A
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CN
China
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screw compressor
control unit
loop control
open loop
closed loop
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Application number
CN201780070184.0A
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English (en)
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G·埃布拉尔
J-B·马勒斯考特
J·梅拉尔
T·魏因霍尔德
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于商用车的螺杆式压缩机系统(100)，具有至少一个螺杆式压缩机(10)、至少一个螺杆式压缩机驱动器和至少一个开环和/或闭环控制单元(110)，其中，所述开环和/或闭环控制单元(110)与所述螺杆式压缩机驱动器连接，其中，所述开环和/或闭环控制单元(110)实现和配置成，使得该开环和/或闭环控制单元在所述螺杆式压缩机(10)的运行中监控所述螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例并且将该比例开环和/或闭环控制到预定范围。

Description

用于商用车的螺杆式压缩机系统
技术领域
本发明涉及一种用于商用车的螺杆式压缩机系统，该螺杆式压缩机系统具有至少一个螺杆式压缩机，所述螺杆式压缩机带有用于所述螺杆式压缩机的开环和/或闭环驱动控制的至少一个开环和/或闭环控制单元。
背景技术
由现有技术已知用于商用车的螺杆式压缩机。这种螺杆式压缩机用于例如为商用车的制动系统提供必要的压缩空气。
就此而言，已知尤其是填充油的压缩机，尤其是也已知螺杆式压缩机，在这些压缩机中存在调节油温的任务。这通常通过设置外部的油冷却器来实现，该油冷却器与填充油的压缩机和油回路经由调温阀连接。油冷却器在此为具有两个彼此分开的回路的热交换器，其中，第一回路设置用于热的液体、即压缩机油，而第二回路设置用于冷却液体。例如可以使用空气、具有防冻剂或其他油的水混合物作为冷却液体。
然后，该油冷却器必须经由管件或软管与压缩机油回路连接并且必须确保油回路不泄漏。
此外，该外部的体积必须被填充油，从而也增加了油总量。因此增大了系统惯性。此外，油冷却器必须机械地设置和固定，要么通过位于周围的保持装置、要么通过分开的保持装置来放置和固定，这需要附加的固定机构，而且也需要结构空间。
由US 4,780,061已知一种集成有油冷却装置的螺杆式压缩机。
此外，DE 37 17 493 A1公开了一种布置在紧凑壳体中的螺杆式压缩机设备，其在螺杆式压缩机的电马达上具有油冷却器。
这种类型的螺杆式压缩机例如已经由DE 10 2004 060 417 B4已知。
发明内容
本发明的任务是，以有利的方式进一步构造开头提及类型的螺杆式压缩机系统，尤其是使得能够简化地且可靠地构造螺杆式压缩机的开环和/或闭环驱动控制。
该任务按照本发明通过具有权利要求1的特征的螺杆式压缩机系统来解决。据此规定，一种用于商用车的螺杆式压缩机系统设有至少一个螺杆式压缩机、至少一个螺杆式压缩机驱动器和至少一个开环和/或闭环控制单元，其中，所述开环和/或闭环控制单元与所述螺杆式压缩机驱动器连接，其中，所述开环和/或闭环控制单元这样设计和配置，使得该开环和/或闭环控制单元在所述螺杆式压缩机的运行中监控螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例并且将该比例开环控制和/或闭环控制到预定范围。
本发明基于如下的基本构思：通过停工时间和接通时间的比例也本质上共同确定螺杆式压缩机的温度。根据螺杆式压缩机的结构型式而足够的是，通过将停工时间和接通时间的比例开环控制在预定范围上，能够在非常窄的运行温度范围内运行螺杆式压缩机。彼此啮合的螺杆和被引导穿过螺杆式压缩机的油以及被压缩的空气导致热量增加，从而通过相应地选择螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例也能够同时开环控制和/或闭环控制、即设定螺杆式压缩机的热量。
例如可以规定，所述开环和/或闭环控制单元是所述螺杆式压缩机系统(亦即螺杆式压缩机或者螺杆式压缩机驱动器)的组成部分。由此构成紧凑的结构并且不必采用外部的部件。
但原则上也可想到，所述开环和/或闭环控制单元是商用车的空气处理系统的组成部分。在此已经存在相应的控制部，该控制部能够简单地被共同使用。
也可想到，所述开环和/或闭环控制单元是商用车的发动机控制部或车辆控制部的组成部分。在此也能够实现采用商用车的已经存在的部件。
但原则上也可想到，所述开环和/或闭环控制单元构成为单独的开环和/或闭环控制单元。这例如能够实现简单的装配以及简单的更换或简单的升级。
此外可以规定，所述范围这样选择，使得存在如下的停工时间与接通时间的比例，其中，接通时间占大约20至50％、尤其是大于30％。停工时间与接通时间的该比例中接通时间在大约20至40％之间、尤其是大于30％，该比例已经被证明是相对有利的，以便能够使得运行温度保持基本上恒定。此外得出如下优点，通过确保停工时间与接通时间的接通时间大于30％的比例，使得运行温度保持足够高，以便也可靠地避免在螺杆式压缩机内部的湿气形成或冷凝。
此外可以规定，所述开环和/或闭环控制单元这样设计和配置，使得该开环和/或闭环控制单元这样影响螺杆式压缩机驱动器的转速，使得螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例保持在所述预定范围内。在此基本上从如下内容出发，在螺杆式压缩机的整个运行时间上应该提供特定的压缩空气量并且通过限定或限制或提高螺杆式压缩机驱动器的转速在总运行时间上在保持压缩空气生产的情况下也能够影响螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例并且因此能够将该比例保持在所述预定范围内。
尤其是可以规定，所述开环和/或闭环控制单元这样设计和配置，使得该开环和/或闭环控制单元始终保持螺杆式压缩机驱动器的转速大于最小转速。保持转速大于最小转速的该可能性基于如下基本构思：自一定的最小转速起才开始限制损耗功率并且螺杆式压缩机驱动器需要较少能量用来产生特定量的压缩空气。换言之，由此能够总体上改善螺杆式压缩机的效率。因此例如已知，在低于大约1500至2500转/每分钟的最小转速时，损耗功率会强烈上升，从而应该尽可能避免低于所述最小转速。
附图说明
现在应该借助在附图中示出的实施例更详细地阐述本发明的其他细节和优点。其中：
图1示出按照本发明的螺杆式压缩机的示意性剖视图；以及
图2示出按照本发明的螺杆式压缩机系统的示意图。
具体实施方式
图1示出本发明的实施例意义上的螺杆式压缩机10的示意性剖视图。
螺杆式压缩机10具有用于将螺杆式压缩机10机械地固定在此处未详细示出的电马达上的固定凸缘12。
然而示出了输入轴14，电马达的转矩经由该输入轴传输到两个螺杆16、18之一、即螺杆16上。
螺杆18与螺杆16啮合并且经由该螺杆驱动。
螺杆式压缩机10具有壳体20，螺杆式压缩机10的主要部件设置在该壳体中。
壳体20被填充油22。
在空气输入侧，在螺杆式压缩机10的壳体20上设有进入接管24。进入接管24在此这样构成，使得在其上布置有空气过滤器26。此外，沿径向在空气进入接管24上设有空气入口28。
在进入接管24与该进入接管24在壳体20上设置所在的部位之间的区域中设有弹簧加载的阀座30，所述阀座在此构造为轴向密封件。
该阀座30用作止回阀。
在阀座30下游设有空气输送通道32，该空气输送通道将空气输送给所述两个螺杆16、18。
在所述两个螺杆16、18的输出侧设有具有上升管路36的空气排出管件34。
在上升管路36的终端区域中设有温度传感器38，借助该温度传感器能监控油温。
此外，在空气排出区域中设有用于空气滤油元件42的保持件40。
用于空气滤油元件的保持件40在装配状态下在朝向底部的区域(也如图1所示)中具有空气滤油元件42。
此外，在空气滤油元件42的内部设有相应的滤网或已知的过滤和油分离装置44，其未详细具体指定。
在中间的上方区域中，参考装配和准备好运行的状态(亦即如图1所示)，用于空气滤油元件的保持件40具有空气输出开口46，该空气输出开口通至止回阀48和最小压力阀50。止回阀48和最小压力阀50也可以构成在一个共同的组合的阀中。
紧接着止回阀48设有空气出口51。
空气出口51通常与相应已知的压缩空气消耗器连接。
为了使处于空气滤油元件42中的并且在该空气滤油元件中分离的油22再次回流到壳体20中，设有上升管路52，该上升管路在用于空气滤油元件42的保持件40的输出端在过渡到壳体20处具有过滤阀和止回阀54。
在过滤阀和止回阀54下游，在壳体孔中设有喷嘴56。回油管路58往回通至螺杆16或螺杆18的大致中间区域，以便使油22再次回流至该螺杆。
在壳体20的处于装配状态下的底部区域中设有放油螺塞59。经由该放油螺塞59可以打开相应的放油开口，油22能够经由该放油开口被放出。
在壳体20的下方区域中也存在附接部60，油过滤器62固定在该附接部上。油22首先经由布置在壳体20中的油过滤器进入通道64被引导至调温阀66。
取代调温阀66也可以设有开环和/或闭环控制装置，借助该开环和/或闭环控制装置能监控处于壳体20中的油22的油温并且能将该油温调整至期望值。
然后，在调温阀66下游是油过滤器62的油入口，该油入口经由中间的引回管路68使油22再次引回至螺杆18或螺杆16，但也引回至轴14的被油润滑的轴承70。在轴承70的区域中也设有喷嘴72，该喷嘴在壳体20中与引回管路68相关联地设置。
冷却器74连接在附接部60上。
在壳体20的上方区域中(参考装配状态)存在安全阀76，经由该安全阀能够降低在壳体20中的过大压力。
在最小压力阀50上游存在旁通管路78，该旁通管路通至减压阀80。经由借助与空气输送部32的连接来被操控的该减压阀80，空气能够引回到空气入口28的区域中。在该区域中可以设有未详细示出的排气阀以及也可以设有喷嘴(输送管路的直径减小部分)。
此外，大致在管路34的高度上在壳体20的外壁中可以设有油位传感器82。该油位传感器82例如可以是光学传感器并且这样实现和安装，使得能够借助传感器信号来识别在运行中油位是位于油位传感器82之上还是油位传感器82裸露并且由此油位相应地降低。
与该监控相关联地也可以设有报警单元，该报警单元将相应的故障消息或警告消息输出或传递给系统的用户。
在图1中示出的螺杆式压缩机10的功能在此如下：
空气经由空气入口28输送并且经由止回阀30到达螺杆16、18，空气在所述螺杆那里被压缩。被压缩的油气混合物被直接吹到温度传感器38上，该油气混合物以5至16倍之间的系数在螺杆16和18之后被压缩地通过排出管路34经由上升管件36上升。
仍然部分具有油颗粒的空气然后经由保持件40被引导到空气滤油元件42中并且只要达到了相应的最小压力则进入到空气排出管路51中。
位于壳体20中的油22经由油过滤器62并且必要时经由热交换器74保持在运行温度。
如果不需要冷却，则不使用并且也不接入热交换器74。
相应的接入经由调温阀68实现。在油过滤器64中净化之后，油经由管路68被输送至螺杆18或螺杆16，但也输送至轴承72。螺杆16或螺杆18经由引回管路52、58被供应油22，在此油22的净化在空气滤油元件42中实现。
经由未详细示出的电马达来驱动螺杆式压缩机10的螺杆16和18，该电马达将其转矩经由轴14传输至又与轴18啮合的螺杆16。
经由未详细示出的减压阀80确保，在运行状态下例如在螺杆16、18的输出侧存在的高压力不会困锁在输送管路32的区域中，而且尤其是在压缩机起动时在输送管路32的区域中始终存在低的输入压力、尤其是大气压。否则，随着压缩机的起动将首先在螺杆16和18的输出侧存在非常高的压力，该非常高的压力将使得驱动马达过载。
图2以示意图示出按照本发明的具有图1所示的螺杆式压缩机10并且具有开环和闭环控制单元110的螺杆式压缩机系统100。
开环和闭环控制单元110在此构成为螺杆式压缩机系统100的组成部分。
但原则上也可以规定，开环和闭环控制单元110构成为商用车的空气处理系统的组成部分、商用车的发动机控制部或车辆控制部的组成部分或构成为单独的开环和闭环控制单元110。
开环和闭环控制单元110这样设计和配置，使得该开环和/或闭环控制单元在所述螺杆式压缩机10的运行中监控用于驱动螺杆16和18的螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例并且将该比例开环控制或闭环控制在预定范围上。
在此，该范围这样选择，使得存在如下的停工时间与接通时间的比例，其中，接通时间大于30％。尤其是在此选择接通时间在30％至50％之间的范围，从而停工时间因此在50％至70％之间并且接通时间大约在30％至50％之间。
因此，在接通时间约为30％时，停工时间约占70％。
为了也能够使停工时间与接通时间的比例相应地保持恒定，开环和闭环控制单元110此外这样设计和配置，使得其一起影响螺杆式压缩机驱动器的转速。
在此应注意，通过降低或提高螺杆式压缩机驱动器的转速，在整个运行持续时间上通过螺杆式压缩机10提供期望的压缩空气量，但在此停工时间和接通时间的比例被维持。
为了经济地且高能效地工作，在此此外通过开环和闭环控制单元110始终保持转速大于最小转速。
这基于如下认识，在低于最小转速时，螺杆式压缩机驱动器的比能量吸收(即，例如需要用于压缩一立方米(m3)的空气的能量)非常强烈地上升。换言之，因此避免产生过高的损耗功率或过高的损耗。
通过使停工时间与接通时间的比例保持恒定，因此总体上实现螺杆式压缩机10在整个运行持续时间上在运行温度方面能够保持相对恒定。
通过在整个运行持续时间上在运行温度方面保持压缩机，可靠地避免在螺杆式压缩机10的壳体20内会发生冷凝。
通过恒定的运行温度以及螺杆式压缩机10保持在运行温度，可靠地避免在壳体20中的冷凝。
附图标记列表
10 螺杆式压缩机
12 固定凸缘
14 输入轴
16 螺杆
18 螺杆
20 壳体
22 油
24 进入接管
26 空气过滤器
28 空气入口
30 阀座
32 空气输送通道
34 空气排出管件
36 上升管路
38 温度传感器
40 用于空气滤油元件的保持件
42 空气滤油元件
44 滤网或已知的过滤和油分离装置
46 空气输出开口
48 止回阀
50 最小压力阀
51 空气出口
52 上升管路
54 过滤阀和止回阀
56 喷嘴
58 回油管路
59 放油螺塞
60 附接部
60a 外环
60b 内环
62 油过滤器
64 油过滤器进入通道
66 调温阀
68 引回管路
70 轴承
72 喷嘴
76 安全阀
78 旁通管路
80 泄压阀
82 油位传感器
100 螺杆式压缩机系统
110 开环控制和闭环控制单元

Claims (8)

1.一种用于商用车的螺杆式压缩机系统(100)，具有至少一个螺杆式压缩机(10)、至少一个螺杆式压缩机驱动器和至少一个开环和/或闭环控制单元(110)，其中，所述开环和/或闭环控制单元(110)与所述螺杆式压缩机驱动器连接，其中，所述开环和/或闭环控制单元(110)设计和配置成，使得该开环和/或闭环控制单元在所述螺杆式压缩机(10)的运行中监控所述螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例并且将该比例开环控制和/或闭环控制到预定范围。
2.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)是所述螺杆式压缩机系统(10)的组成部分。
3.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)是商用车的空气处理系统的组成部分。
4.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)是商用车的发动机控制部或车辆控制部的组成部分。
5.根据权利要求1所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)是单独的开环和/或闭环控制单元(110)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述范围这样选择，使得存在如下的停工时间与接通时间的比例，其中，接通时间占大约20％至40％、尤其是大于30％。
7.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)设计和配置成，使得该开环和/或闭环控制单元影响所述螺杆式压缩机驱动器的转速，使得所述螺杆式压缩机驱动器的停工时间和接通时间的比例保持在所述预定范围内。
8.根据权利要求7所述的螺杆式压缩机系统(100)，其特征在于，所述开环和/或闭环控制单元(110)设计和配置成，使得所述开环和/或闭环控制单元始终保持所述螺杆式压缩机驱动器的转速大于最小转速。
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