压缩空气供应系统和用以操作压缩空气供应系统的方法与流程

本发明涉及一种压缩空气供应源。本发明还涉及一种气动系统和一种用于操作压缩空气供应系统的方法。

背景技术：

压缩空气供应系统通常被用在车辆中，特别是用于操作呈车辆的空气悬架系统形式的气动装置。通常在由压缩空气供应源所供应的5巴至20巴之间的压力范围内操作这种空气悬架系统。

来自压缩空气供应源的压缩空气经由压缩空气端口被供应到空气悬架，该空气悬架是示例性气动装置。为此目的，压缩空气穿过压缩空气供应源与压缩空气端口之间的气动主管线，其中该气动主管线包括空气干燥器和节流阀。该空气干燥器的作用是，在由压缩空气供应源所供应的压缩空气进入压缩空气端口之前从该压缩空气中吸收湿气。为了使空气悬架系统卸压，干燥的压缩空气通过空气干燥器再循环，以便生成空气干燥器。在离开空气干燥器之后，压缩空气通常被馈送到压缩空气端口与空气排除端口之间的空气排除管线，或者将空气释放到环境中。排气阀控制了压缩空气到空气排除端口的排除。该排气阀包括连接到压缩空气供应源的压力控制端口和连接到压缩空气端口的反压力控制端口。

从de19724747c1已知了一种行驶控制系统，该行驶控制系统用于具有空气弹簧的车辆。de102014009419a1公开了一种压缩空气供应系统，该压缩空气供应系统用于操作车辆的空气悬架系统。

技术实现要素：

本发明的技术目标是提供一种特别稳固耐用的压缩空气供应系统。

该目标通过一种压缩空气供应系统得以实现，根据本发明，该压缩空气供应系统包括具有控制室的排气阀，该控制室被隔膜流体分隔，用于使排气阀在打开状态和关闭状态之间切换。隔膜具有经由压力控制端口被加压的有效区域和经由反压力控制端口被加压的相反有效区域。

也就是说，经由压力控制端口与反压力控制端口之间的压差，能够切换排气阀。优选的是，压力控制端口与反压力控制端口之间的压差由气动主管线所包括的节流阀产生。优选的是，当在相反有效区域上有效的压力小于作用在有效区域上的压力时，排气阀适应于切换到并且/或者保持在关闭状态。进一步优选的是，如果作用在相反有效区域上的压力大于作用在有效区域上的压力，则排气阀适应于切换到打开状态并且/或者保持在打开状态。优选的是，能够仅仅通过节流阀上的压差来实现排气阀的切换。

优选的是，排气阀被构造成常开。根据另一个优选实施例，压力控制端口和反压力控制端口经由空气干燥器和节流阀彼此流体连接，优选地是与压力无关。

排气阀能够被构造成：如果施加在有效区域上的力高于施加在相反有效区域上的反作用力，则排气阀切换到并且/或者保持在关闭状态。排气阀能够被构造成：如果施加在有效区域上的力低于施加在相反有效区域上的反作用力，则排气阀切换到并且/或者保持在打开状态。

根据优选实施例，排气阀被构造成：如果隔膜两侧上的绝对压力都超过16巴，则在充气循环中，排气阀将压缩空气释放到空气排除管线中。充气循环是当将压缩空气从压缩空气供应源供应到压缩空气端口时的循环。

在另一个优选实施例中，排气阀包括限定阀座的孔。排气阀能够包括柱塞，该柱塞具有用于打开和关闭所述孔的阀密封件。优选的是，柱塞联接到隔膜。

为了提供紧凑的布置，隔膜和阀密封件能够被布置在所述孔的相反侧上。

进一步优选的是，排气阀包括阀弹簧。该阀弹簧能够串联联接到隔膜。优选的是，该阀弹簧被布置用以使该排气阀保持常开。

在特别优选实施例中，排气阀包括反作用弹簧。该反作用弹簧能够串联联接到隔膜。该反作用弹簧能够被布置用以抵消阀弹簧。

优选的是，同轴地布置隔膜与孔。特别优选的是，能够调节反作用弹簧的预载荷，优选是能够通过螺钉来调节。由此，能够调节将压缩空气释放到空气排除管线中所依据的压差和/或绝对压力阈值。

根据优选实施例，阀弹簧和反作用弹簧具有相同的弹簧常数。有效区域和相反有效区域的有效尺寸能够是相同的。

在优选实施例中，节流阀具有在0.7mm至1.2mm之间的孔直径。

本发明的技术目标还通过一种气动系统得以解决，该气动系统包括呈用于车辆的空气悬架系统形式的气动装置，其中该气动系统包括根据本发明或根据本发明实施例的压缩空气供应系统，其中气动装置被连接或者能够连接到气动系统的压缩空气端口。

关于方法，所述技术目标通过一种用于操作压缩空气供应系统的方法得以解决，该压缩空气供应系统优选是根据本发明或根据本发明实施例的压缩空气供应系统，其中，在充气循环中，该方法包括以下步骤：

-操作空气压缩机单元，用于将压缩空气供应到压缩空气供应源

-将压缩空气流从压缩空气供应源引导到压力控制端口，从而对排气阀的有效区域进行加压，以便将排气阀切换到关闭状态

-将压缩空气流从压缩空气供应源经由空气干燥器和节流阀引导到压缩空气端口，以便供应连接到压缩空气端口的气动装置

-将压缩空气流从压缩空气供应源经由空气干燥器和节流阀引导，以对反压力控制端口进行加压，从而对排气阀的相反有效区域进行加压

-如果施加在有效区域上的力高于施加在相反有效区域上的反作用力，则将排气阀保持在关闭状态

-如果施加在有效区域上的力低于施加在相反有效区域上的反作用力，则将排气阀切换到打开状态。

可替代的或另外的是，在再生循环中，该方法包括以下步骤：

-使空气压缩机单元保持暂停操作

-将压缩空气流从压缩空气端口引导到反压力控制端口，从而对排气阀的相反有效区域进行加压

-将压缩空气流从压缩空气端口经由空气干燥器和节流阀引导到压力控制端口，从而对排气阀的相反有效区域进行加压

-如果施加在有效区域上的力低于施加在相反有效区域上的反作用力，则将排气阀切换到打开状态

-将压缩空气流从压缩空气端口经由空气排除管线引导到空气排除端口。

优选的是，施加在有效区域上的力包括源自作用在有效区域上的压缩空气的第一分量和源自反作用弹簧的力分量。

也是优选的是，施加在相反有效区域上的力包括源自作用在相反有效区域上的压缩空气的第一分量和源自阀弹簧的力分量。

优选的是，在该方法内，能够仅仅通过节流阀上的压差来实现排气阀的切换。

附图说明

在下文中，参考附图示例性地描述了本发明的优选实施例，附图示出：

图1是压缩空气供应系统的示意图；

图2是处于充气状态的压缩空气供应系统的两个截面；

图3是图2的压缩空气供应系统的截面；

图4是图2的放大剖切图；

图5是图3的放大剖切图；

图6是隔膜室中的压力建立的示意图；

图7是用于操作压缩空气供应系统的方法的优选实施例。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的优选实施例的压缩空气供应系统10的示意图。压缩空气供应系统10适合于操作气动装置，特别是操作车辆的空气悬架系统(未示出)。这种气动装置能够连接到通向压缩空气供应系统10的压缩空气端口。

压缩空气供应系统10包括具有空气压缩机单元21的空气供应源，该空气压缩机单元21用于将压缩空气供应到压缩空气供应源1。空气压缩机单元21包括具有压缩机室21.2的空气压缩机21.1。空气压缩机单元还包括电动机21.3，该电动机21.3经由两条引线61.1、61.2而被电气连接。压缩空气供应系统10包括空气排除端口3，用于将空气释放到环境中。空气过滤器5连接在空气排除端口3与空气压缩机21.1之间。

气动主管线60被布置在压缩空气供应源1与压缩空气端口2之间。气动主管线60包括空气干燥器61和节流阀62。空气排除管线70在压缩空气端口2与空气排除端口3之间从气动主管线60分支出来。在根据图1的实施例中，空气排除管线70在压缩空气供应源1与空气干燥器61之间从气动主管线60分支出来。

压缩空气供应系统10还包括排气阀71，该排气阀71连接在空气排除管线70中。排气阀71包括连接到压缩空气供应源的压力控制端口71s。排气阀71还包括连接到压缩空气端口2的反压力控制端口71a。

如能够从图1所看到的那样，排气阀71被构造成常开。压力控制端口71s和反压力控制端口71a经由空气干燥器61和节流阀62彼此流体连接，而与压力无关。排气阀71包括阀弹簧72和反作用的反作用弹簧73。反作用弹簧73的预载荷pl是可调节的。排气阀71包括卸压部件prc(p最大功能)，该卸压部件prc被构造成：如果超过了预定压力(例如16巴)，则将压缩空气从空气供应源1释放到空气排除管线70。卸压部件prc依赖于相同的可调节反作用弹簧73。根据本发明，排气阀71包括控制室76，该控制室76被隔膜75流体分隔，用于使排气阀71在打开状态os(见图1)和关闭状态(图1中未描绘)之间切换。隔膜75具有能够经由压力控制端口71s加压的有效区域75s和能够经由反压力控制端口71a加压的相反有效区域75a。

图1a)示出了气动系统100，该气动系统100包括压缩空气供应系统10和呈车辆1000的空气悬架系统90s形式的气动装置90。压缩空气供应系统10的压缩空气端口2连接到气动装置90。

虽然控制室76、隔膜75、有效区域75s和相反有效区域75a未在图1中详细示出，但它们的功能将从以下附图中变得显而易见。

图2示出了在充气循环cc中的同一个压缩空气供应系统10的两个截面。图4a示出了图2a的放大剖切图，其中图4b示出了图2b的放大剖切图。

图2a和图2b的左侧示出了用于将压缩空气供应到空气供应源1的压缩机室21.2。压缩空气端口2位于图2a和图2b上的右上侧上，该压缩空气端口2能够通向要被供应压缩空气的气动装置。图2a的右下侧上描绘了用于将空气释放到环境的空气排除端口3。空气供应源1通向供应室1'。空气排除端口60通向空气排除室3'。气动主管线60连接在压缩空气供应源1与压缩空气端口2之间，该气动主管线60具有空气干燥器61和呈节流板形式的节流阀62。空气排除管线70(能够从图4a最佳地看出)从气动主管线60分支出来并且被布置在压缩空气端口2与空气排除端口3之间。

压缩空气供应系统10还包括连接在空气排除管线70中的排气阀71。排气阀71包括压力控制端口71s。如能够从图2b看出的那样，压力控制端口71s被实施成空气排除室3'的先导端口。

排气阀71还包括连接到压缩空气端口的反压力控制端口71a。如从图2a和图2b显而易见的那样，反压力控制端口71a被实施成控制室76的左子室76a中的小开口。

根据本发明，排气阀71包括控制室76，该控制室76被隔膜75流体分隔，用于使排气阀71在打开状态os和关闭状态cs之间切换。在根据附图的实施例中，隔膜75被实施成圆形橡胶隔膜，该圆形橡胶隔膜被固定到与空气干燥器61相邻的壳体部。

隔膜75具有能够经由压力控制端口71s加压的有效区域75s和能够经由反压力控制端口71a加压的相反有效区域75a。如能够从例如图4a看出的那样，排气阀71包括限定出阀座77'的孔77。排气阀71还包括柱塞79，该柱塞79具有用于打开和关闭所述孔的阀密封件78。柱塞79联接到隔膜75。如从图4a显而易见的那样，隔膜75和阀密封件78被布置在孔77的相反侧77l、77r上。

排气阀71包括阀弹簧72，该阀弹簧72串联联接到隔膜75。阀弹簧72被布置用以将排气阀71保持成常开(未示出)。在图5a中能够看到处于打开状态os的排气阀71，即：在阀密封件78未将孔77密封时的排气阀71。从图4a中显而易见的是，排气阀71的关闭状态cs，即：阀密封件78将孔77密封。

排气阀71还包括反作用弹簧73，该反作用弹簧73与隔膜75和阀弹簧72都串联联接。反作用弹簧73被布置用以抵消阀弹簧72。隔膜75被布置成与孔、柱塞79同轴。此外，反作用弹簧73和阀弹簧72被布置成彼此同轴。

能够经由螺钉73s来调节反作用弹簧73的预载荷pl。

在下文中，将参考附图描述压缩空气供应系统10的功能，特别是隔膜75的功能。

图2a和图2b、图4a和图4b描绘了充气循环cc，在该充气循环cc中，将空气从压缩空气供应源1供应到压缩空气端口2。图3a和图3b以及图5a和图5b示出了在再生循环rc中的压缩空气供应系统10，在该再生循环rc中，经由空气干燥器61(以便使空气干燥器再生)将空气从压缩空气端口2释放到空气排除端口3。

在开始操作空气压缩机单元21之后，源自压缩空气供应源1的压缩空气的一部分被引导到压力控制端口71s，该压力控制端口71s被实施成空气排除端口3'中的先导室。从空气供应源1到压力控制端口71s的压缩空气流在图2b和图4b中被描绘成点划线的形式。该从压缩空气供应源到压力控制端口71s的空气流对排气阀71的有效区域75s加压。排气阀71的有效区域75s位于隔膜75的右侧。

此外，压缩空气从压缩空气供应源1经由空气干燥器61和(被实施成节流板的)节流阀62流到反压力控制端口71a。该流动由图2b和图4b中的多个实线箭头描绘出来。该经由空气干燥器61和节流阀62的压缩空气流用来对相反有效区域75a加压，在图中，该相反有效区域75a是控制室76的左侧。因为从压缩空气供应源1经由空气干燥器61引导的压缩空气也经过直径小于空气排除室3'的先导端口的直径的节流阀62，所以相反有效区域75a(隔膜75的左侧)上的压力小于有效区域75s(隔膜75的右侧)上的压力。因此，具有相连接的柱塞79的隔膜75向左移动，使得阀密封件78密封阀孔77。

在将排气阀71保持在关闭状态cs时，来自空气干燥器61的空气穿过气动主管线60到达压缩空气端口2，以便供应连接到压缩空气端口的气动装置。在图2a和图4a中通过从空气干燥器61出来并通向压缩空气端口2的实线描绘了该充气流动。

因为由于对排气阀71的有效区域75s的加压而施加在有效区域75s上的力fs高于由于对排气阀71的相反有效区域75a的加压而施加在相反有效区域75a上的反作用力fa，所以排气阀71被保持在关闭状态cs。

施加在有效区域75s上的力fs包括源自作用在有效区域75s上的压缩空气的第一力分量fs1和源自反作用弹簧73的第二力分量fs2。同样的是，施加在相反有效区域75a上的反作用力fa包括源自作用在相反有效区域75a上的压缩空气的第一反作用力分量fa1和源自阀弹簧72的第二反作用力分量fa2。

在下文中，将描述再生循环rc。从图5a和图5b能够最佳地理解再生循环rc。当空气压缩机单元21暂停操作并且要从压缩空气端口2释放压缩空气时，来自压缩空气端口2的压缩空气流被引导到反压力控制端口71a，从而对相反有效区域75a(隔膜75的左侧)进行加压。此外，源自压缩空气端口2的压缩空气流被引导经过节流阀62和空气干燥器61(由指向左侧的实线箭头指示)，并且经由压力控制端口71s到达(由点划线指示)相反有效区域75s，该压力控制端口71s被实施成离开空气排除室3'的先导端口。因为压缩空气的一部分穿过空气干燥器61，并且特别是穿过节流阀62，所以相反有效区域75a(隔膜75的左侧)上的压力高于有效区域75s(隔膜75的右侧)上的压力。

因此，排气阀71被切换到打开状态，从而阀密封件78解封阀孔77，并且压缩空气能够从压缩空气端口2经由布置在空气排除管线70中的空气干燥器61和节流阀62到达在图5a的右下侧上示出的空气排除端口3。

在图2至图6的优选实施例中，节流阀62的孔直径od在0.7mm至1.2mm之间。

从图6显而易见的是充气循环期间的控制室76中的压力积聚。y轴描绘了控制室76的相应的子室76a、76s的压力(bar)，而x轴描绘了时间(秒)。

最初(t＝0s)，空气压缩机21被设定成进行操作。实线表示作用在有效区域75s上的压力积聚，而虚线表示作用在相反有效区域75a上的压力积聚。实线示出了更快的压力积聚，这是因为到达有效区域75s的压缩空气不经过空气干燥器和节流阀62。由于施加在有效区域75s上的压力高于施加在相反有效区域上的反作用力75a，所以排气阀71被保持在关闭状态cs长达约140秒，直到相反有效区域侧75a和有效区域侧75s上均达到约17bar的压力为止。

在大约17bar的压力处，通过隔膜75、阀弹簧72和作用反弹簧73的串联布置而实现的减压功能变得显而易见。也就是说，在大约17bar处，控制室76的两个子室76a、76s上的压力大致相等，使得压缩空气被释放到空气排除管线70中。如能够从隔膜看出的那样，从大约140秒开始，作用在有效区域75s上的压力立即下降到大约1巴，这是因为该空气自由地(即在未被节流阀62节流的情况下)进入空气排除管线70到达空气排除端口3。虚线表示相反有效区域75s上的压力，由于空气穿过节流阀62并且从该节流阀62经由空气干燥器61进入到空气排除管线70中，因此相反有效区域75s上的压力呈现典型的指数减轻。

图7示出了操作压缩空气供应系统10的典型方法。步骤cc1至cc6表示充气循环，而步骤rc1至rc5表示再生循环。

在第一步骤cc1中，空气压缩机单元21被操作用以迫使普通压缩空气到达压缩空气供应源1。在步骤cc2中，压缩空气从压缩空气供应源1被引导到压力控制端口71s，从而对排气阀的有效区域75s进行加压，以便将排气阀71切换到关闭状态cs。在步骤cc3中，压缩空气流从压缩空气供应源1经由空气干燥器61和节流阀62被引导到压缩空气端口2，以便供应连接到压缩空气端口的气动装置。在步骤cc4中，压缩空气流从压缩空气供应源1经由空气干燥器61和节流阀62被引导到反压力控制端口71a，从而对排气阀71的相反有效区域75a进行加压。在步骤cc5中，如果施加在有效区域75s上的力高于施加在相反有效区域75a上的反作用力，则排气阀71被保持在关闭状态cs。而在步骤cc6中，如果施加在有效区域75s上的力低于施加在相反有效区域75a上的反作用力，则排气阀71被切换到打开状态。能够并行执行一个或多个步骤。

在再生循环的第一步骤rc1中，空气压缩机单元21暂停操作。在第二步骤rc2中，压缩空气流从压缩空气端口2被引导到反压力控制端口71a，从而对排气阀71的相反有效区域75a进行加压。

在第三步骤rc3中，压缩空气流从压缩空气端口2经由空气干燥器61和节流阀62被引导到压力控制端口71s。由此，对排气阀71的相反有效区域65s进行加压。

在第四步骤rc4中，如果施加在有效区域75s上的力低于施加在相反有效区域75a上的反作用力，则排气阀71被切换到打开状态。

在步骤rc5中，来自压缩空气端口2的压缩空气流经由空气排除管线70被引导到空气排除端口3。

在第六步骤rc6中，如果施加在有效区域75s上的力低于施加在相反有效区域75a上的反作用力，则排气阀71被切换到打开状态。

能够并行执行步骤rc1至rc5中的一个或多个。

附图标记列表(说明书的部分)

1空气供应源

1'供应室

2压缩空气端口

2'输送室

3空气排除端口

5空气过滤器

10压缩空气供应系统

21空气压缩机单元

21.1空气压缩机

21.2压缩机室

21.3电动机

60气动主管线

61空气干燥器

62节流阀

70空气排除管线

71排气阀

71a反压力控制端口

71s压力控制端口

72阀弹簧

73反弹簧

75隔膜

75a隔膜的第二有效区域

75s隔膜的第一有效区域

76控制室

76a，76s控制室的子室

77阀孔

77l，77r阀孔的相反侧

77'阀座

78阀密封件

79柱塞

90气动装置

100气动系统

1000车辆

aa有效区域的有效尺寸

as相反有效区域的有效尺寸

cc充气循环

cc1..cc6充气循环的步骤

fs施加在有效区域上的力

fs1源自作用在有效区域上的压缩空气的第一分力

fs2源自反弹簧的第二分力

fa施加在相反有效区域上的反作用力

fa1源自作用在相反有效区域上的压缩空气的第一反作用分力

fa2源自阀弹簧的第二反作用分力

os排气阀的打开状态

od节流阀的孔径

cs排气阀的关闭状态

pl反弹簧的预载荷

rc再生循环

rc1..rc5再生循环的步骤

prc卸压部件