压缩机系统和用于运行压缩机系统的方法
【专利摘要】本发明涉及一种压缩机系统（10），其包括具有输入轴（14）和输出轴（16）的行星齿轮系（12）和耦接至输出轴（16）上用于产生压缩空气的压缩机（18），其中行星齿轮系（12）包括环形齿轮（20）、行星架（22）和太阳轮（32）形式的可相对彼此运动的部件，并且其中设有能切换的第一固定装置（26），通过能切换的第一固定装置能够相对于外部支座（28）固定环形齿轮（20）、行星架（22）或太阳轮（32），并且其中设有能切换的第二固定装置（30），通过能切换的第二固定装置能够将行星齿轮系（12）的可相对彼此运动的部件中的两个相对彼此固定。本发明还涉及一种用于压缩机系统运行的方法。
【专利说明】压缩机系统和用于运行压缩机系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压缩机系统。
[0002]本发明还涉及一种用于运行压缩机系统的方法。
【背景技术】
[0003]为了能够满足现代商用车辆的子系统的压缩空气需求，属于压缩空气供应装置的压缩机通常设有i〈l的传动比。与商用车辆的发动机转数相同的驱动轴转数n_^p与压缩机转数相同的从动轴转数之间的传动比i在此限定为?=!!?/!!.，并且尽可能小地对其进行选择。
[0004]这是有利的，因为尤其在发动机转数小的情况下通常存在提高的商用车辆空气需求。例如，对于集装箱更换期间、或在驶进车站的公共汽车而言是这种情况。后者必须首先在那里停住、打开门并且对空气悬架排气，以便在公共汽车的底盘水平低的情况下实现舒适的下车。接下来，门必须被再次关闭并且在行驶之前重新对空气悬架送气。该操作消耗大量压缩空气，而这必须在发动机的低转数情况下产生。
[0005]基于较小的传动比，不仅在发动机转数低的情况下，而且也在发动机转数高的情况下提高所运送的压缩空气量。例如压缩机，也可以被称作空气泵或空气压缩机，基于其机械和热动力学上的设计而具有一定转数极限，所述压缩机在该转数极限之上不能够可靠地运行。一方面，在发动机转数高的情况下，由于对压缩机的极端负荷会出现机械损坏，另一方面，压缩机的效率下降。该情况尤其会在发动机制动的情况下发生，因为制动转数(大约2400转每分钟)可显著地超过驱动发动机的大约2000转每分钟的额定转数。此处的问题是，在执行发动机制动时，通常不期望关断压缩机或对其进行卸载以用于保护材料，这是因为为了附加地制动车辆而 需要用于运行制动的压缩空气。实际上，因为商用车辆应当已经通过发动机制动器来制动，所以应当可接受该压缩空气消耗。此外，出于效率原因，也不期望在发动机制动期间关断压缩机或对其进行卸载。这是因为发动机制动操作代表了 “惯性”阶段，驱动发动机在所述阶段期间并不消耗燃料，使得在发动机制动期间产生压缩空气的情况是尤其节能的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种压缩机系统，所述压缩机系统以低结构耗费解决了在发动机转数小的情况下的最大空气输送量和转数高的情况下的压缩机负载极限之间的这种目的矛盾。
[0007]所述目的通过独立权利要求的特征来实现。
[0008]本发明的有利的设计方案和改进形式在从属权利要求中给出。
[0009]本发明包括一种压缩机系统，其包括具有输入轴和输出轴的行星齿轮系和耦接到输出轴上用于产生压缩空气的压缩机，其中行星齿轮系包括环形齿轮、行星架和太阳轮形式的能相对彼此运动的部件，并且其中设有能切换的第一固定装置，通过能切换的第一固定装置能够相对于外部支座固定环形齿轮、行星架或太阳轮，并且其中设有能切换的第二固定装置，通过能切换的第二固定装置能够将行星齿轮系的能相对彼此运动的部件中的两个相对彼此固定。输入轴和输出轴能够分别与行星齿轮系的可相对彼此运动的部件中的一个连接。在输入轴转数恒定的情况下，行星齿轮系能够在输出轴上提供至少两种彼此不同的、能够借以驱动压缩机的转数。这相应于两种不同的传动比。以该方式，在输入轴上的转数低的情况下能够提供较小的传动比，保证了用于驱动压缩机的、在输出轴上提供的转数尽可能地大。此外，在输入轴上的转数高的情况下，能够提供较大的传动比，使得用于驱动压缩机的、在输出轴上提供的转数相对于较小的传动比降低。为了选择行星齿轮系的传动t匕，设有能切换的第一固定装置和能切换的第二固定装置，它们以已知的方式能够将行星齿轮系的部件相对彼此固定。能切换的固定装置例如可以是能够气动或电驱控的多片式离合器。同步装置和简单的闭锁构件的组合同样是可以作为能切换的固定装置的。能够考虑的是，例如将同步环与滑动套筒和适当的开关齿件组合。此外，固定装置能够具有一个或多个可激活的电机，所述电机允许以选择的方式打开或关闭固定装置。固定装置能够直接地或间接地通过电子控制设备、例如通过压缩空气供应装置的电子控制设备来驱控，压缩机系统集成到所述固定装置中。在行星齿轮系中不同的传动比之间的切换能够在并不中断能流的情况下进行。
[0010]能够有利地提出，环形齿轮能够通过能切换的第一固定装置相对于外部支座固定，并且环形齿轮能够通过能切换的第二固定装置相对于行星架固定。该特别的设计方案允许尤其简单地实现能切换的第一固定装置，这是因为能够相对于外部支座固定的环形齿轮通常包围可相对彼此运动的其他行星齿轮系部件。
[0011]能够提出，输入轴与行星架连接，并且输出轴与太阳轮连接。以该方式能够影响由行星齿轮系所提供的传动比。
[0012]此外能够提出，压缩机系统包括驱控能切换的第一固定装置和/或能切换的第二固定装置的控制设备。设置驱控能切换的第一固定装置和/或能切换的第二固定装置的控制设备允许将所描述的压缩机系统用作压缩空气供应装置的已经已知的部分，其中尤其能够避免对压缩空气处理装置的已经存在的电子控制设备进行调整。这允许将所描述的压缩机系统连同对于本领域技术人员而言已知的任意压缩空气处理装置一起使用。
[0013]有益地提出，控制设备设计用于，当输入轴上的转数小于或等于能确定的阈值转数时，通过激活能切换的第二固定装置而相对于行星架固定环形齿轮。阈值转数的确定是待由行星齿轮系提供的传动比的有效选择标准。阈值转数例如能够是1500转每分钟。以该方式能够在转数小的情况下提高由压缩机所运送的空气体积。
[0014]此外能够提出，控制设备设计用于，当输入轴上的转数大于能确定的阈值转数时，通过激活能切换的第一固定装置而相对于外部支座固定环形齿轮。阈值转数例如能够是1500转每分钟。以该方式，能够相对于另外可行的传动比而降低在发动机转数高的情况下由压缩机所运送的空气体积，以便限制压缩机的负载和磨损。
[0015]有利地能够提出，能切换的第一固定装置和/或能切换的第二固定装置能被气动驱控。
[0016]可替代地也能够提出，能切换的第一固定装置和/或能切换的第二固定装置能被电驱控。[0017]此外能够提出，行星齿轮系是多级设计的。多级的行星齿轮系、即包括多个行星齿轮组的行星齿轮系的应用允许提供附加的传动比，从而能分级地调整将由压缩机所运送的空气体积匹配于输入轴上的转数。例如能够设有限制驱动发动机的不同转数范围的附加的阈值转数。每个如此限定的转数范围可以关联一个单独的传动比，能够在存在发动机转数时在相应的转数范围中选择所述传动比。所选择的传动比的设定例如能够经由能与另外的行星齿轮组相关联的另外的能切换的固定装置来实现。以该方式能够不依赖发动机转数地设计由压缩机所运送的空气体积。
[0018]此外，本发明还包括一种用于运行压缩机系统的方法，所述压缩机系统包括具有输入轴和输出轴的行星齿轮系和耦接到输出轴上用于产生压缩空气的压缩机，其中行星齿轮系包括能相对彼此运动的环形齿轮、行星架和太阳轮形式的部件，并且其中当输入轴上的转数超过或低于一个确定的阈值转数时，相对于外部支座固定环形齿轮、行星架或太阳轮，并且其中当能相对于彼此运动的部件都未被相对于支座固定时，将能相对彼此运动的部件中的两个相对彼此固定。特别地，该方法能够使用如上面所描述类型的任何压缩机系统。
[0019]以该方式也能够作为方法的一部分而实现所描述的压缩机系统的优点和特殊特征。
[0020]该方法能够简单地由此改进，即当输入轴上的转数小于或等于能确定的阈值转数时，相对于行星架固定环形齿轮，并且当输入轴上的转数大于能确定的阈值转数时，相对于外部支座固定环形齿轮。
[0021]结合在从属权利要求中所描述的压缩机系统的优点和特殊特征能够以相同的方式借助所描述的方法来实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面借助示例性实施形式描述该压缩机系统和方法。
[0023]在附图中:
[0024]图1示出第一切换状态下的压缩机系统的一个实施形式；
[0025]图2示出第二切换状态下的压缩机系统的一个实施形式；
[0026]图3示出第三切换状态下的压缩机系统的一个实施形式；
[0027]图4示出行星齿轮系的示意图；以及
[0028]图5示出用于描述方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]在下面的附图中，相同的附图标记表示相同的或同类的部件。
[0030]图1示出第一切换状态下的压缩机系统的一个实施形式。所示出的压缩机系统10包括具有输入轴14和输出轴16的行星齿轮系12。用于产生压缩空气的压缩机18耦接到输出轴16上。行星齿轮系12可以包括与输入轴14刚性耦接的行星架22。行星架22能够在背离输入轴14的一侧上承载一个或多个行星轮36。行星轮36能够经由齿轮齿62与环形齿轮20和太阳轮32啮合。现有的行星轮36能够相对于行星架22可转动地安装。环形齿轮20能够经由轴承24例如可转动地安装在输入轴14上。此外，能够设有能切换的第一固定装置26，所述能切换的第一固定装置能够相对于环形齿轮20固定行星架22。能切换的第一固定装置26例如能够设计为简单的多片式离合器或设计为由闭锁构件与同步装置的组合。此外，行星齿轮系12能够包括外部支座28。能切换的第二固定装置30同样能够设计为简单的多片式离合器或设计为由机械的闭锁构件和同步装置的组合。例如能够考虑的是，滑动套筒、同步环和匹配的开关齿轮齿的组合。能切换的第一和第二固定装置也能够通过对于本领域技术人员而言已知的另外的设计方案来实现，所述设计方案在附图中没有明确示出。外部支座28能够经由轴承24相对于输入轴14和输出轴16旋转。外部支座28例如能够设计为容纳行星齿轮系12的组成部分的壳体。环形齿轮20、行星架22和太阳轮32能够是行星齿轮系12的可相对彼此运动的部件。
[0031]耦接到输出轴16上的压缩机18例如能够设计为简单的往复式活塞压缩机。这种压缩机18可包括由输出轴16驱动的曲轴64，所述曲轴能够经由轴承24可转动地安装。曲轴64例如能够驱动布置在压缩机壳体40中的活塞38，所述活塞通过其在压缩机壳体40中周期性地上下运动产生压缩空气。为了该目的，未压缩的空气能够经由空气入口 44流入到活塞腔42中。流入到活塞腔42中的空气通过活塞28的运动来压缩，并且作为压缩空气经由空气出口 46离开压缩机18。通过空气入口 44和空气出口 46上的相应的进入阀和排出阀，能够阻止压缩机18引起的例如阻碍空气压缩的不期望的空气回流。压缩空气能够经由连接在压缩机18的空气出口 46上的压缩空气管道48来传输以用于进一步应用或者处理。在该连接中，图1仅示例性地示出储备容器50，所述储备容器可以作为代表压缩空气处理、压缩空气储藏以及所连接的压缩空气消耗部件的符号。
[0032]能切换的第一固定装置26能够经由第一阀装置52利用压缩空气信号来气动驱控。此外，能切换的第二固定装置30能够经由第二阀装置54利用气动的控制信号来气动驱控。第一阀装置52和第二阀装置54能够经由第一控制线路58和第二控制线路60由电子控制设备34来驱控。电子控制设备34能够经由信号线路56与车辆总线和/或车辆的其他控制设备、例如驱动输入轴14的驱动发动机耦接。第一阀装置52和第二阀装置54例如能够设计为具有自身的通风装置的简单的3/2换向阀。以该方式，能够分别在打开的和关闭的切换状态之间切换能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30。能切换的第一固定装置26的打开的切换状态能够对应于环形齿轮20相对于行星架22的相对转动性。打开的切换状态因此能够表示能切换的第一固定装置26的非力配合的中性位置。能切换的第一固定装置26的闭合的切换状态能够相应于环形齿轮20相对于行星架22的固定。在该切换状态下，能够相对于行星架22固定环形齿轮20。闭合的切换状态因此能够表示环形齿轮20与行星架22的力配合的耦接。以相同的方式，能切换的第二固定装置30的打开的切换状态能够相应于环形齿轮20相对于外部支座28的相对运动性，其中打开的切换状态能够表示非力配合的中性位置。同样地，能切换的第二固定装置30的闭合的切换状态能够相应于环形齿轮20相对于外部支座28的固定，其中闭合的切换状态能够表示环形齿轮20相对于外部支座28的力配合的耦接。能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30的闭合的切换状态例如能够通过经由第一阀装置52或第二阀装置54施加的气动控制压力来激发。能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30的打开的切换状态能够同样认为是处于无压力状态下的，即没有气动控制信号。替代所示出的气动驱控，也可以通过控制设备34直接电驱控能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30。能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30在该可替代的设计方案中例如能够分别包括至少一个电机，所述电机允许以选择的方式打开和关闭固定装置26，30。当认为能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30同时处于其相应的打开的切换状态时，可中断从输入轴14到输出轴16的转矩传递，并且行星齿轮系12的主要部件能够自由地相对彼此转动。行星齿轮系12的该运行状态能够用于实现驱动发动机和压缩机18之间的有效的脱耦或分离。行星齿轮系12因此可取代或提供离合器功能。当能够中断输入轴14和输出轴16之间的转矩传递时，离合器功能通常能够通过行星齿轮系12来提供。当能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30分别处于其闭合的切换状态下时，能够锁止行星齿轮系12。
[0033]在图1中示出行星齿轮系12的第一切换状态，其中能切换的第一固定装置26和能切换的第二固定装置30处于其打开的切换状态下。在行星齿轮系12的第一切换状态下，行星架22、环形齿轮20和外部支座28能够相对彼此自由地转动，使得处于输入轴14上的转矩并不被传递到输出轴16上。行星齿轮系12在第一切换位置中处于空转并且压缩机系统10不运送压缩空气。
[0034]图2示出在第二切换状态下的压缩机系统的一个实施形式。相比于图1中已知的压缩机系统10的第一切换状态，在图2中示出在其闭合的切换位置中的能切换的第一固定装置26。与此相应，在能切换的第一固定装置26上经由第一阀装置52施加气动控制信号，所述控制信号通过激活第一阀装置52经由控制线路58通过控制设备34来产生。在行星齿轮系12的所示出的第二切换状态下，环形齿轮20能够相对于外部支座28自由地转动，因为能切换的第二固定装置30处于其打开的切换状态下。环形齿轮20通过能切换的第一固定装置26相对于行星架22来固定，使得环形齿轮20与行星架22同步地围绕通过输入轴14预设的转动轴线转动。由于环形齿轮20相对于行星架22固定，由行星架22所支承的行星轮36不能相对于行星架22转动，因为环形齿轮20和行星架22之间的齿轮齿62阻碍了该转动。这直接导致，太阳轮32经由行星轮36驱动，使得输出轴16以与输入轴14相同的速度和转动方向来转动。在第二切换状态下，行星齿轮系12因此具有相应于直接驱动的传动比i=l。
[0035]图3示出第三切换状态下的压缩机系统的一个实施形式。与图1中已知的第一切换状态相比，在图3中示出的第三切换状态中，能切换的第二固定装置30处于其闭合的切换状态下，而能切换的第一固定装置26处于其打开的切换状态下。因此，行星架22相对于环形齿轮可自由转动，而环形齿轮20相对于外部支座28固定。因此，由于行星轮36经由齿轮齿62与环形齿轮20耦接，借助行星架22的转动，输入轴14的转动引起行星轮36相对于环形齿轮20的转动。行星轮36的转动引发太阳轮32进而还有输出轴16的转动，其中，太阳轮32比驱动的行星架22更快地转动。能够根据下述公式确定传动比:
【权利要求】
1.一种压缩机系统(10)，包括 -具有输入轴(14)和输出轴(16)的行星齿轮系(12)和耦接至所述输出轴(16)的、用于产生压缩空气的压缩机(18)， -其中所述行星齿轮系(12)包括环形齿轮(20)、行星架(22)和太阳轮(32)形式的能相对彼此运动的部件,并且 -其中设有能切换的第一固定装置(26)，通过所述能切换的第一固定装置能够相对于外部支座(28)固定所述环形齿轮(20)、所述行星架(22)或所述太阳轮(32)，并且 -其中设有能切换的第二固定装置(30)，通过所述能切换的第二固定装置能够将所述行星齿轮系(12)的能相对彼此运动的部件中的两个相对彼此固定。
2.根据权利要求1所述的压缩机系统，其特征在于，所述环形齿轮(20)能够通过所述能切换的第一固定装置(26)相对于外部支座(28)固定，并且所述环形齿轮(20)能够通过所述能切换的第二固定装置(30)相对于所述行星架(22)固定。
3.根据权利要求2所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述输入轴(14)与所述行星架(22)连接，并且所述输出轴(16)与太阳轮(32)连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述压缩机系统(10)包括驱控所述能切换的第一固定装置(26)和/或所述能切换的第二固定装置(30)的控制设备(34)。
5.根据权利要求4所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述控制设备(34)设计用于，当所述输入轴(14)上的转数小于或等于能确定的阈值转数时，通过激活所述能切换的第二固定装置(30 )相对于所述行星架(22 )固定所述环形齿轮(20 )。
6.根据权利要求4或5所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述控制设备(34)设计用于，当所述输入轴(14)上的转数大于能确定的阈值转数时，通过激活所述能切换的第一固定装置(26 )相对于所述外部支座(28 )固定所述环形齿轮(20 )。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述能切换的第一固定装置(26)和/或所述能切换的第二固定装置(30)能够被气动驱控。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述能切换的第一固定装置(26)和/或所述能切换的第二固定装置(30)能够被电驱控。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机系统(10)，其特征在于，所述行星齿轮系(12)是多级设计的。
10.一种用于运行压缩机系统(10)的方法，所述压缩机系统包括具有输入轴(14)和输出轴(16)的行星齿轮系(12)和耦接到所述输出轴(16)上、用于产生压缩空气的压缩机(18)，其中所述行星齿轮系(12)包括环形齿轮(20)、行星架(22)和太阳轮(32)形式的能相对彼此运动的部件,并且 -其中当所述输入轴(14)上的转数超过或低于能确定的阈值转数时，相对于外部支座(28)固定所述环形齿轮(20)、所述行星架(22)或所述太阳轮(32)，和 -其中当所述能相对于彼此运动的部件都未被相对于所述外部支座(28)固定时，将所述能相对彼此运动的部件中的两个相对彼此固定。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， -当所述输入轴(14)上的转数小于或等于所述能确定的阈值转数时，相对于所述行星架(22)固定所述环形齿轮(20)，和 -当所述输入轴(14)上的转数大于所述能确定的阈值转数时，相对于外部支座(28)固定所述环形齿轮 (20)。
【文档编号】F04B35/00GK103827488SQ201280046472
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】丹尼尔·盖斯-埃塞尔, 斯特凡·莱布安 申请人:克诺尔商用车制动系统有限公司