用于軌道車輛的壓縮機系統和具有安全的緊急運行的壓縮機系統的運行方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于軌道車輛的壓縮機系統，其包括由電機(1)經由驅動軸(2)驅動的壓縮機(3)，該壓縮機用于為至少一個壓縮空氣容器(4)產生壓縮空氣，其中，電機(1)能至少間接地經由調節裝置(5)操控，用以使電機(1)以至少一個處在最大轉速(m)和最小轉速(i)之間的額定轉速(n)運行，此外在設置在壓縮機(3)下游的引導壓縮空氣的管路(6)中設置有至少一個壓力傳感器(7)，用于為調節裝置(5)確定壓力。按照本發明，用于連續影響電機(1)的轉速的執行機構(8)設置在供電裝置(15)和電機(1)之間，執行機構(8)能經由調節裝置(5)操控，并且在設置在壓縮機(3)下游的引導壓縮空氣的管路(6)中設置有壓力開關(16)用于監控在所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的壓力并用于影響至少電機(1)的轉速。本發明還涉及一種用于控制按照本發明的壓縮機系統的方法，其中，所述壓縮機(3)以可變的在最大轉速(m)和最小轉速(i)之間取任意中間值的轉速運行，壓力開關(16)監控在所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的壓力并且間接地至少影響電機(1)的轉速。
【專利說明】
用于軌道車輛的壓縮機系統和具有安全的緊急運行的壓縮機系統的運行方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于軌道車輛的壓縮機系統，其包括由電機經由驅動軸驅動的壓縮機，該壓縮機用于為至少一個壓縮空氣容器產生壓縮空氣，其中，電機能至少間接地經由調節裝置操控，用以使電機以至少一個處在最大轉速和最小轉速之間的額定轉速運行，此外在設置在壓縮機下游的引導壓縮空氣的管路中設置有至少一個壓力傳感器，用于為調節裝置確定壓力。本發明還涉及一種用于控制按照本發明的壓縮機系統的方法。
【背景技術】
[0002]對軌道車輛中的壓縮機提出了多方面的部分相反的要求，例如高的供給功率、足夠的接通持續時間、小的聲音排放、低的能量消耗、小的結構空間以及低的購置成本和壽命周期成本。在此，根據軌道車輛的運行狀態的不同，壓縮機必須滿足非常不同的需求特點。在設計壓縮機時提出的典型問題是在這些需求之間找到最佳的折中，該折中在軌道車輛的所有運行狀態下是可接受的。通常，在軌道車輛中使用電驅動的壓縮機。壓縮機在低的接通壓力和高的關斷壓力之間以恒定的轉速，即所謂的額定轉速在接通/關斷運行中運行。壓縮機這樣確定尺寸，使得實現預定的充風時間并且在運行中不低于最小的接通持續時間。
[0003]由通常已知的現有技術得知，在軌道車輛的不同運行狀態之間，壓縮機的運行沒有區別。冷卻系統的風扇在此經歷與壓縮機相同的運行管理，因為風扇通常直接由壓縮機連帶驅動。
[0004]此外已知，壓縮機系統的不同于通常運行的更復雜的運行和不同于通常構造的更復雜的構造具有附加的尤其是電子部件，這些部件可能具有附加的失效概率或者至少附加的故障易發性。換言之，由于在壓縮機系統中引入附加的電子部件，也將各個電子部件的附加的失效概率連帶引入壓縮機系統中。因此，壓縮機系統的故障概率和失效風險提高。因為壓縮機系統給制動設備供給壓縮空氣，所以壓縮機系統的失效通常導致軌道車輛停止。

【發明內容】

[0005]因此，本發明的目的是，這樣優化壓縮機系統和用于使壓縮機系統運行的方法，使得壓縮機系統的能量有效的并且降低聲音排放的運行在不提高壓縮機系統故障概率和失效風險的情況下是可能的。
[0006]在設備技術方面，所述目的從一種根據權利要求1前序部分的壓縮機系統出發結合權利要求1特征部分的特征實現。在方法技術方面，所述目的按照權利要求6結合權利要求6特征部分的特征實現。本發明的有利的進一步改進方案從后續的從屬權利要求得出。
[0007]按照本發明，用于連續影響電機轉速的執行機構設置在供電裝置和電機之間，執行機構能經由調節裝置操控，并且在設置在壓縮機下游的引導壓縮空氣的管路中設置有壓力開關，用于監控在所述至少一個壓縮空氣容器中的壓力并用于影響至少電機的轉速。
[0008]換言之，執行機構在功率流中位于電機上游并且因此連接在電機之前。執行機構允許電機以不同的轉速運行。特別是變頻器或逆變器適合于此。根據頻率的不同，匹配電機的轉速因而以及壓縮機的運行。然而，由于用于調節轉速的附加的電子部件、尤其是由于附加的傳感器、電纜和執行機構，壓縮機系統的故障概率和失效風險提高。
[0009]通過用于監控在所述至少一個壓縮空氣容器中的壓力的壓力開關，提高了這種壓縮機系統的安全性并且實現了安全的緊急運行的可能性。也就是，在壓力下降時，壓力開關可以間接地影響至少電機的轉速。通過壓力開關的信號“低于所述至少一個壓縮空氣容器中的確定的低的壓力”，壓縮機可以被這樣操控，尤其是壓縮機的轉速提高，以便將所述至少一個壓縮空氣容器中的壓力提高直至確定的高的壓力。因此，僅當壓力達到最小壓力或高的關斷壓力時，壓力開關便影響至少壓縮機的轉速。在達到最小壓力時轉速提高，達到高的關斷壓力至少降低轉速或者關斷壓縮機。換言之，在壓縮機系統中有導致達到在所述至少一個壓縮空氣容器中的最小壓力的故障時，重新開始壓縮機的通常運行，從而壓縮機以額定轉速運行。
[0010]按照一種優選的實施例，壓力開關為了間接地影響電機的轉速而與調節裝置作用連接。換言之，壓力開關將產生的信號傳送給調節裝置，其中，該調節裝置優選經由集成的控制算法使電機的轉速匹配于所獲得的信號。
[0011]按照另一種優選的實施例，用于將調節裝置和執行機構與電機斷開的功率開關連接在執行機構之后。在此，功率開關尤其是設置在供電裝置和電機之間并且因此不僅構成執行機構和電機之間的橋、而且構成供電裝置和電機之間的橋。
[0012]此外優選，壓力開關與功率開關經由設置在其間的控制邏輯單元連接。因此，功率開關獨立于調節裝置并且可以經由從壓力開關獲得信號的控制邏輯單元運行。
[0013]優選，調節裝置至少間接地操控設置在壓縮機下游的具有冷卻風扇的冷卻單元，調節裝置能連續地調定冷卻風扇的轉速。為此，在冷卻單元中優選集成有執行機構。替代地也可想到，執行機構至少連接在冷卻單元之前。同樣可想到，執行機構具有兩個控制輸出端，從而經由一個共同的執行機構不僅操控電機、而且操控冷卻風扇。
[0014]在方法技術方面，壓縮機以可變的在最大轉速和最小轉速之間取任意中間值的轉速運行，壓力開關監控在所述至少一個壓縮空氣容器中的壓力并且間接地至少影響電機的轉速。通過冷卻單元既不直接、也不間接地與壓縮機連接，實現單獨地操控冷卻單元和因而單獨地調定冷卻風扇的轉速。有利地也可以關斷壓縮機和冷卻風扇。
[0015]按照另一種實施例，調節裝置在達到所述至少一個壓縮空氣容器中的最小壓力時從壓力開關獲得信號，用以操控執行機構以使壓縮機至少以額定轉速運行，直至達到關斷壓力。由此可以尤其是抵抗有故障的傳感器和/或電纜。亦即，調節裝置依照壓力開關操控執行機構。
[0016]按照另一種實施例，控制邏輯單元在達到所述至少一個壓縮空氣容器中的最小壓力時從壓力開關獲得信號，用以操控功率開關并將調節裝置和執行機構與電機斷開，其中，壓縮機經由功率開關以額定轉速運行，直至達到關斷壓力。根據功率開關的調定，也可以為電機產生較高的轉速作為額定轉速。為此，功率開關將電機直接與供電裝置連接。因此，調節裝置不會影響電機并且因而不會影響壓縮機的轉速。由此可以尤其是抵抗整個調節裝置連同所有所屬傳感器以及執行機構的失效或故障。
[0017]特別優選，在所述至少一個壓縮空氣容器中的壓力至少兩次下降到最小壓力之后，電機間歇性地在至少當壓力下降到最小壓力時的額定轉速和當達到關斷壓力時壓縮機關斷之間運行。換言之，電機的轉速因而以及壓縮機的轉速不再改變，以便在所述至少一個壓縮空氣容器中保持相對恒定的壓力。但也可想到，壓縮機以最大轉速、而不是以額定轉速運行，以便能實現更快速地填充所述至少一個壓縮空氣容器。
【附圖說明】
[0018]下面依據附圖連同對本發明優選實施例的描述更詳細地闡述進一步的改進本發明的措施。圖中:
[0019]圖1示出按照本發明的壓縮機系統的框圖，
[0020]圖2示出按照本發明的根據第二實施例的壓縮機系統的框圖，和
[0021]圖3示出兩個關聯的圖表，其中，在上面的圖表中關于時間標出壓縮機的轉速，而在下面的圖表中關于時間標出壓縮機的壓力。
【具體實施方式】
[0022]按照圖1，用于軌道車輛的壓縮機系統具有電機I，該電機經由驅動軸2驅動用于產生壓縮空氣的壓縮機3。由壓縮機3產生的壓縮空氣經由引導壓縮空氣的管路6被引導至具有冷卻風扇14的冷卻單元9。在冷卻單元9下游，在引導壓縮空氣的管路6中設置有壓力傳感器7和溫度傳感器13b。此外，引導壓縮空氣的管路6通入預分離器11中，在該預分離器之后連接有空氣處理設備12。然后將干燥的并且清除顆粒的壓縮空氣供入壓縮空氣容器4中。此夕卜，在引導壓縮空氣的管路6中設置有壓力開關16，用于監控在壓縮空氣容器4中的壓力和用于間接影響電機I和冷卻風扇14的轉速。
[0023]設置在壓縮機3上的溫度傳感器13a以及溫度傳感器13b和壓力傳感器7將測得的溫度和測得的壓力統統發送給調節裝置5。此外，調節裝置5也經由信號輸入端10從其他的這里未示出的傳感器或列車管理系統獲得信號。此外，調節裝置5不僅適合于控制冷卻單元9的轉速，而且適合于將信號傳導給執行機構8。構成為變頻器的執行機構8調定電機I的轉速并且因而調定壓縮機3的轉速。此外，執行機構8具有兩個輸出端并且因而也通過調節裝置5調定冷卻風扇14的轉速。在此，用于連續影響電機I轉速的執行機構8設置在供電裝置15和電機I之間。在此，調節裝置5在達到壓縮空氣容器4中的最小壓力e時從壓力開關16獲得信號用以操控執行機構8以使壓縮機3以額定轉速η運行直至達到關斷壓力d。
[0024]按照圖2，用于將調節裝置5和執行機構8與電機I斷開的功率開關17連接在執行機構8之后。壓力開關16與功率開關17經由設置在其間的控制邏輯單元18相連接。在此，控制邏輯單元18在達到壓縮空氣容器4中的最小壓力e時從壓力開關16獲得信號，用以操控功率開關17并將調節裝置5和執行機構8與電機I斷開。壓縮機3便經由功率開關17以額定轉速η運行，直至達到關斷壓力d。
[0025]圖3用圖表說明由壓力開關16測得在壓縮空氣容器4中有壓力下降時的之前描述的進程。在區域a中，壓縮機3以在最小轉速i和額定轉速η之間的轉速運行，將壓縮空氣容器4中的壓力保持在確定的范圍中。因此，壓縮機3在區域a中處于被調節的運行中。轉速是可變的并且取決于情況。
[0026]在區域b中，壓縮空氣容器4中的壓力下降并且壓縮機3的轉速自發下降。換言之，在區域b中在被調節的運行中出現導致測得的壓力下降的故障。
[0027]當壓縮空氣容器4中的壓力達到最小壓力e時，壓力開關16做出反應并且在區域c中間接地經由功率開關17或者經由執行機構8將電機I的轉速因而以及壓縮機3的轉速提高到額定轉速η。因此，在區域c中壓力開關16做出反應，該反應導致運行從被調節的運行向不受調節的運行轉換。不受調節的運行具有兩個狀態。一個是壓縮機3以額定轉速η運行，而另一個是壓縮機3關斷。這里未示出的冷卻風扇14也以與壓縮機3的運行類似的方式運行。
[0028]在達到壓縮空氣容器4中的關斷壓力d之后，將壓縮機3關斷并且然后才重新以在最小轉速i和額定轉速η之間的轉速運行，從而壓縮空氣容器4中的壓力保持在確定的范圍內。
[0029]本發明不限于上述優選實施例。而是也可想到對此的包含在所附權利要求書的保護范圍之內的改型。因此，例如也可能的是，壓縮機3供給多個壓縮空氣容器4。也可能的是，在達到壓縮空氣容器4中的最小壓力e時將電機I的轉速因而以及壓縮機3的轉速提高到最大轉速m，而不是僅僅提高到額定轉速η。
[0030]附圖標記列表:
[0031]I電機
[0032]2驅動軸
[0033]3壓縮機
[0034]4壓縮空氣容器
[0035]5調節裝置
[0036]6引導壓縮空氣的管路
[0037]7壓力傳感器
[0038]8執行機構
[0039]9冷卻單元
[0040]10信號輸入端
[0041]11預分離器
[0042]12空氣處理設備
[0043]13a、13b溫度傳感器
[0044]14冷卻風扇
[0045]15供電裝置
[0046]16壓力開關
[0047]17功率開關
[0048]18控制邏輯單元
[0049]a、b、c 區域
[0050]d關斷壓力[0051 ] e 最小壓力
[0052]i最小轉速
[0053]m最大轉速
[0054]η額定轉速
【主權項】
1.用于軌道車輛的壓縮機系統，包括由電機(I)經由驅動軸(2)驅動的壓縮機(3)，該壓縮機用于為至少一個壓縮空氣容器(4)產生壓縮空氣，其中，電機(I)能至少間接地經由調節裝置(5)操控，用以使電機(I)以至少一個處在最大轉速(m)和最小轉速(i)之間的額定轉速(η)運行，此外在設置在壓縮機(3)下游的引導壓縮空氣的管路(6)中設置有至少一個壓力傳感器(7)，用于為調節裝置(5)確定壓力， 其特征在于:用于連續影響電機(I)轉速的執行機構(8)設置在供電裝置(15)和電機(I)之間，執行機構(8)能經由調節裝置(5)操控，并且在設置在壓縮機(3)下游的引導壓縮空氣的管路(6)中設置有壓力開關(16)，用于監控在所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的壓力并用于影響至少電機(I)的轉速。2.根據權利要求1所述的壓縮機系統，其特征在于:所述壓力開關(16)為了間接地影響電機(I)的轉速而與調節裝置(5)作用連接。3.根據權利要求1所述的壓縮機系統，其特征在于:用于將調節裝置(5)和執行機構(8)與電機(I)斷開的功率開關(17)連接在執行機構(8)之后。4.根據權利要求3所述的壓縮機系統，其特征在于:所述壓力開關(16)與功率開關(17)經由設置在其間的控制邏輯單元(18)連接。5.根據權利要求1所述的壓縮機系統，其特征在于:所述調節裝置(5)至少間接地操控設置在壓縮機(3)下游的具有冷卻風扇(14)的冷卻單元(9)，調節裝置(5)能連續地調定冷卻風扇(14)的轉速。6.用于控制根據權利要求1至5之一所述的壓縮機系統的方法，其特征在于:所述壓縮機(3)以可變的在最大轉速(m)和最小轉速(i )之間取任意中間值的轉速運行，壓力開關(16)監控在所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的壓力并且間接地至少影響電機(I)的轉速。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:所述控制邏輯單元(18)在達到所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的最小壓力(e)時從壓力開關(16)獲得信號，用以操控功率開關(17)并將調節裝置(5)和執行機構(8)與電機(I)斷開，其中，壓縮機(3)經由功率開關(17)以額定轉速(η)運行，直至達到關斷壓力(d)。8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:在達到所述至少一個壓縮空氣容器(4)中的最小壓力(e)時，所述調節裝置(5)從壓力開關(16)獲得信號，用以操控執行機構(8)以使壓縮機(3)至少以額定轉速(η)運行，直至達到關斷壓力(d)。9.根據權利要求6至8之一所述的方法，其特征在于:在所述至少一個壓縮空氣容器(4)的壓力至少兩次下降到最小壓力(e)之后，電機(I)間歇性地在至少當壓力下降到最小壓力(e)時的額定轉速(η)和當達到關斷壓力(d)時壓縮機(3)關斷之間運行。
【文檔編號】F04B35/04GK105940221SQ201480074101
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月2日
【發明人】T·基普, G·阿斯曼
【申請人】克諾爾軌道車輛系統有限公司