发明内容

本发明的目的是改进已知现有技术中的缺点，特别是提供一种高效的空气供给设备，该空气供给设备的运行能够优选与运行状态相关地被控制(特别是闭环控制)和/或监测。

这个目的通过权利要求1或者16的内容得以实现。

据此提供了一种用于轨道车辆或者用于商用车的空气供给设备。本发明的空气供给设备一般而言用于提供规定数量和质量的压缩空气，例如用于操作制动器、打开和关闭车门以及用于为空气弹簧提供供应。空气供给设备包括一组多个电消耗器，所述电消耗器分别承担空气供给设备特别是沿着压缩空气流的不同功能。例如，空气供给设备包括：一个优选将空气致密/压缩的压缩机；一个用于净化空气或者用于从空气中去除可能影响电动、气动消耗器运行的水分、污垢和/或油分的空气处理装置；一个或者多个用于控制气流的阀门；和/或一个用于空气烘干和/或除湿的空气干燥器。空气供给设备可以如此构成，即所述一组多个电消耗器沿着空气流串联。不言而喻，局部地沿着气流所述一组多个电消耗器中的至少两个电消耗器也可以相互并联。

另外，空气供给设备包括一个与轨道车辆的、特别是该轨道车辆的辅助变流器的或者商用车的供电装置联接的变流器。该变流器例如可以构造为变频器和/或交流转换器并且设置用于由一个交流电压产生一个频率和/或幅度不同的交流电压。变流器例如可以具有现有技术中已知的拓扑结构和/或以众所周知的方式实现，用以转换交流电压的幅度和/或频率。变流器设置用于将由供电装置提供的电压和/或频率与所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的运行电压和/或运行频率相匹配，所述电消耗器能够利用该运行电压和/或运行频率运行。根据一个示例性的实施方式，变流器使由供电装置提供的电压和/或频率与至少(特别是仅仅)压缩机的运行电压和/或运行频率相匹配。变流器例如可以将由供电装置提供的电压和/或频率继续传输给所述一组多个电消耗器中的另外的电消耗器，以例如进行切换，其中例如居间连接用于激活和关闭相应的电消耗器的、通过电流运行的、特别是电磁式的开关(如继电器)或者用于灵活地控制相应的电消耗器运行的电磁阀。例如，变流器可以具有至少一个功率输出端，变流器通过该功率输出端与所述至少一个电消耗器连接，以便利用相应的运行电压和/或运行频率运行这个电消耗器。此外，变流器可以具有多个控制输出端，其中变流器经由各一个控制输出端与所述一组多个电消耗器中的各一个电消耗器联接，特别是为了运行相应的电消耗器。

根据本发明的第一方面，变流器配置给所述一组多个消耗器中的至少两个、优选全部消耗器，即该变流器能够控制(特别是闭环控制)和/或监测所述一组多个消耗器中的所述至少两个消耗器的运行。由于变流器在控制技术上和/或在监测技术上配置给所述一组电消耗器中的至少两个、优选全部电消耗器，所以能够减少或者削减额外的电子控制系统和在现有技术中将各种电子回路连接起来所需的电子接口。这一点通过如下方式得到加强，即变流器构成一个用于控制(优选闭环控制)和/或监测的功能联合体，使得该变流器还作为中心电子系统用于监测、维护、诊断该变流器或者空气供给设备的运行、特别是所述一组多个电消耗器中的所述至少两个、优选全部电消耗器的运行。电消耗器运行是指电消耗器的启动和停止或者启动状态和停止状态或者一个运行模式，在该运行模式中这个电消耗器能够运行并且该运行模式可以变化，其中运行模式例如是指应急运行、满负荷运行、部分负荷运行和所有中间运行阶段，可以借助变流器调节这些运行模式，用以控制空气供给设备在一个运行点的优化运行，如噪声排放、压缩机温度、空气干燥器中再生空气的消耗、压缩机磨损或者油乳化。变流器因此构成用于空气供给设备的中心智能(centralintelligence)，该智能允许对所述一组多个消耗器中的至少两个、优选全部消耗器的运行施加影响，用以对空气供给设备的运行进行优化和/或对所述一组多个电消耗器中的所述至少两个、特别是全部电消耗器的运行或者运行状态进行监测，优选进行诊断。另外，变流器可以如此设计和/或配置给所述一组电消耗器中的所述至少两个电消耗器，使得它有针对性地沿着一个特别是通过气流确定的受控系统影响所述一组多个电消耗器中的所述至少两个电消耗器的运行，以便调节到所述至少两个电消耗器的和/或空气供给设备的所期望的、特别是事先确定的和/或与来自上一级电子系统的一个调节规定值相对应的运行。

在本发明的一个示例性的实施方式中，变流器具有电子系统，该电子系统设置用于将由供电装置提供的电压和/或频率转换为所述至少一个电消耗器的运行电压和/或运行频率。电子系统可以设置用于根据信息生成电信号，管理电能，和/或电子系统可以构成在一个电路板上，特别是为了实现电子应用。作为备选方案或者补充方案，变流器能够如此地与所述一组多个电消耗器中的所述至少两个电消耗器以传输信号的方式连接，即电子系统能够控制它们的运行。可以规定：电子系统根据存储在该电子系统中的控制算法控制一组多个电消耗器中的所述至少两个电消耗器的运行。作为备选方案或者补充方案，变流器电子系统可以从上一级电子系统如车辆控制系统或者制动控制系统接收控制信号，根据该控制信号能够控制所述一组电消耗器中的所述至少两个电消耗器。变流器例如可以具有多种运行模式，根据这些运行模式能够控制所述一组电消耗器中的至少两个电消耗器。例如，变流器可以从上一级电子系统接收一个优选数字的3位控制信号，该控制信号确定变流器的相应的运行模式。变流器可以设置用于根据由上一级电子系统确定的运行模式控制所述一组电消耗器中的所述至少两个电消耗器。例如将标准运行模式与辅助运行模式区分开来，它们的不同之处在于不同的输入电压和/或输入频率。根据一个发展，变流器根据运行模式(例如以满负荷运行、部分负荷运行或者辅助运行的方式)运行空气供给设备的电机的压缩机。此外，变流器可以设置用于根据压缩机的相应转速控制空气供给设备的所述一组电消耗器中的至少一个另外的、优选全部电消耗器的运行。根据一个示例性的发展，变流器可以如此与所述一组多个消耗器中的所述至少两个消耗器以传输信号的方式连接，使得电子系统可以根据存储在该电子系统中的闭环控制算法和/或根据从上一级电子系统如车辆控制系统或者制动控制系统接收的闭环控制信号闭环控制所述一组多个电消耗器中的所述至少两个电消耗器的运行。与开环控制不同，在闭环控制中在(特别是通过气流确定的)受控系统中实现对一个要被影响的变量(受控变量)的检测，并且对该受控变量进行优选连续的比较和/或使之与一个所期望的值、优选额定值相匹配。根据本发明的另一个示例性的实施方式，电子系统与一组多个电子消耗器中的所述至少两个消耗器以传输信号的方式连接，使得该电子系统可以根据存储在该电子系统中的分析评估算法监测所述一组多个电消耗器中的所述至少两个电消耗器的运行，优选以便能够得出关于其运行的结论，必要时能够采取维护措施和/或调整所述一组多个电消耗器中的相应电消耗器的运行。

在本发明空气供给设备的一个示例性的实施方式中，至少一个用于检测空气特定的测量值和/或消耗器特定的测量值和/或变流器的运行参数的传感器与变流器以传输信号的方式连接。空气特定的测量值例如可以是温度、压力、空气水分等等。消耗器特定的测量值例如可以是运行小时数、温度值、磨损值、输入功率或者输出功率。很显然，传感器不是必须直接测量所列出的测量值，而是例如可以规定，变流器、特别是变流器电子系统间接地确定、特别是计算相应的测量值，优选根据一个另外的测量值进行计算。例如，变流器、特别是变流器电子系统可以设置用于检测和/或监测空气供给设备的压缩机上的压力梯度。此外，变流器还设置用于根据压力梯度的变化确定压缩机的磨损程度。例如，当压力梯度变得越来越平坦时，压缩机的磨损程度随之上升。此外，传感器可以设置用于检测压缩机润滑的油温。例如，变流器电压或者温度可以作为运行参数。根据一个发展，所述至少一个传感器如此设置和/或配置给所述一组多个消耗器中的至少一个消耗器，使得该传感器能够检测空气特定的测量值和/或消耗器特定的测量值。作为示例性的传感器，可以使用压力传感器、温度传感器、压差传感器和/或温差传感器。变流器、优选其电子系统可以设置用于根据测得的一个测量值/多个测量值控制(特别是闭环控制)和/或监测所述一组电消耗器中的所述至少两个电消耗器的运行。

根据本发明空气供给设备的一个示例性的发展，所述至少一个传感器构造为用于测量压缩机的压力值、压缩机的上游的输入侧过滤器的压力值、空气干燥器的压力值，空气干燥器或者压缩机的温度和/或空气的脏污程度。作为压力值，例如可以测量相应的电动或者气动消耗器的上游的输入端压力和/或下游的输出端压力以及压差值。在空气干燥器中，传感器可以设置用于测量容器压力。例如，空气干燥器构造为具有两个干燥器容器的吸收-再生-干燥器。这些干燥器容器设置为：一个储气容器实施对容纳在其内的空气的干燥过程，而另一个储气容器则在其可以再次用于空气干燥之前进行再生循环。一旦再生循环结束，例如借助一个阀门在两个储气容器之间进行切换，使得之前处于干燥过程中的储气容器进行再生，而之前进行再生的储气容器则用于进行空气干燥。此外可以规定：在空气供给设备上确定冷却空气温度或者环境温度，以检测非期望的、有害的放热。此外能够有利的是，对生成的和输送的压缩空气进行监测、特别是测量，用以识别、特别是测量该压缩空气的成分、特别是异物颗粒如油微粒的存在。

下面的实例旨在说明借助于变流器控制、特别是闭环控制和/或监测空气供给设备的工作原理。例如压缩机可以配置压力传感器。当压缩机从变流器接收到一个启动控制信号，而压力传感器却未检测到特别是与初始位置相比或者与未操作的状态相比的压力变化、优选未检测到明显的压力变化时，变流器可以识别出压缩机的故障运行。此外，所述至少一个传感器可以配置给空气干燥器和特别是其储气容器，以检测其压力值。变流器设置用于将一个测得的压力值/多个测得的压力值进行相互比较和/或与用于相应的运行状态的、事先给定的、所预期的压力值进行比较，并且当存在偏差、特别是超过一个公差值的偏差时，识别出空气干燥器的故障运行状态。变流器可以设置用于通过监测冷却空气温度和/或环境温度对空气供给设备的冷却状态进行监测。传感器与此同时能够确定压缩机输入端或者环境空气与压缩机输出端之间的温差，据此变流器能够监测压缩机的、特别是空气供给设备的冷却状态。例如变流器设置用于在测得的温差过大的情况中确定存在压缩机的故障运行状态。所述至少一个传感器此外可以确定压缩机的输入侧过滤器的输入侧与输出侧的压差。例如，变流器设置用于将测得的压差与一个极限值进行比较，据此变流器可以确定输入侧过滤器是否已损坏、特别是堵塞。此外，变流器可以设置用于根据输入侧过滤器的输入侧与输出侧的压差识别输入侧过滤器是否存在饱和度/磨损度和在必要时启动维护措施。在本发明的另一个实例中，所述至少一个传感器可以检测压缩后的空气温度，并且所述至少一个变流器可以控制、特别是闭环控制，和/或优化空气干燥器的工作循环。例如，变流器可以设置用于基于压缩机的和/或空气干燥器的压力梯度对压缩机的空气输出量进行分析，用以例如此外还确定压缩机的磨损和/或效率。

在本发明空气供给设备的一个示例性的实施方式中，变流器、优选其电子系统构造为用于根据通过所述至少一个传感器测得的温度值和/或空气干燥器的至少一个加热器的时间规定值和/或加热时间控制、优选闭环控制加热器的运行、特别是其子组件的运行。例如，变流器可以根据一个时间规定值控制空气干燥器的加热器，其中时间规定值例如可以是一个确定的时钟时间和/或可以通过一定的循环得以实现。变流器、优选其电子系统此外可以构造为用于根据压缩机的一个压力值、优选上游与下游的压差值控制、优选闭环控制用于为压缩机通风的通风装置和/或用于在怠速运行中运行压缩机的怠速装置。例如能够是有利的是，对加热器的运行进行监测和/或控制，用以(尤其是在外部温度低于0℃的情况下)避免优选易损的组件/电消耗器、特别是空气干燥器的冻结。例如，所述至少一个传感器可以构造为热变阻器，如NTC-电阻或者NTC-热敏电阻，其一般而言是一个随温度变化的电阻，该电阻在一定的电阻值时接通，优选由变流器操控成使得加热器被接通。类似地在另一个确定的电阻值时关闭加热器。例如，可以在加热器的启动值与关闭值之间设置一个温度滞后，特别是为了避免连续地启动和关闭。怠速装置可以如此配置给压缩机，使得在运行出现故障和/或过短时将压缩机切换到怠速运行，或者将压缩空气排到大气中，从而人为地延长压缩机的运行时间，以防止不利的运行状态，例如由于运行时间短导致的过冷运行。

根据本发明的一个示例性的实施方式，变流器、优选其电子系统具有用于接收所述至少一个传感器的测量值的输入接口。例如，该接口以及所述至少一个传感器可以构成为用于信号无线传输。另外，变流器可以具有用于存储接收的测量值的存储单元。例如考虑：变流器分析评估传感器数据并且存储事先确定的特性值，诸如启动次数、平均运行时间、在事先确定的温度下的运行时间等等。另外，相关的过程数据诸如一种或者多种运行模式、运行时间、传感器数据和变流器运行数据也可以存储在存储单元上。例如，可以在例如压缩机停止运转或者发生故障的情况中读取存储单元上的上述数据并用于分析停止运转或者发生故障的根源。

根据本发明空气供应单元的一个示例性的发展，变流器、优选其电子系统设计为用于根据接收的测量值监测空气供给设备的、特别是所述一组多个消耗器中的至少一个消耗器的运行状态。特别是变流器设计为用于根据接收的测量值控制、特别是闭环控制空气供给设备的、特别是所述一组多个电消耗器中的至少一个消耗器的运行。优选可以基于接收的测量值对空气供给设备的或者所述一组多个电消耗器中的所述至少一个、优选全部电消耗器的运行进行调节。借助于变流器电子系统作为中心智能电子系统配置给整个空气供给设备、特别是配置给所述一组多个电消耗器中的全部电消耗器并承担控制功能、闭环控制功能以及监测功能，可以部分或者完全省略额外的电子组件，如控制系统和/或接口。与已知的空气供给设备相比，根据本发明的变流器不再仅仅负责生成/转换用于空气供给设备的所述一组电消耗器中的至少一个电消耗器的运行电压和/或运行频率，而且在空气供给设备运行期间还承担控制功能、闭环控制功能和/或监测功能。优选变流器经由所述至少一个集成的传感器接收闭环控制和/或监测所需的、有关空气供给设备运行的信息。根据这些数据，变流器可以作为空气供给设备的中心智能来根据需要和/或根据运行点控制、特别是闭环控制空气供给设备的运行以及采取维护措施和实施诊断措施，即监测。

在本发明空气供给设备的另一个示例性的实施方式中，变流器具有一个诊断装置，用以监测该变流器的所述至少一个运行参数。诊断装置可以配备一个适宜的软件。变流器能够根据所述至少一个变流器运行参数监测空气供给设备的、特别是至少一个消耗器的运行状态，和/或改变该变流器的运行，特别是为了调整所述至少一个运行参数。本发明的发明人例如发现可以经由变流器的运行参数推断出空气供给设备的运行状态。如果变流器现在根据所述至少一个运行参数识别出空气供给设备的故障运行的话，变流器就可以通过改变其控制输出值影响空气供给设备的运行，以使运行参数优选与一个存储在存储单元中的额定运行参数相匹配。

根据本发明的一个示例性的发展，变流器设置用于根据压缩机转速和/或环境温度和/或空气干燥器之后的空气的残余水分控制、特别是闭环控制空气供给设备的空气干燥器的运行。优选变流器设置用于根据压缩机转速如此控制、优选闭环控制空气干燥器的运行，使得空气干燥器的再生空气损失最小化和/或最佳化。本发明的发明人发现可以经由压缩机转速(其应该特别是根据相应的运行模式达到一个优选事先规定的额定值)监测压缩机的工作模式和/或运行。例如可以在没有传感器的情况下实现这一点。此外，所述至少一个传感器可以设计为用于检测空气供给设备的压缩机的转速。

在本发明的一个示例性的实施方式中，在存储单元中存储有用于空气供给设备的额定运行状态、特别是用于至少一个消耗器的额定运行状态的额定值。例如，在存储单元中可以为空气供给设备或者变流器的规定的运行模式中的每一种运行模式存储用于所述一组多个电消耗器中的各个电消耗器的额定值。例如可以规定：为每个测量值配置有所述一组多个电消耗器中的优选所述至少一个电消耗器的一个额定值。因此变流器能够对相应电消耗器的运行进行广泛和/或消耗器特定的诊断。根据一个发展，分析评估单元设置用于将接收的测量值与一个配置给该测量值的、用于空气供给设备的额定运行状态、特别是用于所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的额定运行状态的额定值进行比较。根据这个比较，变流器可以进行对相应的运行状态的合理的和/或消耗器特定的监测/诊断。此外，变流器可以基于所述比较/诊断调整空气供给设备的、特别是所述至少一个电消耗器的运行，例如通过适宜的控制干预/闭环控制干预。

根据本发明的一个示例性的发展，变流器、特别是分析评估单元构造为用于：根据对接收的测量值与配置给所述测量值的额定值的比较，在接收的测量值偏离配置该测量值的额定值时，识别到空气供给设备的、特别是该空气供给设备的所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的故障运行状态。特别是可以定义一个优选事先规定的容许偏差，使得只有当偏差超过该容许偏差时，才识别为存在故障运行状态。例如，全部比较数据都能够存储在存储单元中和/或供上一级电子系统使用。优选变流器连续地、根据一定的事先确定的循环和/或根据一个时间规定值进行额定值与实际值比较。此外，可以规定：所述至少一个传感器在检测到一个确定的测量值时致使、即触发变流器进行额定值与实际值比较。

在本发明的一个示例性的实施方式中，变流器构造为用于根据接收的测量值、特别是根据对接收的测量值和配置给所述测量值的额定值的比较，优选在空气供给设备的、特别是所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的故障运行状态的情况中，调整空气供给设备的、特别是所述一组多个电消耗器中的所述至少一个电消耗器的运行。由于对空气供给设备运行的监测之故，变流器获得与过程相关的测量数据。在此基础上，变流器例如可以设置用于影响空气供给设备的运行，以避免电消耗器及其组件损坏，并且在必要时重建空气供给设备的、特别是所述一组电消耗器中的所述至少一个电消耗器的额定运行状态。例如，变流器可以切换到应急运行、关断或者为上一级电子系统提供报警信号以及自身采取维护措施。在本发明空气供给设备的一个示例性的发展中，变流器具有通信接口，该通信接口设计为由一个单独的读取装置读取，和/或与上一级电子系统如车辆控制系统、制动控制系统和/或固定的数据处理装置优选无线式通信。例如，通信接口也可以构造为诊断接口，其中与例如能够借助一个数据传输系统如总线连续传输数据的通信接口相比，该诊断接口以单线的方式、即沿着一个方向提供数据。例如可以基于移动无线通信技术和/或无线因特网协议进行传输，其中例如借助轨道车辆周围的手机无线电杆进行通信。作为备选方案或者补充方案，也可以经由数据线进行通信/数据传输。

在本发明的一个示例性的实施方式中，变流器构造为用于产生模拟控制信号，该模拟控制信号用于控制、特别是闭环控制所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器。例如，模拟控制信号可以在4至20mA的范围内。根据一个发展，经由模拟控制信号控制、特别是闭环控制空气供给设备的用于产生冷却空气的通风机或者风扇。

根据本发明的一个示例性的实施方式，变流器为了为其供电直接与供电装置的滑接馈电线如第三轨或者架空导线连接。然而也可以考虑，在滑接馈电线与变流器之间连接辅助变流器，该辅助变流器通常用于为辅助装置如气动压力机、通风机以及油冷却器和水冷却器供电。在具有辅助变流器的情况中，变流器从辅助变流器接收平滑的、清洁的电压和/或频率。

在本发明空气供给设备的另一个示例性的实施方式中，变流器与一个额外的电源(如电池或者蓄电池)相连，空气供给设备利用该电源特别是在供电中断、特别是主供电中断(供电如上所述经由滑接馈电线或者经由辅助变流器实现)的情况中能够运行。例如，借助电源的运行可以设置用于仅仅经由能源动力运行压缩机，用以为集电弓的气动回路进行填充。通常集电弓的回路是与轨道车辆的其余的气动系统-特别是借助一个止回阀-气动分离的。例如，最大运行压力可以为8bar，特别是为了避免压缩机过热、变流器过热、电源耗尽或者空气干燥器过载。

根据本发明的另一个可以与上述方面和示例性的实施方式组合的观点，提供了一种用于闭环控制和/或监测空气供给设备的方法，所述空气供给设备包括一组多个电消耗器如压缩机、空气干燥器、阀门或类似件和一个与轨道车辆的供电装置联接的变流器，该变流器用于使由供电装置提供的电压和/或频率与轨道车辆的所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的运行电压和/或运行频率相匹配，所述电消耗器能够利用该运行电压和/或运行频率运行。在该方法中提供空气供给设备的电流。此外，由供电装置借助于变流器产生所述一组多个电消耗器中的至少一个电消耗器的运行电压和/或运行频率。根据本发明的这个方面，借助于变流器控制(优选闭环控制)和/或监测所述一组多个电消耗器中的至少两个、优选全部电消耗器的运行。

根据本发明方法的一个发展，该方法设计成，使得如上述方面或者示例性的实施方式之任一个所述的空气供给设备实现该方法。

在从属权利要求中提供了优选的实施方式。