-
Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die insbesondere zum
Antrieb eines Fahrzeugs dient, sowie ein Verfahren für deren
Betrieb. Neben Fahrzeugantrieben kommen stationäre Antriebsvorrichtungen in Betracht.
-
Gattungsgemäße Antriebssysteme
mit Antriebsmaschinen, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, Turbinen
wie Gasturbinen, Elektromotoren, Brennstoffzellen oder Expansionsmaschinen
in Form von Schrauben- oder Kolbenexpandern, weisen typischerweise
mehrere Flüssigkeitskreisläufe auf,
die jeweils unterschiedlichen Zwecken dienen. Üblicherweise umfassen diese
einen geschlossenen Kühlkreislauf
zur Flüssigkeitskühlung der
Antriebsmaschine oder einer von dieser angetriebenen Komponente.
Dabei wird als Kühlmedium
typischerweise eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel, beispielsweise
Glykol, verwendet. Des Weiteren werden zur Erzielung einer hohen
chemischen und thermischen Stabilität zusätzliche Additive beigemischt.
Die Kühlung
erfolgt üblicherweise
mittels einer Durchströmung
von Teilen des Gehäuses
der Antriebsmaschine bei einem moderaten Überdruck und Temperaturen unter
115°C für das Kühlmedium.
Für hochbelastete
Motoren können
zusätzlich
separat angelegte Kühlkreislaufe,
beispielsweise zur Kolbenkühlung
oder zur Kühlung
der Lagerung von Turbinenwellen bei Abgasturboladern, verwendet
werden.
-
Des
Weiteren liegt üblicherweise
als weiterer Flüssigkeitskreislauf
ein Schmierstoffkreislauf vor, in dem mineralölbasierte, synthetische oder
halbsynthetische Öle
den Lagerungskomponenten zugeführt
werden. Dabei sind Schmiermittel insbesondere im Hinblick auf die
Viskosität,
etwa zur Verringerung der Viskosität bei hoher Temperatur zum
Erzielen von Leichtlaufölen,
einzustellen.
-
Eine
wiederum hiervon abweichende Anforderung ergibt sich für Hydraulikmedien,
insbesondere für Bremsflüssigkeiten.
Diese müssen
hygroskopisch sein, um das Entstehen von Wassertropfen innerhalb
eines geschlossenen Bremskreises zu vermeiden und so Blasenbildungen
beim Erhitzen ausschließen
zu können. Die
generelle Anforderung eines hohen Siedepunkts erfüllen die
heute üblicherweise
verwendeten Polyglykolverbindungen und die zugeschlagenen Additive,
beispielsweise Korrosionsschutzmittel.
-
Ferner
sehen energieeffiziente Antriebsvorrichtungen Zusatz- oder Sekundärantriebe
zur Abwärmenutzung
der primären
Antriebsmaschine vor. Hierzu wird Abwärme, beispielsweise im Abgas
einer Verbrennungskraftmaschine, zur Verdampfung eines Arbeitsmediums
in einem Verdampfer ausgenutzt, wobei die so entstehende Dampfphase
zur Verrichtung mechanischer Arbeit einem Expander zugeführt wird
und sodann über
einen Kondensator als Flüssigphase
erneut in den Verdampfer eintritt.
-
Aus
der
DE 103 28 289
B3 ist als Arbeitsmedium für eine Dampfkreisprozessvorrichtung
eine Mischung aus Wasser und wenigstens einer heterozyklischen Verbindung
sowie einem Zusatz mischbarer Polymere, tensidischer und/oder sonstiger
organischer Schmiermittel bekannt. Als heterozyklische Verbindungen werden
insbesondere 2-Methylpyridin, 3-Methylpyridin,
Pyridin, Pyrrol und Pyridazin vorgeschlagen. Dabei wird mittels
der heterozyklischen Verbindung der Gefrierpunkt der Betriebsflüssigkeit
unterhalb 0°C
eingestellt. Zugleich bildet die heterozyklische Verbindung mit
Wasser ein Azeotrop, sodass diese zusammen mit dem Wasseranteil
im Dampferzeuger in die Gasphase übergeht. Hierbei werden Schmiermittel
ebenfalls in der Dampfphase zur Ausführung einer Selbstschmierung
zum Expander transportiert.
-
DE 10 2005 008 104
A1 beschreibt einen Fahrzeugantrieb mit einer Antriebsmaschine
und einem Flüssigkeits-Kühlsystem,
dessen Betriebsmedium eine ionische Flüssigkeit enthält.
-
DE 10 2007 043 373
A1 beschreibt eine Antriebsmaschine, bei der zur Ausnutzung
von Abgasenergie ein Dampfprozess vorgesehen ist, welcher wiederum
mit einer ionischen Flüssigkeit
als Betriebsmedium arbeitet. Die ionische Flüssigkeit kann auch als Schmiermittel
verwendet werden.
-
DE 10 2005 026 916
A1 beschreibt einen Verdichter, der mittels eines Schmiermediums
geschmiert und/oder gekühlt
wird, wobei das Schmiermedium eine ionische Flüssigkeit ist.
-
Schließlich beschreibt
die
DE 102 59 488
A1 eine mit Dampf betriebenen Wärmekraftmaschine mit einem
Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreislauf.
-
Nachteilig
an den bekannten Betriebsflüssigkeiten
für Dampfkreisprozesse
ist deren Toxizität,
sodass aufwendige Vorkehrungen getroffen werden müssen, um
einen Austritt der Betriebsflüssigkeit,
beziehungsweise ihrer Gasphase, sicher zu verhindern. Bei einer
Verwendung in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, kann dies
allerdings im Hinblick auf mögliche
Unfallgefahren nicht vollständig ausgeschlossen
werden. Weitere, jeweils angepasste Betriebsmedien, ergeben sich
für den
Betrieb von Fahrzeugretardern sowie für hydraulische Systeme der
Fahrzeuglenkung.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
mit einer Vereinfachung des Kühlsystems
und des Schmierstoffkreislaufes anzugeben. Des Weiteren sind für eine vorteilhafte
Ausführung die
konstruktive Ausgestaltung sowie der Betrieb von Zusatz- und Nebenaggregaten,
wie einer Dampfkreisprozessvorrichtung, eines Retarders sowie von
Systemen zur Brennkraft- und Lenkungsunterstützung, zu vereinfachen.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale
der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung beruht auf der Verwendung eines Gesamtbetriebsmediums
für die
Antriebsvorrichtung, das in der Lage ist, unterschiedliche Anforderungen
zum Betrieb des Kühlsystems
zum einen und des Schmierstoffkreislaufes zum anderen zu erfüllen. Gemäß einer
vorteilhaften Weitergestaltung dient das Gesamtbetriebsmedium zusätzlich zum
Betrieb einer Dampfkreisprozessvorrichtung und/oder eines Retarders und/oder
weiterer hydraulisch betriebener Systeme, zum Beispiel zum Bremsen
oder Lenken eines Kraftfahrzeugs. Als Gesamtbetriebsmedium wird
erfindungsgemäß eine Flüssigkeitsmischung
vorgeschlagen, die eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten und eine verdampfbare
Flüssigkeit
umfasst. Dabei wird besonders bevorzugt Wasser als verdampfbare
Flüssigkeit
verwendet. Ferner können
zusätzliche
Additive zugesetzt werden.
-
Eine
ionische Flüssigkeit
ist ein Salz mit einem Schmelzpunkt kleiner 100°C bei 1 bar. Vorzugsweise hat
die ionische Flüssigkeit
in Reinform einen Schmelzpunkt kleiner 70°C, besonders bevorzugt kleiner
30°C und
ganz besonders bevorzugt kleiner 0°C bei 1 bar. Für eine besonders
bevorzugte Ausführungsform
ist die ionische Flüssigkeit
unter Normalbedingungen (1 bar, 21°C), d. h. bei Raumtemperatur,
flüssig.
-
Ionische
Flüssigkeiten
zeichnen sich durch einen kaum messbaren Dampfdruck aus. Des Weiteren können chemisch
inerte und temperaturstabile ionische Flüssigkeiten gewählt werden,
sodass sich die Möglichkeit
eröffnet,
ein in einem Sammelreservoir bevorratetes Gesamtbetriebsmedium durch
eine Veränderung der
Mischungsanteile dem vorgesehenen Verwendungszweck anzupassen. Hierzu
kann mittels einer Abscheidevorrichtung eine wenigstens teilweise
Trennung der ionischen Flüssigkeit
von der verdampfbaren Flüssigkeit
vorgenommen werden, sodass unterschiedliche Mischungsverhältnisse
zwischen der ionischen Flüssigkeit
und der verdampfbaren Flüssigkeit
eingestellt und im Limit die Mischungsbestandteile ionische Flüssigkeit und
verdampfbare Flüssigkeit
im Wesentlichen in Reinform vorliegen.
-
So
kann die ionische Flüssigkeit
oder ein mit ionischer Flüssigkeit
angereicherter Abzug aus dem Gesamtbetriebsmedium als Schmiermedium
zum Betrieb eines Schmierstoffkreislaufes dienen. Aufgrund der hohen
Temperaturstabilität
der ionischen Flüssigkeit
ist die Ausgestaltung des Schmierstoffkreislaufs vereinfacht. Dabei
kann insbesondere auf eine separate Kühleinrichtung verzichtet werden
und stattdessen das erhitzte Schmiermedium dem Kühlsystem der Antriebsmaschine,
insbesondere einem Reservoir für
das Kühlmedium oder
wiederum dem Sammelreservoir für
das Gesamtbetriebsmedium, zugeführt
werden.
-
Ein
mit der verdampfbaren Flüssigkeit
angereicherter Abzug oder die im Wesentlichen reine verdampfbare
Flüssigkeit
kann als Kühlmedium
dienen. Alternativ kann das Gesamtbetriebsmedium direkt in den Kühlkreislauf
eingespeist werden. Ferner besteht für eine weitergestaltete Antriebsvorrichtung
die Möglichkeit,
eine Dampfkreisprozessvorrichtung vorzusehen, deren Arbeitsmedium
wiederum das Gesamtbetriebsmedium oder ein Abzug aus dem Gesamtbetriebsmedium
ist. Besonders bevorzugt wird hierzu die Abscheidevorrichtung zur Trennung
der ionischen Flüssigkeit
und der verdampfbaren Flüssigkeit
als Verdampfer ausgebildet, dem die Abwärme der Antriebsvorrichtung
zugeführt
wird. Durch Abdampfen wenigstens eines Teils der verdampfbaren Flüssigkeit
entsteht eine durch die ionische Flüssigkeit angereicherte Flüssigphase
und eine Dampfphase, die zur Entspannung und Verrichtung mechanischer
Arbeit einem Expander zugeleitet wird. Für eine alternative Ausgestaltung
kann zur Trennung von Dampf- und Flüssigphase ein dem Verdampfer
nachgeschalteter Separator verwendet werden. Für eine vorteilhafte Ausgestaltung
wird der Expander ausgangsseitig an ein mit einem hinreichenden
Puffervolumen versehenen Reservoir für das Kühlmedium angeschlossen, sodass
auf einen Kondensator sekundärseitig
zum Expander verzichtet werden kann.
-
Zusätzlich zur
Funktion als Teil eines Schmiermediums ist der ionischen Flüssigkeit
im einheitlichen Gesamtbetriebsmedium bevorzugt zusätzlich die
Aufgabe einer Frostschutzsicherung zugeordnet. Dabei wird durch
die Wahl der Anionen-Kationen-Paarung der ionischen Flüssigkeit
der Schmelzpunkt der Mischung mit der verdampfbaren Flüssigkeit
als über
dem Gefrierpunkt liegend eingestellt.
-
Ferner
wird von einem Mindestanteil von 0,01 Gew.-% jeweils für die ionische
Flüssigkeit
und die verdampfbare Flüssigkeit
im Gesamtbetriebsmedium ausgegangen. Besonders bevorzugt wird ein
tieferliegender Schmelzpunkt der Mischung unterhalb –5°C, besonders
bevorzugt unterhalb –10°C und weiter
bevorzugt unterhalb –30°C. Dabei
werden im Hinblick auf die bevorzugten Temperaturschwellen für ein belüftetes System Normaldruckbedingungen
angenommen (1013 mbar). Für
ein geschlossenes System wird der jeweilige Systemdruck zur Einstellung
der Schmelzpunktemperatur als Referenzdruck herangezogen.
-
Dabei
soll für
das Gesamtbetriebsmedium das Merkmal eines unterhalb des Gefrierpunkts
der verdampfbaren Flüssigkeit
liegenden Schmelzpunkts wenigstens in einem Mischungsverhältnisbereich
gelten, das im Sammelreservoir einer stillgesetzten, kalten Antriebsvorrichtung
vorliegt. Bevorzugt wird ein Gewichtsanteil der verdampfbaren Flüssigkeit
von wenigstens 10 gw.-% und höchstens
90 gw.-% angenommen, stärker bevorzugt
wird hierfür
das Intervall von 20 gw.-% bis 80 gw.-%. Besonders bevorzugt wird
für den
Fall eines kalten Systems ein Gewichtsverhältnis der ionischen Flüssigkeit
zu verdampfbarer Flüssigkeit,
das im Bereich von 60:40 bis 40:60 liegt. Besonders bevorzugt liegt
für die
voranstehend genannten Mischungsverhältnisse der Schmelzpunkt der
Mischung unterhalb –5°C, besonders
bevorzugt unterhalb –10°C und weiter
bevorzugt unterhalb –30°C.
-
Beim
Betrieb kann sich mit zunehmender Temperatur das Mischungsverhältnis im
Gesamtbetriebsmedium verschieben. Dies kann bis zur im Wesentlichen
vollständigen
Abtrennung der ionischen Flüssigkeit
vom Gesamtbetriebsmedium führen.
Dabei ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, das Mischungsverhältnis im Betrieb
auf Temperatur so weit zu verändern,
dass die Temperaturbedingung für
den Schmelzpunkt der Mischung, als unterhalb des Gefrierpunkts der
verdampfbaren Flüssigkeit
liegend, für
bestimmte Betriebsphasen nicht mehr erfüllt ist. Dies wird noch als
Teil einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verstanden.
Nach dem Anlagenstillstand wird das Mischungsverhältnis im
Sammelreservoir wieder zurückgeführt, um
die Frostsicherheit erneut sicherzustellen.
-
Bevorzugte
ionische Flüssigkeiten
zur Ausführung
der Erfindung enthalten zumindest eine organische Verbindung als
Kation, ganz besonders bevorzugt enthalten sie ausschließlich organische
Verbindungen als Kationen. Geeignete organische Kationen sind insbesondere
organische Verbindungen mit Heteroatomen, wie Stickstoff, Schwefel
oder Phosphor. Besonders bevorzugt handelt es sich um organische
Verbindungen mit mindestens einer, vorzugsweise genau einer kationischen
Gruppe, ausgewählt
aus einer Ammonium-Gruppe, einer Oxonium-Gruppe, einer Sulfonium-Gruppe
oder einer Phosphonium-Gruppe.
-
Insbesondere
kommen ionische Flüssigkeiten
in Betracht, die als Anion ein C1 bis C4-Alkylsulfonat, vorzugsweise
Methylsulfonat, ein ganz oder teilweise fluoriertes C1 bis C4 Alkylsulfonat,
vorzugsweise Trifluormethylsulfonat enthalten. Besonders bevorzugte
ionische Flüssigkeiten
sind solche, welche ein Kation der Formel IVa (Pyridinium) oder
IVe (Imidazolium) oder IVx (Phosphonium) oder IVy (Morpholinium)
und als Anion ein C1 bis C4-Alkylsulfonat, vorzugsweise Methylsulfonat,
ein ganz oder teilweise fluoriertes C1 bis C4 Alkylsulfonat, vorzugsweise
Trifluormethylsulfonat enthalten, beziehungsweise in einer ganz
besonders bevorzugten Ausführungsform
ausschließlich
aus einem derartigen Kation und Anion bestehen.
-
In
einer besonderen Ausführungsform
handelt es sich bei den ionischen Flüssigkeiten um Salze mit Ammonium-Kationen,
worunter Verbindungen mit vierbindigem Stickstoff und lokalisierter
positiver Ladung am Stickstoff oder aromatische Ringsysteme mit
mindestens einem, vorzugsweise einem oder zwei, besonders bevorzugt
zwei Stickstoffatomen im Ringsystem und einer delokalisierten positiven
Ladung verstanden werden.
-
Besonders
bevorzugte Ammonium-Kationen sind die Imidazolium-Kationen, worunter
alle Verbindungen mit einem Imidazolium-Ringsystem und gegebenenfalls
beliebigen Substituenten an den Kohlenstoff- und/oder Stickstoffatomen
des Ringsystems verstanden werden.
-
Bei
dem Anion kann es sich um ein organisches oder anorganisches Anion
handeln. Besonders bevorzugte ionische Flüssigkeiten bestehen ausschließlich aus
dem Salz eines organischen Kations mit einem der nachstehend genannten
Anionen.
-
Das
Molgewicht der ionischen Flüssigkeiten
ist vorzugsweise kleiner 2000 g/mol, besonders bevorzugt kleiner
1500 g/mol, besonders bevorzugt kleiner 1000 g/mol und ganz besonders
bevorzugt kleiner 750 g/mol; in einer besonderen Ausführungsform
liegt das Molgewicht zwischen 100 und 750 bzw. zwischen 100 und
500 g/mol.
-
Geeignete
ionische Flüssigkeiten
sind insbesondere Salze der nachstehenden allgemeinen Formel I [A]n
+[Y]n–
(I) in der n
für 1,
2, 3 oder 4 steht, [A]+ für ein Ammonium-Kation,
ein Oxonium-Kation, ein Sulfonium-Kation oder ein Phosphonium-Kation
und [Y]n– für ein ein-,
zwei-, drei- oder vierwertiges Anion steht;
Oder gemischte
Salze der allgemeinen Formeln (II) [A1]+[A2]+[Y]2–
(IIa);
[A1]+[A2]+[A3]+[Y]3–
(IIb); oder
[A1]+[A2]+[A3]+[A4]+[Y]4–
(IIc), wobei
[A1]+, [A2]+, [A3]+ und [A4]+ unabhängig
voneinander aus den für
[A]+ genannten Gruppen ausgewählt sind und
[Y]n– die
unter B1) genannte Bedeutung besitzt; oder
oder gemischte Salze
der allgemeinen Formeln (III) [A1]+[A2]+[A3]+[M1]+[Y]4–
(IIIa);
[A1]+[A2]+[M2]+[M2]+[Y]4–
(IIIb);
[A1]+[M1]+[M2]+[M3]+[Y]4–
(IIIc);
[A1]+[A2]+[M1]+[Y]3–
(IIId);
[A1]+[M1]+[M2]+[Y]3–
(IIIe);
[A1]+[M1]+[Y]2–
(IIIf);
[A1]+[A2]+[M4]2+[Y]4–
(IIIg);
[A1]+[M1]+[M4]2+[Y]4–
(IIIh);
[A1]+[M5]3+[Y]4–
(IIIi); oder
[A1]+[M4]2+[Y]3–
(IIIj) wobei
[A1]+, [A2]+ und [A3]+ unabhängig voneinander
aus den für
[A]4+ genannten Gruppen ausgewählt sind,
[Y]n– die
unter B1) genannte Bedeutung besitzt und [M1]+, [M2]+,
[M3]+ einwertige
Metallkationen, [M4]2+ zweiwertige Metallkationen
und [M5]3+ dreiwertige
Metallkationen bedeuten;
oder Gemische hiervon.
-
Bevorzugt
sind ionische Flüssigkeiten
in denen das Kation [A]+ ein Ammonium-Kation ist, welches
im Allgemeinen 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 3 und besonders bevorzugt
1 bis 2 Stickstoffatome enthält.
-
Geeignete
Kationen sind beispielsweise die Kationen der allgemeinen Formeln
(IVa) bis (IVy)
sowie
Oligomere, die diese Strukturen enthalten.
-
-
Ferner
kann Morpholinium gewählt
werden.
-
Ein
weiteres, geeignetes Kation ist auch ein Phosphonium-Kation der
allgemeinen Formel (IVy)
sowie Oligomere, die diese
Struktur enthalten.
-
In
den oben genannten Formeln (IVa) bis (IVy) stehen
der Rest
R für einen
Kohlenstoff enthaltenden organischen, gesättigten oder ungesättigten,
acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen,
unsubstituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funktionelle
Gruppen unterbrochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
und
die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander
für Wasserstoff,
eine Sulfo-Gruppe oder einen Kohlenstoff enthaltenden organischen,
gesättigten
oder ungesättigten,
acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen,
unsubstituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funktionelle
Gruppen unterbrochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
wobei die Reste R1 bis R9,
welche in den oben genannten Formeln (IV) an ein Kohlenstoffatom
(und nicht an ein Heteroatom) gebunden sind, zusätzlich auch für Halogen
oder eine funktionelle Gruppe stehen können; oder
zwei benachbarte
Reste aus der Reihe R1 bis R9 zusammen
auch für
einen zweibindigen, Kohlenstoff enthaltenden organischen, gesättigten
oder ungesättigten,
acyclischen oder cyclischen, aliphatischen, aromatischen oder araliphatischen,
unsubstituierten oder durch 1 bis 5 Heteroatome oder funktionelle
Gruppen unterbrochenen oder substituierten Rest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen.
-
Als
Heteroatome kommen bei der Definition der Reste R und R1 bis
R9 prinzipiell alle Heteroatome in Frage,
welche in der Lage sind, formell eine -CH2-,
eine -CH=, eine -C≡ oder
eine =C=-Gruppe zu ersetzen. Enthält der den Kohlenstoff enthaltende
Rest Heteroatome, so sind Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor und
Silizium bevorzugt. Als bevorzugte Gruppen seien insbesondere -O-,
-S-, -SO-, -SO2-, -NR'-, -N=, -PR'-, -POR'- und -SiR'2- genannt,
wobei es sich bei den Resten R' um
den verbleibenden Teil des Kohlenstoff enthaltenden Rests handelt.
Die Reste R1 bis R9 können dabei
in den Fällen,
in denen diese in den oben genannten Formeln (IV) an ein Kohlenstoffatom
(und nicht an ein Heteroatom) gebunden sind, auch direkt über das Heteroatom
gebunden sein.
-
Als
funktionelle Gruppen kommen prinzipiell alle funktionellen Gruppen
in Frage, welche an ein Kohlenstoffatom oder ein Heteroatom gebunden
sein können.
Als geeignete Beispiele seien -OH (Hydroxy), =O (insbesondere als
Carbonylgruppe), -NH2 (Amino), =NH (Imino),
-COOH (Carboxy), -CONH2 (Carboxamid), -SO3H (Sulfo) und -CN (Cyano) genannt. Fuktionelle
Gruppen und Heteroatome können
auch direkt benachbart sein, so dass auch Kombinationen aus mehreren
benachbarten Atomen, wie etwa -O-(Ether), -S-(Thioether), -COO-(Ester),
-CONH-(sekundäres
Amid) oder -CONR'-(tertiäres Amid),
mit umfasst sind, beispielsweise Di-(C1-C4-alkyl)-amino, C1-C4-Alkyloxycarbonyl oder C1-C4-Alkyloxy.
-
Als
Halogene seien Fluor, Chlor, Brom und Iod genannt.
-
Bevorzugt
steht der Rest R für
unverzweigtes
oder verzweigtes, unsubsituiertes oder ein bis mehrfach mit Hydroxy,
Halogen, Phenyl, Cyano, C1- bis C6-Alkoxycarbonyl und/oder Sulfonsäure substituiertes
C1- bis C18-Alkyl
mit insgesamt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methyl,
Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl,
2-Butyl, 2-Methyl-1-propyl (Isobutyl), 2-Methyl-2-propyl (tert.-Butyl),
1-Pentyl, 2-Pentyl,
3-Pentyl, 2-Methyl-1-butyl, 3-Methyl-1-butyl, 2-Methyl-2-butyl,
3-Methyl-2-butyl,
2,2-Dimethyl-1-propyl, 1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Methyl-1-Pentyl,
3-Methyl-1-Pentyl, 4-Methyl-1-Pentyl, 2-Methyl-2-Pentyl, 3-Methyl-2-Pentyl,
4-Methyl-2-Pentyl,
2-Methyl-3-Pentyl, 3-Methyl-3-Pentyl, 2,2-Dimethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-1-butyl,
3,3-Dimethyl-1-butyl, 2-Ethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-2-butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl,
1-Heptyl, 1-Octyl, 1-Nonyl, 1-Decyl, 1-Undecyl, 1-Dodecyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl,
1-Octadecyl, 2-Hydroxyethyl, Benzyl, 3-Phenylpropyl, 2-Cyanoethyl,
2-(Methoxycarbonyl)-ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)-ethyl, 2-(n-Butoxycarbonyl)-ethyl,
Trifluormethyl, Difluormethyl, Fluormethyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl,
Heptafluorisopropyl, Nonafluorbutyl, Nonafluorisobutyl, Undecylfluorpentyl,
Undecylfluorisopentyl, 6-Hydroxyhexyl und Propylsulfonsäure; Glykole,
Butylenglykole und deren Oligomere mit 1 bis 100 Einheiten und einem
Wasserstoff oder einem C1- bis C8-Alkyl als Endgruppe, wie beispielsweise RAO-(CHRB-CH2-O)pCHRB-CH2- oder RAO-(CH2CH2CH2CH2O)p-CH2CH2CH2CH2O-
mit RA und RB bevorzugt Wasserstoff,
Methyl oder Ethyl und p bevorzugt 0 bis 3, insbesondere 3-Oxabutyl,
3-Oxapentyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 3,6,9-Trioxadecyl,
3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9,12-Tetraoxatridecyl und 3,6,9,12-Tetraoxatetradecyl;
Vinyl; und N,N-Di-C1-C6-alkylamino,
wie beispielsweise N,N-Dimethylamino und N,N-Diethylamino.
-
Besonders
bevorzugt steht der Rest R für
unverzweigtes und unsubstituiertes C1-C18-Alkyl,
wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 1-Butyl, 1-Pentyl, 1-Hexyl,
1-Heptyl, 1-Octyl,
1-Decyl, 1-Dodecyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl, 1-Octadecyl, insbesondere
für Methyl,
Ethyl, 1-Butyl und 1-Octyl sowie für CH3O-(CH2CH2O)p-CH2CH2- und CH3CH2O-(CH2CH2O)p-CH2CH2- mit p gleich 0 bis 3.
-
Bevorzugt
stehen die Reste R1 bis R9 unabhängig voneinander
für
Wasserstoff;
Halogen;
eine
funktionelle Gruppe;
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen,
Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen
substituiertes und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder
Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte
Iminogruppen unterbrochenes C1-C18-Alkyl; gegebenenfalls durch funktionelle
Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder
Heterocyclen substituiertes und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff-
und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder
unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenes C2-C18-Alkenyl; gegebenenfalls durch funktionelle
Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder
Heterocyclen substituiertes C6-C12-Aryl; gegebenenfalls durch funktionelle
Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder
Heterocyclen substituiertes C5-C12-Cycloalkyl; gegebenenfalls durch funktionelle
Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder
Heterocyclen substituiertes C5-C12-Cycloalkenyl; oder
einen gegebenenfalls
durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen,
Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten fünf- bis
sechsgliedrigen, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome
aufweisenden Heterocyclus bedeuten; oder
zwei benachbarte Reste
zusammen für
einen
ungesättigten,
gesättigten
oder aromatischen, gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl,
Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen
substituierten und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff-
und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder
unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenen Ring.
-
Bei
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertem
C1- bis C18-Alkyl
handelt es sich bevorzugt um Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl,
1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-1-propyl
(Isobutyl), 2-Methyl-2-propyl (tert.-Butyl), 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-1-butyl,
3-Methyl-1-butyl, 2-Methyl-2-butyl, 3-Methyl-2-butyl, 2,2-Dimethyl-1-propyl,
1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Methyl-1-pentyl, 3-Methyl-1-pentyl,
4-Methyl-1-pentyl, 2-Methyl-2-Pentyl, 3-Methyl-2-Pentyl, 4-Methyl-2-pentyl,
2-Methyl-3-pentyl,
3-Methyl-3-pentyl, 2,2-Dimethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-1-butyl, 3,3-Dimethyl-1-butyl,
2-Ethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-2-butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl, Heptyl,
Octyl, 2-Etylhexyl, 2,4,4-Trimethylpentyl, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl,
1-Nonyl, 1-Decyl,
1-Undecyl, 1-Dodecyl, 1-Tridecyl, 1-Tetradecyl, 1-Pentadecyl, 1-Hexadecyl, 1-Heptadecyl,
1-Octadecyl, Cyclopentylmethyl, 2-Cyclopentylethyl, 3-Cyclopentylpropyl,
Cyclohexylmethyl, 2-Cyclohexylethyl, 3-Cyclohexylpropyl, Benzyl
(Phenylmethyl), Diphenylmethyl (Benzhydryl), Triphenylmethyl, 1-Phenylethyl, 2-Phenylethyl,
3-Phenylpropyl, α,α-Dimethylbenzyl,
p-Tolylmethyl, 1-(p-Butylphenyl)-ethyl,
p-Chlorbenzyl, 2,4-Dichlorbenzyl, p-Methoxybenzyl, m-Ethoxybenzyl,
2-Cyanoethyl, 2-Cyanopropyl, 2-Methoxycarbonylethyl, 2-Ethoxycarbonylethyl,
2-Butoxycarbonylpropyl, 1,2-Di-(methoxycarbonyl)-ethyl, Methoxy,
Ethoxy, Formyl, 1,3-Dioxolan-2-yl, 1,3-Dioxan-2-yl, 2-Methyl-1,3-dioxolan-2-yl,
4-Methyl-1,3-dioxolan-2-yl,
2-Hydroxyethyl, 2-Hydroxypropyl, 3-Hydroxypropyl, 4-Hydroxybutyl, 6-Hydroxyhexyl,
2-Aminoethyl, 2-Aminopropyl, 3-Aminopropyl, 4-Aminobutyl, 6-Aminohexyl, 2-Methylaminoethyl,
2-Methylaminopropyl, 3-Methylaminopropyl,
4-Methylaminobutyl, 6-Methylaminohexyl, 2-Dimethylaminoethyl, 2-Dimethylaminopropyl,
3-Dimethylaminopropyl, 4-Dimethylaminobutyl,
6-Dimethylaminohexyl, 2-Hydroxy-2,2-dimethylethyl, 2-Phenoxyethyl, 2-Phenoxypropyl,
3-Phenoxypropyl, 4-Phenoxybutyl, 6-Phenoxyhexyl, 2-Methoxyethyl,
2-Methoxypropyl, 3-Methoxypropyl, 4-Methoxybutyl, 6-Methoxyhexyl, 2-Ethoxyethyl,
2-Ethoxypropyl, 3-Ethoxypropyl, 4-Ethoxybutyl, 6-Ethoxyhexyl, Acetyl,
CqF2(q-a)+(1-b)H2a+b mit q gleich 1 bis 30, 0 ≤ a ≤ q und b =
0 oder 1 (beispielsweise CF3, C2F5, CH2CH2-C(q-2)F2
(q-2)+1,
C6F13, C8F17, C10F21, C12F25),
Chlormethyl, 2-Chlorethyl, Trichlormethyl, 1,1-Dimethyl-2-chlorethyl, Methoxymethyl,
2-Butoxyethyl, Diethoxymethyl, Diethoxyethyl, 2-Isopropoxyethyl, 2-Butoxypropyl, 2-Octyloxyethyl,
2-Methoxyisopropyl, 2-(Methoxycarbonyl)-ethyl,
2-(Ethoxycarbonyl)-ethyl, 2-(n-Butoxycarbonyl)-ethyl, Butylthiomethyl,
2-Dodecylthioethyl, 2-Phenylthioethyl, 5-Hydroxy-3-oxa-pentyl, 8-Hydroxy-3,6-dioxa-octyl,
11-Hydroxy-3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Hydroxy-4-oxa-heptyl, 11-Hydroxy-4,8-dioxa-undecyl,
15-Hydroxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Hydroxy-5-oxa-nonyl, 14-Hydroxy-5,10-dioxa-tetradecyl,
5-Methoxy-3-oxa-pentyl, 8-Methoxy-3,6-dioxa-octyl, 11-Methoxy-3,6,9-trioxa-undecyl,
7-Methoxy-4-oxa-heptyl, 11-Methoxy-4,8-dioxa-undecyl,
15-Methoxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Methoxy-5-oxa-nonyl, 14-Methoxy-5,10-dioxa-tetradecyl,
5-Ethoxy-3-oxa-pentyl, 8-Ethoxy-3,6-dioxa-octyl,
11-Ethoxy-3,6,9-trioxa-undecyl, 7-Ethoxy-4-oxa-heptyl, 11-Ethoxy-4,8-dioxa-undecyl,
15-Ethoxy-4,8,12-trioxa-pentadecyl, 9-Ethoxy-5-oxa-nonyl oder 14-Ethoxy-5,10-oxa-tetradecyl.
-
Bei
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes
und/oder durch ein oder mehrere Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder
ein oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen
unterbrochenes C2-C18-Alkenyl handelt
es sich bevorzugt um Vinyl, 2-Propenyl, 3-Butenyl, cis-2-Butenyl,
trans-2-Butenyl
oder CqF2(q-a)-(1-b)H2a-b mit q ≤ 30,
0 ≤ a ≤ q und b =
0 oder 1.
-
Bei
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes
C6-C12-Aryl handelt
es sich bevorzugt um Phenyl, Tolyl, Xylyl, α-Naphthyl, β-Naphthyl, 4-Diphenylyl, Chlorphenyl,
Dichlorphenyl, Trichlorphenyl, Difluorphenyl, Methylphenyl, Dimethylphenyl,
Trimethylphenyl, Ethylphenyl, Diethylphenyl, iso-Propylphenyl, tert.-Butylphenyl,
Dodecylphenyl, Methoxyphenyl, Dimethoxyphenyl, Ethoxyphenyl, Hexyloxyphenyl,
Methylnaphthyl, Isopropylnaphthyl, Chlornaphthyl, Ethoxynaphthyl,
2,6-Dimethylphenyl, 2,4,6-Trimethylphenyl, 2,6-Dimethoxyphenyl,
2,6-Dichlorphenyl, 4-Bromphenyl, 2-Nitrophenyl, 4-Nitrophenyl, 2,4-Dinitrophenyl,
2,6-Dinitrophenyl, 4-Dimethylaminophenyl, 4-Acetylphenyl, Methoxyethylphenyl,
Ethoxymethylphenyl, Methylthiophenyl, Isopropylthiophenyl oder tert.-Butylthiophenyl oder
C6F(5-a)Ha mit 0 ≤ a ≤ 5.
-
Bei
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes
C5- bis C12-Cycloalkyl
handelt es sich bevorzugt um Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl,
Cyclododecyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl,
Dimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Butylcyclohexyl, Methoxycyclohexyl,
Dimethoxycyclohexyl, Diethoxycyclohexyl, Butylthiocyclohexyl, Chlorcyclohexyl,
Dichlorcyclohexyl, Dichlorcyclopentyl, CqF2(q-a)-(1-b)H2a-b mit
q ≤ 30, 0 ≤ a ≤ q und b =
0 oder 1 sowie ein gesättigtes
oder ungesättigtes
bicyclisches System wie z. B. Norbornyl oder Norbornenyl.
-
Bei
gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituiertes
C5-C12-Cycloalkenyl
handelt es sich bevorzugt um 3-Cyclopentenyl, 2-Cyclohexenyl, 3-Cyclohexenyl,
2,5-Cyclohexadienyl oder CqF2(q-a)-3(1-b)H2a-3b mit q ≤ 30, 0 ≤ a ≤ q und b = 0 oder 1.
-
Bei
einen gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy,
Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen substituierten
fünf- bis
sechsgliedrigen, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome
aufweisenden Heterocyclus handelt es sich bevorzugt um Furyl, Thiophenyl,
Pyrryl, Pyridyl, Indolyl, Benzoxazolyl, Dioxolyl, Dioxyl, Benzimidazolyl,
Benzthiazolyl, Dimethylpyridyl, Methylchinolyl, Dimethylpyrryl, Methoxyfuryl,
Dimethoxypyridyl oder Difluorpyridyl.
-
Bilden
zwei benachbarte Reste gemeinsam einen ungesättigten, gesättigten
oder aromatischen, gegebenenfalls durch funktionelle Gruppen, Aryl,
Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Heteroatome und/oder Heterocyclen
substituierten und gegebenenfalls durch ein oder mehrere Sauerstoff-
und/oder Schwefelatome und/oder ein oder mehrere substituierte oder
unsubstituierte Iminogruppen unterbrochenen Ring, so handelt es
sich bevorzugt um 1,3-Propylen, 1,4-Butylen, 1,5-Pentylen, 2-Oxa-1,3-propylen,
1-Oxa-1,3-propylen, 2-Oxa-1,3-propylen, 1-Oxa-1,3-propenylen, 3-Oxa-1,5-pentylen,
1-Aza-1,3-propenylen, 1-C1-C4-Alkyl-1-aza-1,3-propenylen,
1,4-Buta-1,3-dienylen, 1-Aza-1,4-buta-1,3-dienylen oder 2-Aza-1,4-buta-1,3-dienylen.
-
Enthalten
die oben genannten Reste Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder
substituierte oder unsubstituierte Iminogruppen, so ist die Anzahl
der Sauerstoff- und/oder Schwefelatome und/oder Iminogruppen nicht
beschränkt.
In der Regel beträgt
sie nicht mehr als 5 in dem Rest, bevorzugt nicht mehr als 4 und ganz
besonders bevorzugt nicht mehr als 3.
-
Enthalten
die oben genannten Reste Heteroatome, so befinden sich zwischen
zwei Heteroatomen in der Regel mindestens ein Kohlenstoffatom, bevorzugt
mindestens zwei Kohlenstoffatome.
-
Besonders
bevorzugt stehen die Reste R1 bis R9 unabhängig
voneinander für
Wasserstoff;
unverzweigtes
oder verzweigtes, unsubsituiertes oder ein bis mehrfach mit Hydroxy,
Halogen, Phenyl, Cyano, C1-C8-Alkoxycarbonyl
und/oder Sulfonsäure
subsituiertes C1-C18-Alkyl
mit insgesamt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methyl,
Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl, 1-Butyl, 2-Butyl, 2-Methyl-1-propyl (Isobutyl),
2-Methyl-2-propyl (tert.-Butyl), 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-1-butyl,
3-Methyl-1-butyl, 2-Methyl-2-butyl, 3-Methyl-2-butyl, 2,2-Dimethyl-1-propyl,
1-Hexyl, 2-Hexyl, 3-Hexyl, 2-Methyl-1-pentyl, 3-Methyl-1-pentyl, 4-Methyl-1-pentyl,
2-Methyl-2-Pentyl, 3-Methyl-2-Pentyl, 4-Methyl-2-Pentyl, 2-Methyl-3-Pentyl,
3-Methyl-3-Pentyl, 2,2-Dimethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-1-butyl, 3,3-Dimethyl-1-butyl,
2-Ethyl-1-butyl, 2,3-Dimethyl-2-butyl, 3,3-Dimethyl-2-butyl, 1-Heptyl, 1-Octyl,
1-Nonyl, 1-Decyl, 1-Undecyl, 1-Dodecyl, 1-Tetradecyl, 1-Hexadecyl,
1-Octadecyl, 2-Hydroxyethyl, Benzyl, 3-Phenylpropyl, 2-Cyanoethyl,
2-(Methoxycarbonyl)-ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)-ethyl, 2-(n-Butoxy-carbonyl)-ethyl,
Trifluormethyl, Difluormethyl, Fluormethyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl;
Heptafluorisopropyl, Nonafluorbutyl, Nonafluorisobutyl, Undecylfluorpentyl,
Undecylfluorisopentyl, 6-Hydroxyhexyl und Propylsulfonsäure;
Glykole,
Butylenglykole und deren Oligomere mit 1 bis 100 Einheiten und einem
Wasserstoff oder einem C1-C8-Alkyl
als Endgruppe, wie beispielsweise RAO-(CHRB-CH2-O)p-CHRB-CH2- oder RAO-(CH2CH2CH2CH2O)p-CH2CH2CH2CH2O- mit RA und RB bevorzugt
Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und p bevorzugt 0 bis 3, insbesondere
3-Oxabutyl, 3-Oxapentyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 3,6,9-Trioxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl,
3,6,9,12-Tetraoxatridecyl und 3,6,9,12-Tetraoxatetradecyl;
Vinyl;
und
N,N-Di-C1-C6-alkyl-amino,
wie beispielsweise N,N-Dimethylamino und N,N-Diethylamino.
-
Ganz
besonders bevorzugt stehen die Reste R1 bis
R9 unabhängig
voneinander für
Wasserstoff oder C1-C18-Alkyl,
wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Butyl, 1-Pentyl, 1-Hexyl, 1-Heptyl, 1-Octyl,
für Phenyl,
für 2-Hydroxyethyl,
für 2-Cyanoethyl, für 2-(Methoxycarbonyl)ethyl,
für 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl,
für 2-(n-Butoxycarbonyl)ethyl,
für N,N-Dimethylamino,
für N,N-Diethylamino,
für Chlor
sowie für
CH3O-(CH2CH2O)p-CH2CH2- und CH3CH2O-(CH2CH2O)pCH2CH2- mit p gleich 0 bis 3.
-
Ganz
besonders bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten, bei denen das Kation
[A]+ ein Pyridiniumion (IVa) ist, bei dem
einer
der Reste R1 bis R5 Methyl,
Ethyl oder Chlor ist und die verbleibenden Reste R1 bis
R5 Wasserstoff sind;
R3 Dimethylamino
ist und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff sind;
alle Reste R1 bis R5 Wasserstoff
sind;
R2 Carboxy oder Carboxamid ist
und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff
sind; oder
R1 und R2 oder
R2 und R3 1,4-Buta-1,3-dienylen
ist und die verbleibenden Reste R1, R2, R4 und R5 Wasserstoff sind;
und insbesondere
ein solches, bei dem
R1 bis R5 Wasserstoff sind; oder
einer der Reste
R1 bis R5 Methyl
oder Ethyl ist und die verbleibenden Reste R1 bis
R5 Wasserstoff sind.
-
Als
ganz besonders bevorzugte Pyridiniumionen (IVa) seien genannt 1-Methylpyridinium,
1-Ethylpyridinium, 1-(1-Butyl)pyridinium, 1-(1-Hexyl)pyridinium,
1-(1-Octyl)pyridinium, 1-(1-Hexyl)-pyridinium, 1-(1-Octyl)-pyridinium,
1-(1-Dodecyl)-pyridinium,
1-(1-Tetradecyl)-pyridinium, 1-(1-Hexadecyl)-pyridinium, 1,2-Dimethylpyridinium,
1-Ethyl-2-methylpyridinium, 1-(1-Butyl)-2-methylpyridinium, 1-(1-Hexyl)-2-methylpyridinium, 1-(1-Octyl)-2-methylpyridinium,
1-(1-Dodecyl)-2-methylpyridinium,
1-(1-Tetradecyl)-2-methylpyridinium,
1-(1-Hexadecyl)-2-methylpyridinium, 1-Methyl-2-ethylpyridinium, 1,2-Diethylpyridinium,
1-(1-Butyl)-2-ethylpyridinium, 1-(1-Hexyl)-2-ethylpyridinium, 1-(1-Octyl)-2-ethylpyridinium,
1-(1-Dodecyl)-2-ethylpyridinium,
1-(1-Tetradecyl)-2-ethylpyridinium,
1-(1-Hexadecyl)-2-ethylpyridinium, 1,2-Dimethyl-5-ethyl-pyridinium, 1,5-Diethyl-2-methyl-pyridinium,
1-(1-Butyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium,
1-(1-Hexyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium und 1-(1-Octyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium,
1-(1-Dodecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium, 1-(1-Tetradecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium
und 1-(1-Hexadecyl)-2-methyl-3-ethyl-pyridinium.
-
Ganz
besonders bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten, bei denen das Kation
[A]+ ein Pyridaziniumion (IVb) ist, bei
dem
R1 bis R4 Wasserstoff
sind; oder
einer der Reste R1 bis R4 Methyl oder Ethyl ist und die verbleibenden
Reste R1 bis R4 Wasserstoff
sind.
-
Ganz
besonders bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten, bei denen das Kation
[A]+ ein Pyrimidiniumionen (IVc) ist, bei
dem
R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl
ist und R2 bis R4 unabhängig voneinander
Wasserstoff oder Methyl sind; oder
R1 Wasserstoff,
Methyl oder Ethyl ist, R2 und R4 Methyl
sind und R3 Wasserstoff ist.
-
Ganz
besonders bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten, bei denen das Kation
[A]+ ein Pyraziniumionen (IVd) ist, bei
dem
R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl
ist und R2 bis R4 unabhängig voneinander
Wasserstoff oder Methyl sind;
R1 Wasserstoff,
Methyl oder Ethyl ist, R2 und R4 Methyl
sind und R3 Wasserstoff ist;
R1 bis R4 Methyl sind;
oder
R1 bis R4 Methyl
Wasserstoff sind.
-
Ganz
besonders bevorzugt sind ionische Flüssigkeiten, bei denen das Kation
[A]+ ein Imidazoliumion (IVe) ist, bei dem
R1 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 1-Butyl,
1-Pentyl, 1-Hexyl, 1-Octyl, 2-Hydroxyethyl oder 2-Cyanoethyl und
R2 bis R4 unabhängig voneinander
Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind.
-
Als
ganz besonders bevorzugte Imidazoliumionen (IVe) seien genannt 1-Methylimidazolium,
1-Ethylimidazolium, 1-(1-Butyl)-imidazolium, 1-(1-Octyl)-imidazolium,
1-(1-Dodecyl)-imidazolium,
1-(1-Tetradecyl)-imidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-imidazolium, 1,3-Dimethylimidazolium,
1-Ethyl-3-methylimidazolium, 1-(1-Butyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Butyl)-3-ethylimidazolium,
1-(1-Hexyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Hexyl)-3-ethyl-imidazolium,
1-(1-Hexyl)-3-butyl-imidazolium, 1-(1-Octyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Octyl)-3-ethylimidazolium,
1-(1-Octyl)-3-butylimidazolium,
1-(1-Dodecyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Dodecyl)-3-ethylimidazolium,
1-(1-Dodecyl)-3-butylimidazolium, 1-(1-Dodecyl)-3-octylimidazolium,
1-(1-Tetradecyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-3-ethylimidazolium,
1-(1-Tetradecyl)-3-butylimidazolium, 1-(1-Tetradecyl)-3-octylimidazolium,
1-(1-Hexadecyl)-3-methylimidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-3-ethylimidazolium,
1-(1-Hexadecyl)-3-butylimidazolium, 1-(1-Hexadecyl)-3-octylimidazolium,
1,2-Dimethylimidazolium, 1,2,3-Trimethylimidazolium, 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium,
1-(1-Butyl)-2,3-dimethylimidazolium, 1-(1-Hexyl)-2,3-dimethyl-imidazolium,
1-(1-Octyl)-2,3-dimethylimidazolium, 1,4-Dimethylimidazolium, 1,3,4-Trimethylimidazolium,
1,4-Dimethyl-3-ethylimidazolium,
3-butylimidazolium, 1,4-Dimethyl-3-octylimidazolium, 1,4,5-Trimethylimidazolium,
1,3,4,5-Tetramethylimidazolium, 1,4,5-Trimethyl-3-ethylimidazolium, 1,4,5-Trimethyl-3-butylimidazolium
und 1,4,5-Trimethyl-3-octylimidazolium.
-
Nachfolgend
werden exemplarische Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand von Figurendarstellungen genauer beschrieben.
In diesen ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
in einer Ausgestaltung mit einer zusätzlichen Dampfkreisprozessvorrichtung,
für die
ein einheitliches Betriebsmedium vorgesehen ist.
-
2 zeigte
eine Weitergestaltung der Antriebsvorrichtung aus 1.
-
Aus 1 ist
schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ersichtlich.
Für das vorliegende
Ausführungsbeispiel
umfasst die Antriebsvorrichtung eine Antriebsmaschine 1 in
Form einer Verbrennungskraftmaschine, die über ein Getriebe 4 auf
eine Welle 22 mit den Antriebsrädern 23.1, 23.2 wirkt. Die
Antriebsvorrichtung umfasst ein Kühlsystem 2 mit einer
Kühlmittelpumpe 14 und
einem Luft-/Kühlmedium-Wärmetauscher 12,
dem ein Ventilator 13 zugeordnet ist. Für die vorliegende Ausführung wird
die Antriebsmaschine 1 gekühlt. Des Weiteren umfasst die
Antriebsvorrichtung einen Schmierstoffkreislauf 3, der
der Antriebsmaschine 1 über
eine Schmierstoffpumpe 15 Schmiermedium zuleitet.
-
Erfindungsgemäß werden
das Kühlsystem 2 und
der Schmierstoffkreislauf 3 fluidisch verbunden, indem
das Kühlmedium
und das Schmiermedium als Abzug aus einem Gesamtbetriebsmedium hergestellt
werden. Dabei wird das Gesamtbetriebsmedium in einem Sammelreservoir 5 bevorratet
und umfasst eine ionische Flüssigkeit
und eine verdampfbare Flüssigkeit,
insbesondere Wasser. Gefördert
wird das Gesamtbetriebsmedium über
die Primärpumpe 17 und
gelangt zur Trennung oder Teilseparierung der ionischen Flüssigkeit
von der verdampfbaren Flüssigkeit
zu einer Abscheidevorrichtung 6, vorliegend einem Verdampfer 7.
Dieser wird über
die Abgasführung 24 aus
der Antriebsmaschine 1 mit einem Wärmestrom beaufschlagt. Hierdurch
tritt eine Verdampfung eines Teils der verdampfbaren Flüssigkeit
ein, die den Verdampfer 7 am Auslass für die Dampfphase 8 verlässt. Diese
Dampfphase durchläuft
einen Expander 9 einer Dampfkreisprozessvorrichtung 10,
die einen elektrischen Generator 20 antreibt, wobei die
Dampfphase unter Entspannung mechanische Arbeit verrichtet. Nachfolgend
zum Expander 9 kann ein im Einzelnen nicht dargestellter
Kondensator angeordnet sein oder gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine unmittelbare Einspeisung in ein Reservoir 11 für das Kühlmedium
erfolgen. Dann wird über
das Ventil 20.3 zum Betrieb der Dampfkreisprozessvorrichtung 10 Kühlmedium
zur Verwendung als Arbeitsmedium zum Verdampfer 7 zurückgeführt.
-
Aus
dem Reservoir für
das Kühlmedium 11 erfolgt über das
Ventil 20.1 eine Zuströmung
zum Kühlkreislauf
des Kühlsystems 2.
Der Rücklauf
des aufgeheizten Kühlmediums
kann nach entsprechender Schaltung des Ventils 20.2 zum
Reservoir für
das Kühlmedium 11 zurückführen, wobei
vorteilhafterweise das darin befindliche Kühlmedium, das zugleich Arbeitsmedium
der Dampfkreisprozessvorrichtung 10 ist, vor dem Eintritt
in den Verdampfer 7 vorgewärmt werden kann. Steigt die
Temperatur im Reservoir für
das Kühlmedium 11 über einen
vorgegebenen Temperaturwert, kann bei entsprechender Schaltung der
Ventile 20.1, 20.2 das Reservoir für das Kühlmedium 11 bei
der Zirkulation des Kühlmediums
umgangen werden. Des Weiteren besteht ein Bypass 25 zur
Umgehung des Luft-/Kühlmedium-Wärmetauschers 12 im
Fall einer kalten Antriebsmaschine 1.
-
Ein
weiterer Abzug vom Verdampfer 7 eines mit der ionischen
Flüssigkeit
angereicherten Schmiermediums führt
zum Schmierstoffkreislauf 3. Dabei kann das Schmiermedium
bei entsprechender Schaltung des Ventils 20.4 im Reservoir
für das
Schmiermedium 16 bevorratet werden. Bei hinreichender Füllung des
Reservoirs für
das Schmiermedium 16 kann der Zustrom aus dem Verdampfer 7 am
Ventil 20.4 gänzlich
abgestellt werden. Für
die vorliegende Ausgestaltung wird aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit
der ionischen Flüssigkeit
kein separater Wärmetauscher
zur Kühlung
im Schmierstoffkreislauf 3 vorgesehen. Ein solcher ist jedoch
denkbar, wenn das mit der ionischen Flüssigkeit angereicherte Schmiermedium
zugleich zur Kühlung einer
Hochtemperaturkomponente der Antriebsmaschine verwendet wird.
-
Über die
Rücklaufleitungen 18 und 19 kann
ein Rücklauf
vom Reservoir für
das Kühlmedium 11 und vom
Reservoir für
das Schmiermedium 16 zum Sammelreservoir 5 bei
einer entsprechenden Schaltung der Ventile 20.5 und 20.6 erfolgen.
Dies wird insbesondere beim Stillsetzen der Antriebsvorrichtung
der Fall sein, soweit der Frostschutz durch einen niedrigen Schmelzpunkt
der Mischung aus ionischer Flüssigkeit
und verdampfbarer Flüssigkeit
im Gesamtbetriebsmedium sichergestellt werden muss.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 2 skizziert. Dabei werden für Komponenten, die
mit der Ausgestaltung gemäß 1 übereinstimmen,
die gleichen Bezugszeichen verwendet. Skizzenhaft dargestellt ist
die Ankopplung weiterer fluidischer Kreisläufe an das Reservoir für das Schmiermedium 16,
im Einzelnen handelt es sich um eine Verbindung zur Luftkompressorschmierung 29,
eine Verbindung zur Lenksystem-Hydraulik 30, eine Verbindung
zur Retarder-Hydraulik 31 und eine Verbindung zu einem
Hydrostatikantrieb 32. Ferner ist eine zum Expander 9 reichende
Verbindung zur Expanderschmierung 28 vorgesehen. Für eine nicht
dargestellte Ausgestaltungsalternative kann wenigstens ein Teil
der genannten fluidischen Verbindungen vom Sammelreservoir 5 ausgehen.
-
Ferner
zeigt 2 eine Ausführung
mit einem dem Verdampfer 7 nachgeschalteten Separator 26,
in dem eine Trennung der Dampf- und Flüssigphasen vorgenommen wird.
Dabei wird die Dampfphase dem Expander 9 und die Flüssigphase
dem Reservoir für
das Schmiermedium 16 zugeleitet. Des Weiteren wir für das dargestellte
Ausführungsbespiel
die vom Expander 9 erzeugte mechanische Leistung mittels
einer vorzugsweise schaltbaren Expandereinkopplung 27 zum
Antriebsstrang übertragen.
Vorliegend erfolgt die Einkopplung auf der Sekundärseite des
Getriebes 4.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung in Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind
denkbar. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dem Gesamtbetriebsmedium
zusätzlich
Additive zuzuführen
oder eine solche Zumischung in einem Teilbereich des mit dem Sammelreservoir 5 verbundenen
fluidischen System auszuführen.
Dabei wird besonders bevorzugt, zur Anpassung an eine bestimmte
Funktion lokal eine ionische Flüssigkeit
zuzugeben, die vor der Rückführung zum
Sammelreservoir 5 wiederum abscheidbar ist. Dabei ist eine
Aufbereitung des Flüssigkeitsabzugs
zur Verwendung in einem Bremssystem möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsmaschine
- 2
- Kühlsystem
- 3
- Schmierstoffkreislauf
- 4
- Getriebe
- 5
- Sammelreservoir
- 6
- Abscheidevorrichtung
- 7
- Verdampfer
- 8
- Auslass
für die
Dampfphase
- 9
- Expander
- 10
- Dampfkreisprozessvorrichtung
- 11
- Reservoir
für das
Kühlmedium
- 12
- Luft-/Kühlmedium-Wärmetauscher
- 13
- Ventilator
- 14
- Kühlmittelpumpe
- 15
- Schmierstoffpumpe
- 16
- Reservoir
für das
Schmiermedium
- 17
- Primärpumpe
- 18,
19
- Rücklaufleitung
- 20
- elektrischer
Generator
- 20.1,
20.2, 20.3, 20.4, 20.5, 20.6
- Ventil
- 22
- Welle
- 23.1,
23.2
- Antriebsrad
- 24
- Abgasführung
- 25
- Bypass
- 26
- Separator
- 27
- Expandereinkopplung
- 28
- Verbindung
zur Expanderschmierung
- 29
- Verbindung
zur Luftkompressorschmierung
- 30
- Verbindung
zur Lenksystem-Hydraulik
- 31
- Verbindung
zur Retarder-Hydraulik
- 32
- Verbindung
zu einem Hydrostatikantrieb