DE10332803A1 - Pneumatisches-Hydraulisches-Antriebssystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Antriebssystem mit einem Flüssigstickstofftank (15), einer Verdampfereinheit (5) sowie einer Vorrichtung (18) zur Umsetzung der in dem Druckgas (8) enthaltenen Energie in mechanische Arbeit werden Energieverluste verringert, indem die Vorrichtung (18) wenigstens einen kombinierten Druckgasöltank (8), Drucköl (9) sowie einen Hydraulikmotor (11) umfasst, wobei das erzeugte Druckgas (12) aus der Verdampfereinheit (5) als Antrieb des Drucköls (9) für den Hydraulikmotor (11) dient.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebssystem mit einem Flüssigstickstofftank, einer Verdampfereinheit sowie einer Vorrichtung zur Umsetzung der in dem Druckgas enthaltenen Energie in mechanische Arbeit.
• Aus dem Stand der Technik sind Antriebssysteme bekannt, bei denen Druckgas beispielsweise von einer Strömungsmaschine oder einer Kolbenmaschine in mechanische Energie umgesetzt wird. Ebenso sind hydraulische Antriebe bekannt, bei denen der Hydraulikdruck durch einen elektrischen Antrieb oder einen Verbrennungsmotor erzeugt wird.
• Die für ein Antriebssystem erforderlichen Bauelemente, wie beispielsweise der Elektromotor als Kraftquelle, die Hydraulikpumpe zum Erzeugen von Drucköl für den Antrieb von Hydraulikmotoren, erzeugen permanente Energieverluste. Dies ist ein Nachteil für die Gesamtenergiebilanz.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem bereit zu stellen, bei dem die zuvor dargestellten Nachteile vermieden werden.
• Dieses Problem wird gelöst ein Antriebssystem mit einem Flüssigstickstofftank, einer Verdampfereinheit sowie einer Vorrichtung zur Umsetzung der in dem Druckgas enthaltenen Energie in mechanische Arbeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einem kombinierten Druckgasöltank, Drucköl sowie einen Hydraulikmotor umfasst, wobei das erzeugte Druckgas aus der Verdampfereinheit als Antrieb des Drucköls für den Hydraulikmotor dient. Die Erzeugung von Drucköl erfolgt in der Kombination mit dem im Antriebssystem enthaltenen Druckgasöltank und der Verdampfereinheit für flüssigen Stickstoff, wobei das erzeugte Druckgas, hier beispielsweise aus flüssigem Stickstoff heraus, den erforderlichen Druck für das Hydrauliköl direkt im Druckgasöltank übergibt und über die verbindenden Druckölleitungen an wenigstens einen Hydraulikmotor abgibt. Zur optimalen Lösung gehört ein so genannter zweiter Kombi-Druckgasölbehälter der hier dass aus der ersten Arbeitsstufe heraus anfallende, fast drucklose, Hydrauliköl übernimmt und zur weiteren Verwendung für die nachfolgenden Arbeitsstufe speichert. Das in diesem Kombi- Druckgasölbehälter befindliche Druckgas wird über ein zu schaltendes Druckgasventil über dementsprechende Druckgasleitungen an ein Nachgeschaltetes Nebenaggregat geführt und zur Erzeugung von weiterer Energieformen wie beispielsweise Strom genutzt.
• Die gesamte Antriebseinheit ist je nach Verwendung und Einsatzzweck vorzugsweise zum Antrieb von Fahrzeugen aller Art gedacht. Dabei kann diese in einem Gehäuse mit einer günstigen Form angeordnet sein oder aber auch in einzelnen Elementen angeordnet sein. Unter einem Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystem wird dabei beispielsweise ein Antrieb für Kraftfahrzeuge oder dergleichen verstanden. Das Pneumatische-Hydraulische-Antriebssystem ist ein Motor, der beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, das in einer Verdampfereinheit durch Wärmezufuhr von außen, in diesem Fall z. B. aus der Umgebungsluft, verdampft worden ist, betrieben wird. Die Verdampfung von flüssigen Stickstoff zu Druckgas mit hohem Druck wird dabei unter Wärmezufuhr aus der Umgebung ermöglicht, was zu einer Druck- und/oder Volumenausdehnung führt, die für den Arbeitsprozess zum erzeugen von Drucköl genutzt wird.
• Die Verdampfereinheit kann bevorzugt im Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystem angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der flüssige Stickstoff bei einem vergleichsweise geringem Volumenstrom von dem Flüssigstickstofftank zu der Verdampfereinheit geführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verdampfereinheit das erzeugte Stickstoffdruckgas direkt auf sehr kurzem Wege an die Druckgasöltanks übergeben kann. Alternativ könnte die Verdampfereinheit und auch dass Pneumatische-Hydraulische-Antriebssystem außerhalb der Antriebseinheit beispielsweise im Anhängerbetrieb eines Kraftfahrzeuges oder als separate Antriebseinheit außerhalb des Fahrzeuges liegen, beispielsweise bei Baumaschinen oder ähnlichen Antriebsmaschinen die lediglich eine Versorgung von Drucköl über eine dementsprechende Druckölleitung benötigen, angeordnet sein.
• In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystem kann die Antriebseinheit mit mehreren Hydraulikmotoren ausgestattet sein und umfassen wobei diese direkt als Radnabenmotoren direkt an der Radnabe eines Kraftfahrzeuges als Antriebsmotoren eingesetzt werden können.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems
• 1 zeigt die Prinzipdarstellung eines Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems in einer Schemadarstellung. Das Pneumatische-Hydraulische-Antriebssystem umfasst einen Flüssigstickstofftank 15 mit Einfüllstutzen 2 und Stickstoffdruckgas 1 sowie flüssigen Stickstoff 3, eine Verdampfereinheit 5 und dazugehörige Druckgasleitungen 4 sowie die pneumatischen Steuerventile 16. Hydraulikventile 6 dienen der exakten Steuerung eines Hydrauliköls 9. Kombi-Druckgasöltanks 8 nehmen sowohl Hydrauliköl 9 als auch Druckgas 12 auf. Ein Hydraulikmotor 11 an einer Radnabe 17 dient in bekannter weise dem Antrieb beispielsweise eines Rades eines Fahrzeuges. Entsprechend seiner eigenen Druckgasverwertung wird das so in die Druckgasöltanks 8 eingebrachte Druckgas 12 über Druckgasleitungen 10 und dazugehörige Druckgasventile 7 an einen Pufferspeicher 14 geführt und in einem pneumatischen Motor 13 als Nebenaggregat zur Stromgewinnung verwertet.
• Im Betrieb des Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems wird der flüssige Stickstoff 3 zunächst in dem Verdampfer 5 unter Wärmezufuhr aus der Umgebung verdampft und über eines der Steuerventile 16 einem der Kombi-Druckgasöltanks 8 zugeführt. Das darin befindliche Hydrauliköl 9 wird verdrängt und dem Hydraulikmotor 11 zugeführt. Das durchströmende Hydrauliköl 9 verrichtet hier Arbeit, die zum Antrieb der Radnabe 17 genutzt wird. Das entspannte Hydrauliköl 9 wird dem zweiten Kombi-Druckgasöltank 8 zugeführt und füllt diesen. Sobald der zweite Kombi-Druckgasöltank 8 weitgehend gefüllt ist wird durch umschalten der beiden Steuerventile 16 der zuvor dargestellte Vorgang umgekehrt, der nunmehr volle Kombi-Druckgasöltank 8 wird mit Druck beaufschlagt, durch geeignetes Umschalten der Hydraulikventile 6 wird die Drehrichtung des Hydraulikmotors beibehalten und das hydrauliköl 9 strömt vom vollne Kombi-Druckgasöltank 8 über den Hydraulikmotor 11 in den leeren Kombi-Druckgasöltank 8. Das Hydrauliköl 9 pendelt also getrieben durch den Gasdruck des verdampften Stickstoffes 3 zwischen beiden Kombi-Druckgasöltanks 8 hin und her.
• Die zuvor dargestellten Elemente des Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems werden zusammengefasst als Vorrichtung 18 zur Umsetzung der in dem Druckgas enthaltenen Energie in mechanische Arbeit bezeichnet, dieses Teilsystem ist durch eine gestrichelte Linie in 1 von den übrigen elementen des Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems abgegrenzt.
• Die Antriebseinheit ist in einer ersten Ausführungsform wie in 1 dargestellt ein Ausführungsbeispiel mit nur einem Hydraulikmotor an einer Radnabe.

1

Gasförmiger Stickstoff im Tank

2

Einfüllstutzen

3

Flüssiger Stickstoff

4

Druckgasleitungen für Verdampfereinheit

5

Verdampfer

6

Hydraulikventile

7

Pneumatikventile

8

Kombi-Druckgasöltank

9

Hydrauliköl

10

Druckgasleitungen für Druckgasverwertung

11

Hydraulikmotor

12

Druckgas im Pufferspeicher

13

Pneumatischer Motor zur Stromgewinnung

14

Pufferspeicher

15

Flüssigstickstofftank

16

pneumatische Steuerventile

17

Radnabe

18

Vorrichtung zur Umsetzung der in dem Druckgas enthaltenen Energie in

mechanische Arbeit

Claims (5)

1. Antriebssystem mit einem Flüssigstickstofftank (15), einer Verdampfereinheit (5) sowie einer Vorrichtung (18) zur Umsetzung der in dem Druckgas (8) enthaltenen Energie in mechanische Arbeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (18) wenigstens einem kombinierten Druckgasöltank (8), Drucköl (9) sowie einen Hydraulikmotor (11) umfasst, wobei das erzeugte Druckgas (12) aus der Verdampfereinheit (5) als Antrieb des Drucköls (9) für den Hydraulikmotor (11) dient.
2. Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasöltanks (8) wechselseitig mit Druckgas (12) bedient werden
3. Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wechselseitig aus den Druckgasöltanks (8) heraus das Drucköl (12) zum Antrieb des Hydraulikmotors (11) genutzt wird.
4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasöltanks (8) wechselseitig mit dem aus dem Hydraulikmotor (11) austretenden Rücklauföl wieder gefüllt werden.
5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Druckgasöltank (8) verbliebene Druckgas (12) in Nebenaggregaten (13) zur Erzeugung von Strom und oder weiterer hydraulischer Arbeit genutzt wird.