DE10332803A1 - Pneumatic-hydraulic drive system - Google Patents

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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.In a drive system with a liquid nitrogen tank (15), an evaporator unit (5) and a device (18) for converting the energy contained in the compressed gas (8) into mechanical work, energy losses are reduced by the device (18) comprising at least one combined compressed gas oil tank ( 8), pressure oil (9) and a hydraulic motor (11), wherein the generated compressed gas (12) from the evaporator unit (5) serves as a drive of the pressure oil (9) for the hydraulic motor (11).

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.The The present invention relates to a drive system with a liquid nitrogen tank, an evaporator unit and a device for the implementation of Energy contained in the compressed gas into mechanical work.

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.Out In the prior art drive systems are known in which compressed gas for example, from a turbomachine or a piston machine is converted into mechanical energy. As well Hydraulic drives are known in which the hydraulic pressure generated by an electric drive or an internal combustion engine becomes.

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.The for a Drive system required components, such as the Electric motor as a power source, the hydraulic pump for generating pressure oil for the Drive of hydraulic motors, generate permanent energy losses. This is a disadvantage for the total energy balance.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem bereit zu stellen, bei dem die zuvor dargestellten Nachteile vermieden werden.Of the The present invention is therefore based on the object, a drive system to provide, in which avoided the disadvantages described above become.

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.This Problem is solved a propulsion system with a liquid nitrogen tank, an evaporator unit and a device for implementing the in The energy contained in the compressed gas into mechanical work, thereby characterized in that the device at least one combined Compressed gas oil tank, pressure oil and a hydraulic motor, wherein the generated compressed gas from the evaporator unit serves as a drive of the pressure oil for the hydraulic motor. The production of pressure oil takes place in combination with the pressure gas oil tank contained in the drive system and the evaporator unit for liquid Nitrogen, wherein the generated compressed gas, here for example liquid Nitrogen out, the required pressure for the hydraulic oil directly in the compressed gas oil tank transfers and over the connecting pressure oil lines at at least one hydraulic motor emits. The optimal solution is one of them said second combined-pressure gas oil tank the here that from the first stage of work resulting, almost unpressurized, Hydraulic oil takes over and for further use for saves the subsequent work step. The located in this combination compressed gas tank Compressed gas is over a pressure gas valve to be switched via corresponding compressed gas lines led to a downstream accessory and to generate more Energy forms such as electricity used.

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.The entire drive unit is depending on the application and purpose preferably intended to drive vehicles of all kinds. there can this in a housing with a cheap Form be arranged or arranged in individual elements be. Under a pneumatic-hydraulic drive system is while, for example, a drive for motor vehicles or the like Understood. The pneumatic-hydraulic drive system is a motor, for example with liquid Nitrogen in an evaporator unit by heat from the outside, in this case z. B. from the ambient air, has been evaporated, operated becomes. The evaporation of liquid Nitrogen to compressed gas at high pressure is thereby under heat from the environment, which leads to a pressure and / or volume expansion that generate for the work process used by pressure oil becomes.

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.The Evaporator unit may preferably be in the pneumatic-hydraulic drive system be arranged. This has the advantage that the liquid nitrogen at a comparatively low volume flow from the liquid nitrogen tank led to the evaporator unit can be. Another advantage is that the evaporator unit The generated nitrogen gas directly on very short ways to the Passed compressed gas oil tanks can. Alternatively could the evaporator unit and also that pneumatic-hydraulic drive system outside of the Drive unit, for example in trailer operation of a motor vehicle or as a separate drive unit outside the vehicle, For example, in construction machines or similar drive machines which only require a supply of pressure oil via a corresponding pressure oil line arranged be.

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.In a development of the pneumatic-hydraulic drive system according to the invention can the drive unit be equipped with several hydraulic motors and include these directly as hub motors directly on the Wheel hub of a motor vehicle can be used as drive motors can.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:One embodiment The invention will be described in the following description with reference to the accompanying drawings explained in more detail. there demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pneumatischen-Hydraulischen-Antriebssystems 1 a schematic diagram of an embodiment of the pneumatic-hydraulic drive system according to the invention

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. 1 shows the schematic diagram of a pneumatic-hydraulic drive system in a schematic view. The pneumatic Hy draulic drive system includes a liquid nitrogen tank 15 with filler neck 2 and nitrogen gas 1 as well as liquid nitrogen 3 , an evaporator unit 5 and associated compressed gas lines 4 as well as the pneumatic control valves 16 , hydraulic valves 6 serve the exact control of a hydraulic oil 9 , Combined pressure gas oil tanks 8th take both hydraulic oil 9 as well as compressed gas 12 on. A hydraulic motor 11 on a wheel hub 17 used in a known manner the drive, for example, a wheel of a vehicle. According to its own compressed gas utilization, this will be in the compressed gas oil tanks 8th introduced compressed gas 12 via compressed gas lines 10 and associated compressed gas valves 7 to a buffer memory 14 guided and in a pneumatic motor 13 used as an accessory to generate electricity.

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.In operation of the pneumatic-hydraulic drive system, the liquid nitrogen 3 first in the evaporator 5 evaporated from the environment under heat and via one of the control valves 16 one of the combination compressed gas oil tanks 8th fed. The hydraulic oil contained therein 9 is displaced and the hydraulic motor 11 fed. The flowing hydraulic oil 9 here performs work that drives the wheel hub 17 is being used. The relaxed hydraulic oil 9 becomes the second combination compressed gas tank 8th fed and fills this. As soon as the second combination compressed gas tank 8th is largely filled by switching the two control valves 16 the process shown above reversed, the now full combination compressed gas oil tank 8th is pressurized by appropriately switching the hydraulic valves 6 the direction of rotation of the hydraulic motor is maintained and the hydraulic oil 9 flows from the full combi-compressed gas oil tank 8th via the hydraulic motor 11 in the empty combination compressed gas oil tank 8th , The hydraulic oil 9 thus shuttles driven by the gas pressure of the vaporized nitrogen 3 between the two compressed gas tanks 8th back and forth.

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.The previously described elements of the pneumatic-hydraulic drive system are summarized as a device 18 for converting the energy contained in the pressurized gas into mechanical work, this subsystem is indicated by a dashed line in FIG 1 separated from the other elements of the pneumatic-hydraulic drive system.

Die Antriebseinheit ist in einer ersten Ausführungsform wie in 1 dargestellt ein Ausführungsbeispiel mit nur einem Hydraulikmotor an einer Radnabe.The drive unit is in a first embodiment as in 1 illustrated an embodiment with only one hydraulic motor to a hub.

11
Gasförmiger Stickstoff im TankGaseous nitrogen in the tank
22
Einfüllstutzenfiller pipe
33
Flüssiger StickstoffLiquid nitrogen
44
Druckgasleitungen für VerdampfereinheitPressure gas lines for evaporator unit
55
VerdampferEvaporator
66
Hydraulikventilehydraulic valves
77
Pneumatikventilepneumatic valves
88th
Kombi-DruckgasöltankCombined pressure gas oil tank
99
Hydraulikölhydraulic oil
1010
Druckgasleitungen für DruckgasverwertungPressure gas lines for compressed gas utilization
1111
Hydraulikmotorhydraulic motor
1212
Druckgas im Pufferspeichercompressed gas in the buffer memory
1313
Pneumatischer Motor zur Stromgewinnungpneumatic Motor for power generation
1414
Pufferspeicherbuffer memory
1515
FlüssigstickstofftankLiquid nitrogen tank
1616
pneumatische Steuerventilepneumatic control valves
1717
Radnabewheel hub
1818
Vorrichtung zur Umsetzung der in dem Druckgas enthaltenen Energie incontraption to implement the energy contained in the compressed gas in
mechanische Arbeitmechanical job

Claims (5)

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.Drive system with a liquid nitrogen tank ( 15 ), an evaporator unit ( 5 ) as well as a device ( 18 ) for the implementation of the in the compressed gas ( 8th ) contained in mechanical work, characterized in that the device ( 18 ) at least one combined compressed gas oil tank ( 8th ), Pressure oil ( 9 ) and a hydraulic motor ( 11 ), wherein the generated compressed gas ( 12 ) from the evaporator unit ( 5 ) as a drive of the pressure oil ( 9 ) for the hydraulic motor ( 11 ) serves. Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasöltanks (8) wechselseitig mit Druckgas (12) bedient werdenDrive system according to the preceding claim, characterized in that the compressed gas oil tanks ( 8th ) alternately with compressed gas ( 12 ) to be served Antriebssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wechselseitig aus den Druckgasöltanks (8) heraus das Drucköl (12) zum Antrieb des Hydraulikmotors (11) genutzt wird.Drive system according to the preceding claim, characterized in that mutually from the compressed gas oil tanks ( 8th ) out the pressure oil ( 12 ) for driving the hydraulic motor ( 11 ) is being used. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasöltanks (8) wechselseitig mit dem aus dem Hydraulikmotor (11) austretenden Rücklauföl wieder gefüllt werden.Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the compressed gas oil tanks ( 8th ) alternately with that from the hydraulic motor ( 11 ) returning return oil are refilled. 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.Drive system according to one of the preceding claims, characterized in that in the compressed gas oil tank ( 8th ) remaining compressed gas ( 12 ) in ancillary units ( 13 ) is used to generate electricity and / or further hydraulic work.
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