AT406984B - Vorrichtung zur umwandlung von in druckluft gespeicherter energie in mechanischer arbeit - Google Patents

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Description


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   Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zur Umwandlung von in Druckluft gespeicherter Energie in mechanische Arbeit, die folgende Bauteile aufweist : - mindestens einen Druckluftbehälter zur Speicherung von Druckluft; - mehrere Zylindereinheiten, jeweils mit mindestens einem Pneumatikarbeitsraum zur Ent- spannung der Druckluft, und mit mindestens einem Hydraulikarbeitsraum zum Fördern ei- nes Hydraulikmediums, wobei der Pneumatikarbeitsraum und der Hydraulikarbeitsraum jeweils einen Kolben aufweisen, die miteinander gekoppelt sind; eine Hydraulik-Hochdruckleitung, die mit den Hydraulikarbeitsräumen der Zylindereinheiten in Verbindung steht und die dazu ausgebildet ist, ein unter Hochdruck stehendes 
Hydraulikmedium zu transportieren;

   - einen mit der Hydraulik-Hochdruckleitung in Verbindung stehenden Hydraulikantrieb, der vorzugsweise als Hydraulikmotor ausgebildet ist, und der von dem unter Hochdruck ste- henden Hydraulikmedium angetrieben ist. 



   Die Verwendung von Druckluft als Speichermedium für Energie bietet eine Reihe von Vorteilen. 



  Für mobile Anwendungen beispielsweise in Kraftfahrzeugen ist dabei von besonderer Bedeutung, dass sich mit Druckluftbehältern, die in Leichtbauweise ausgeführt sind, höhere Energiedichten erzielen lassen, als dies mit Batterien möglich ist. Ausserdem sind Druckluftbehälter bezüglich Kosten und Lebensdauer Batterien weit überlegen. Die direkte Umwandlung der in Druckluft gespeicherten Energie in mechanische Arbeit ist jedoch für eine Reihe von Anwendungen nicht möglich oder nicht vorteilhaft. Es sind daher Systeme vorgeschlagen worden, bei denen die in der Druckluft enthaltene Energie zunächst in ein Hydrauliksystem eingebracht wird und in der Folge von einem Hydraulikmotor in mechanische Arbeit umgesetzt wird.

   Die Vorteile einer solchen Lösung liegen darin, dass hydraulische Systeme sehr weit ausgereift und entwickelt sind und Hydraulikmotoren klein, kompakt, kostengünstig und für eine Vielzahl verschiedene Anwendungsgebiete leicht verfügbar sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch in Verbindung mit Hydraulikzylindern als Hydraulikantrieb einsetzbar. 



   Aus der WO 97/17546 ist eine Kolbenmaschine bekannt, mit der die Umwandlung der pneu- matischen Energie in hydraulische Energie durchgeführt werden kann. Bei dieser Umwandlung treten zwei grundsätzliche Probleme auf : Zum einen ist zu beachten, dass die Druckluft durch die Entspannung abgekühlt wird, sofern von aussen keine Wärme zugeführt wird. Eine solche adiabate Entspannung besitzt jedoch einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad als eine isotherme Entspannung, bei der während der Expansion laufend Wärme zugeführt wird, um die Temperatur der Luft konstant zu halten. Zum anderen liegt die Druckluft beim Betrieb der Vorrichtung bei sehr stark unterschiedlichen Drücken vor. Dies liegt einerseits daran, dass der Druck in einem Druckbehälter durch die Entnahme laufend absinkt und andererseits während des Arbeitshubs einer Kolbenmaschine Druckschwankungen entstehen.

   Im Hydraulikkreislauf ist jedoch weitgehend konstanter Druck erwünscht, was durch einen Pufferspeicher allein nicht ohne weiteres erreicht werden kann. 



   In der WO 98/17492 wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei dem einem pneumohydraulischen Wandler ein in Stufen gesteuerter Druckmultiplikator nachgeschaltet ist, um den schwankenden Hydraulikdruck soweit als möglich auszugleichen. 



   Die Nachschaltung einer eigenen Vorrichtung zum Ausgleich von Druckschwankungen ist jedoch aufwendig, und es ist schwierig, die erforderlichen Baugruppen in ein Kraftfahrzeug zu integrieren. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass mit möglichst geringem Aufwand ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. 



   Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass mindestens ein Umschaltventil vorgesehen ist, das den Hydraulikarbeitsraum einer Zylindereinheit wahlweise mit der Hydraulik-Hochdruckleitung oder mit dem Hydraulikarbeitsraum einer anderen Zylindereinheit verbindet. 



   Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass durch ein einziges Gerät sowohl die Um- wandlung pneumatischer Energie in hydraulische Energie als auch der Ausgleich von Druck- schwankungen erzielbar ist. Grundidee der vorliegenden Erfindung ist, dass mehrere unabhängige, jedoch grundsätzlich gleichartig aufgebaute Zylindereinheiten vorgesehen sind, die je nach den aktuell herrschenden Druckverhältnissen unterschiedlich verschaltet werden. Bei Vorliegen eines 

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 hohen Drucks in dem Pneumatikarbeitsraum einer Zylindereinheit kann der entsprechende Hydraulikarbeitsraum direkt mit der Hydraulik-Hochdruckleitung verbunden werden.

   Sinkt der Druck jedoch unter einen vorgegebenen Grenzwert ab, so wird durch Umschalten von Steuerventilen bewirkt, dass mit den nunmehr geringerem Hydraulikdruck eine andere Zylindereinheit unterstützt wird, damit diese den erforderlichen Hydraulikdruck erzeugen kann. Der beschriebene Druckabfall kann einerseits dadurch hervorgerufen werden, dass der Pneumatikdruck durch fortschreitenden Verbrauch von Druckluft absinkt oder zum anderen durch den Verlauf der Expansionsbewegung, bei der der Druck ebenfalls absinkt. Im Extremfall können alle vorhandenen Zylindereinheiten in Serie geschaltet werden, um den erforderlichen Hydraulikdruck aufzubauen. 



  Stehen beispielsweise die Kolbenflächen des Pneumatikteils zu den Kolbenflächen des    Hydraulikteils für alle Zylindereinheiten in einem Verhältnis von 3 :1, kann auf diese Weise bei sechs Zylindereinheiten ein Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen 3 :1 18 :1 werden.   



  Stehen Zylindereinheiten mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis zur Verfügung, kann das Gesamtübersetzungsverhältnis in einem noch grösseren Bereich variiert werden. 



   Eine besonders kompakte Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch mög- lich, dass die Zylindereinheiten doppeltwirkend mit jeweils zwei Pneumatikarbeitsräumen und zwei Hydraulikarbeitsräumen ausgebildet sind, die von einem einstückig ausgebildeten Kolben voneinander getrennt sind. Bei einer solchen Ausführungsvariante wird das Hydraulikmedium aus dem Hydraulikarbeitsraum einer Zylindereinheit dann, wenn der Druck grösser ist als der Nenndruck der Hydraulik-Hochdruckleitung, mit dieser verbunden. Sinkt der Druck ab, dann schaltet das Umschaltventil um, und der Hydraulikarbeitsraum dieser Zylindereinheit wird mit dem Hydraulikarbeitsraum einer anderen Zylindereinheit verbunden, und zwar mit derjenigen, von der sich der Kolben wegbewegt.

   Dies bedeutet, dass der Kolben nicht nur pneumatisch sondern auch hydraulisch bewegt wird, um so einen höheren Druck erzeugen zu können. 



   Ein optimaler Betrieb der Vorrichtung wird dann erreicht, wenn sämtliche Ventile u. dgl. elektronisch gesteuert werden. Um eine solche Steuerung optimal durchführen zu können, ist es besonders günstig, wenn neben entsprechenden Druckaufnehmern auch Wegaufnehmer vorgesehen sind, die die jeweilige Stellung der Kolben erfassen. 



   In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pneumatikarbeitsräume der Zylindereinheiten über Schaltventile mit einer gemeinsamen Pneumatik-Niederdruckleitung verbunden sind, die auf ein Druckniveau in einem Bereich zwischen 5 und 15 bar ausgelegt ist. Dies bedeutet, dass in den einzelnen Zylindereinheiten die Druckluft nicht sofort auf Umgebungsdruck entspannt wird, sondern dass in der Niederdruckleitung ein gewisser Restdruck aufrecht erhalten wird. Bevorzugt kann dieser Restdruck in einer Entspannungseinrichtung dazu verwendet werden, Nebenaggregate, wie beispielsweise die Lichtmaschine, eine Pumpe für ein Lenkhilfeaggregat oder einen Bremskraftverstärker anzutreiben. 



  Als Entspannungseinrichtung kann beispielsweise eine herkömmliche kleine Turbine oder ein Flügelzellenmotor eingesetzt werden. 



   Der Wirkungsgrad der Vorrichtung in Bezug auf die in der Druckluft gespeicherten Energie kann dadurch erhöht werden, dass eine Einrichtung zur Erwärmung der Druckluft im Druck- luftbehälter oder in einer Pneumatik-Hochdruckleitung vorgesehen ist, die die Druckluftbehälter mit den Pneumatikarbeitsräumen der Zylindereinheiten verbindet. Zur Erwärmung der Druckluft können entweder natürliche Energiequellen, wie z. B. durch Sonneneinstrahlung erwärmte Karosserieteile, die Abwärme von anderen Aggregaten oder eine spezielle dafür konzipierte Heizung oder beides herangezogen werden. Durch die Verwendung von Abwärme zur Erwärmung der Druckluft kann ein theoretischer Wirkungsgrad der Anlage von sogar über 100 % erreicht werden.

   Bei einer besonders begünstigten Ausführungsvariante, bei der die Zylindereinheiten innerhalb eines Niederdruckbehälters für das Hydraulikmedium angeordnet sind, wird in einfacher Weise das Hydraulikmedium erwärmt, um dem System Energie zuzuführen. 



   Um die Energieverluste zufolge der nicht isothermen Entspannung von Druckluft zu verringern, kann vorgesehen sein, dass die Zylindereinheiten mit Wärmetauschern zum Einbringen von Wärme während der Entspannung der Druckluft ausgestattet sind. Durch die günstige Auslegung der Maschine ist ein relativ langsamer Betrieb möglich. Dadurch kann während der Arbeitshübe über die Zylinderwand der Druckluft eine gewisse Wärmemenge zugeführt werden. Durch Ausbildung der Zylindereinheiten in der Art, wie sie in der WO 97/17546 beschrieben ist, kann der 

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 Wärmeübergang weiter verbessert werden und der Wirkungsgrad erhöht werden. 



   Um in einfacher Weise jede beliebige Zylindereinheit zur Unterstützung jeder anderen belie- bigen Zylindereinheit zusammenschalten zu können, ist besonders bevorzugt eine in Form einer geschlossenen Schleife ausgebildete Druckunterstützungsleitung vorgesehen, die über die Umschaltventile mit den Hydraulikarbeitsräumen aller Zylindereinheiten in Verbindung steht und die sich aus den einzelnen Versorgungsleitungen zusammensetzt. 



   Geringfügige verbleibende Druckschwankungen in der Hydraulik-Hochdruckleitung können dadurch ausgeglichen werden, dass ein Hydraulik-Hochdruckspeicher vorgesehen ist, der mit der Hydraulik-Hochdruckleitung in Verbindung steht. Wesentlich ist der Hydraulik-Hochdruckspeicher zur Erreichung eines schnellen Ansprechverhaltens bei der Beschleunigung oder beim Anfahren. 



   Eine weitgehende Freiheit des Zusammenschaltens der einzelnen Zylindereinheiten ist insbe- sonders dadurch gegeben, dass die Zylindereinheiten unabhängig voneinander beweglich aus- geführt sind. Dies bedeutet, dass die Kolben der einzelnen Zylindereinheiten nicht über eine Kurbelwelle oder andere mechanische Verbindungen gekoppelt sind. Auf diese Weise wird nicht nur eine mechanische Vereinfachung erzielt, sondern es kann auch die pneumatische und hydraulische Beschaltung besser optimiert werden. 



   Besonders bevorzugt ist es, wenn weiters eine elektronische Steuerungseinrichtung für die Umschaltventile vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, ein Umschaltventil des Hydraulikar- beitsraums einer ersten Zylindereinheit zur Verbindung mit dem Hydraulikarbeitsraum einer weiteren Zylindereinheit umzuschalten, wenn der Druck in dem Hydraulikarbeitsraum der ersten Zylindereinheit nicht höher ist als der in der Hydraulik-Hochdruckleitung erforderliche Druck. 



   Die Erfindung wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher be- schrieben. Fig. 1 zeigt einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 in vergrössertem Massstab. 



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus drei Druckluftbehältern 1 zur Speicherung von Druckluft bis zu einem Nenndruck von 300 bar. Für die Anwendung in Kraftfahrzeugen sind diese Druckluftbehälter 1 in Leichtbau aus faserverstärktem Kunststoff ausgeführt. Die Druckluftbehälter 1 stehen über eine Pneumatik-Hochdruckleitung 2, in der ein Absperrorgan 3 und ein Filter 4 angeordnet ist, mit den Zylindereinheiten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f in Verbindung. Die detaillierte Beschaltung der ersten Zylindereinheit 5a ist in der Fig. 2 in vergrössertem Massstab dargestellt. Die übrigen Zylindereinheiten 5b bis 5f sind gleichartig ausgebildet.

   Die Pneumatik-Hochdruckleitung 2 führt zu gegenläufig geschalteten Steuerventilen 6,7, 8,9, die die Pneumatik-Hochdruckleitung 2 wahlweise mit einem ersten Pneumatikarbeitsraum 10 oder mit einem zweiten Pneumatikarbeitsraum 11 verbinden. Der jeweils andere Pneumatikarbeitsraum 10,11 ist über die Steuerventile 6 bis 9 mit einer Pneumatik-Niederdruckleitung 12 verbunden. Die Ventile 6 bis 9 sind jeweils so gesteuert, dass die Lage der Ventile 6 und 9 gleich ist und die Lage der Ventile 7 und 8 entgegengesetzt von der der Ventile 6 und 9 ist. Durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse in den Pneumatikarbeitsräumen 10 und 11 wird der Kolben 13 der Zylindereinheit 5a hin- und herbewegt. Durch diese Bewegung wird Hydrauliköl, das sich in Hydraulikarbeitsräumen 14 bzw. 15 befindet, zu einem weiteren Schaltventil 16 geführt.

   Ein Sicherheitsventil 17 begrenzt den Druck auf den maximal zulässigen Druck. Durch das weitere Schaltventil 16 wird jeweils einer der Hydraulikarbeitsräume 14,15 mit einer Hydraulikzufuhrleitung 18 verbunden, während der andere mit einer Hydraulikförderleitung 19 verbunden wird. Ein Drucksensor 20 überwacht den Druck in der Hydraulikförderleitung 19. Ein Umschaltventil 21 verbindet die Hydraulikförderleitung 19 wahlweise mit einer Hydraulik-Hochdruckleitung 22 oder mit der Zufuhrleitung 18d der Zylindereinheit 5d. Im ersten Fall wird die Zufuhrleitung 18d gleichzeitig mit einer Hydraulik-Niederdruckleitung 23 verbunden. Eine Verbindungsleitung 39 mit einem Rück- schlagventil 38 dient dazu, auch bei Stillstand der Vorrichtung das Hochdrucksystem gefüllt zu halten. 



   Lagesensoren 24 sind dazu vorgesehen, die Stellung jedes Kolbens 13 zu erfassen. In der dar- gestellten Ausführungsvariante erfassen drei Lagesensoren 24 die Endlagen des Kolbens 13 und eine Mittelstellung. Zusammen mit den Drucksensoren 20 ist es damit möglich, jederzeit über die erforderlichen Informationen über den Zustand des Systems zu verfügen. Insbesonders die Erfassung der Mittellage der Kolben 23 ist wichtig, da zu diesem Zeitpunkt im Pneumatikarbeitsraum der jeweiligen Zylindereinheit etwa der doppelte Druck herrschen sollte wie 

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 in der Pneumatik-Niederdruckleitung 12. Etwaige Abweichungen werden beim nächsten Arbeitshub durch eine Veränderung der Steuerzeiten der Ventile 6,7, 8,9 berücksichtigt. 



   Die einzelnen Versorgungsleitungen 18a bis 18f sind über die Schaltventile 16 und 21 zu einer geschlossenen Druckunterstützungsleitung verbunden, die die einzelnen Zylindereinheiten 5a bis 5f versorgen. Die gemeinsame Hydraulik-Hochdruckleitung 22 ist über ein Steuerventil 24 und ein Verstellventil 25 mit einem Hydraulikmotor 26 verbunden. Eine entsprechende Verstellvorrichtung ist mit 27 gekennzeichnet. 



   Um kurzfristige Druckschwankungen in der Hydraulik-Hochdruckleitung 22 auszugleichen, ist ein Hydraulik-Hochdruckspeicher 28 vorgesehen, der über ein Steuerventil 29 und zwei Druckbegrenzungsventile 30, 31 mit der Hydraulik-Hochdruckleitung 22 in Verbindung steht. 



   Die Hydraulik-Niederdruckleitung 23 wird durch einen Niederdruckbehälter 32 über einen Filter 33 mit Hydraulikmedium versorgt. Ein Drucksensor 34 überwacht den Druck im Nie- derdrucksystem. In den Figuren ist der Niederdruckbehälter 32 als selbständiger Bauteil dargestellt. Es kann jedoch dieser Behälter 32 so ausgebildet sein, dass alle Zylindereinheiten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f und die damit zusammenhängenden Ventile 6,7, 8,9, 16 und 21 im Ölbad innerhalb des Niederdruckbehälters 32 angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Bauraum optimal ausgenützt werden und der Wärmeübergang an den Zylinderwänden verbessert werden. 



   In der Pneumatik-Niederdruckleitung 12 wird ein Druck aufrecht erhalten, der in einem Bereich zwischen 5 und 15 bar liegt. Über einen Flügelzellenmotor 35 wird die Luft der Pneumatik- Niederdruckleitung 12 auf einen geringen Druck im Bereich des Umgebungsluftdrucks entspannt und über einen Schalldämpfer 36 nach aussen abströmen gelassen. Der Flügelzellenmotor 35 treibt nur schematisch dargestellte Nebenaggregate 37a, 37b, 37c und 37d an. Bei dieser Nebenaggregaten handelt es sich um eine Lichtmaschine, Servopumpen für eine Lenkungsunterstützung oder einen Bremskraftverstärker, den Kompressor einer Klimaanlage od. dgl. Eines dieser Nebenaggregate, und zwar in der Zeichnung das mit 37c bezeichnete, ist als Hydraulik-Hochdruckpumpe ausgeführt, die eingangsseitig mit der Hydraulik-Niederdruckleitung 23 und ausgangsseitig mit der Hydraulik-Hochdruckleitung 22 verbunden ist.

   Durch diese Hydraulik- Hochdruckpumpe kann in besonders einfacher Weise eine verlustfreie Regelung der Drehzahl des Flügelzellenmotors erreicht werden. Ist nämlich die an dem Flügelzellenmotor 35 zur Verfügung stehende Leistung grösser als die Leistungsaufnahme der Nebenaggregate, so wird durch die Hydraulikpumpe 37c die zur Verfügung stehende Leistung dazu verwendet, Öl in der Hochdrucksystem einzuspeisen. Auf diese Weise kann der Verbrauch an Druckluft verringert werden, was die Reichweite eines entsprechenden Fahrzeugs erhöht. 



   In der Folge wird die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand des Schal- tungsdiagramms der Fig. 1 und 2 erklärt werden. Nach dem Aufladen der Druckluftbehälter 1 liegt in der Pneumatik-Hochdruckleitung 2 Druckluft mit einem Druck von etwa 300 bar vor. Wenn sich beispielsweise der Kolben 13 der Zylindereinheit 5a in seiner oberen Endlage befindet, was durch die Lagesensoren 24 erfasst wird, dann wird das Steuerventil 7 für einen vorbestimmten kurzen Zeitraum geöffnet. Der erforderliche Zeitraum wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung so berechnet, dass in dem Pneumatikarbeitsraum 10 am Ende der Hubbewegung ein Druck vorliegt, der geringfügig grösser ist, als der in der Pneumatik-Niederdruckleitung 12 eingestellte Druck. Durch die in dem Pneumatikarbeitsraum 10 vorliegende Druckluft wird der Kolben 13 nach unten bewegt.

   Dementsprechend wird im Hydraulikarbeitsraum 15 entsprechend dem Verhältnis der wirksamen Kolbenflächen ein Hydraulikdruck aufgebaut. Solange dieser Druck grösser ist als der Druck in der Hydraulik-Hochdruckleitung 22, ist das Ventil so geschaltet, dass die Hydraulikförderleitung 19 mit der Hydraulik-Hochdruckleitung 22 verbunden ist. Wenn sich die Druckluft in den Pneumatikarbeitsraum 10 soweit entspannt hat, dass eine weitere Bewegung des Kolbens 13 gegen den Druck in der Hydraulik-Hochdruckleitung nicht mehr möglich ist, wird das Steuerventil 21 umgeschaltet. Auf diese Weise wird der Hydraulikarbeitsraum 15 mit der Hydraulikzufuhrleitung 18d für die nächste Zylindereinheit 5d verbunden.

   Auf diese Weise wird erreicht, dass derjenige Hydraulikarbeitsraum der Zylindereinheit 5d, von dem sich der Kolben wegbewegt, nicht aus der Hydraulik-Niederdruckleitung 23 mit Öl versorgt wird, sondern mit dem Öl höheren Drucks aus der Zylindereinheit 5a. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Kraft auf den Kolben ausgeübt, so dass auch in einer späteren Phase des Expansionszyklus ein ausreichend hoher Hydraulikdruck erzeugt wird, um Öl in die Hydraulik-Hochdruckleitung 22 einspeisen zu kön- 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 nen. Der Zeitpunkt des Umschaltens des Ventils 21 kann aus dem anliegenden Pneumatikdruck und dem Übersetzungsverhältnis des Kolbens 13 berechnet werden, solange die jeweilige Zylindereinheit mit Hydrauliköl aus der Hydraulik-Niederdruckleitung 23 versorgt wird.

   Falls jedoch von der jeweils vorgeschalteten Zylindereinheit unter Druck stehendes Hydrauliköl nachgefördert wird, muss die Zusatzkraft bei dieser Berechnung berücksichtigt werden. Da der jeweilige Druck durch den Drucksensor 20 gemessen wird, kann die entsprechende Berechnung ausgeführt werden. 



   Wenn der Druck in den Druckluftbehältern 1 absinkt, werden die Ventile 6,7, 8,9 entsprechend länger offen gehalten, um den entsprechenden Druck in der Pneumatik-Niederdruckleitung 12 letztlich zu erreichen. Bei abnehmenden Druck in den   Druckluftbehältern   wird auch das Problem des Wirkungsgradverlustes zufolge der Abkühlung der Druckluft während der Entspannung geringer. 



   Es ist offensichtlich, dass es im Sinne der Erfindung nicht nur möglich ist, zwei Zylindereinheiten zur Verstärkung zusammenzuschalten, sondern dass auch eine mehrstufige Ausbildung möglich ist. 



  Im Extremfall können alle Zylindereinheiten hintereinander geschaltet werden. 



   Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsvariante geht von einer einstufigen Entspan- nung der Druckluft von dem Druck der Pneumatik-Hochdruckleitung 2 auf den Druck der Pneumatik-Niederdruckleitung 12 aus. Je nach Anwendungsfall ist es auch möglich, ein Pneumatikmitteldrucksystem zwischenzuschalten, um eine mehrstufige Entspannung zu er- möglichen. Bei einer solchen Vorgangsweise kann zwischen den Stufen Wärme mit Umge- bungstemperatur zugerührt werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Falls Wärmequellen zur Verfügung stehen, ist es zur Erhöhung des Wirkungsgrades möglich, die Druckluft in der Pneumatik-Hochdruckleitung 2 oder im Druckluftbehälter 1 zu erwärmen. Dadurch kann die zur Verfügung stehende Energie gespeichert werden. 



   Die in den Figuren dargestellten Ventile 6,7, 8,9, 16,21, 24,29 u. dgl. werden von einer nicht dargestellten elektronischen Steuerungseinrichtung angesteuert, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. In dieser Steuerungseinrichtung werden die erforderlichen Berech- nungen durchgeführt und die jeweils angepassten Entscheidungen gefällt. Weiters regelt die Steuerungseinrichtung die weitere Zufuhr von Druckluft zu den Zylindereinheiten ab, wenn der Hochdruckspeicher 28 maximal oder nahezu maximal geladen ist. Dadurch wird ein nicht notwendiger Verbrauch an Druckluft verhindert. 



   Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die in der gespeicherten Druckluft enthaltene Energie in optimaler Weise in mechanische Arbeit umzusetzen. Die Erfindung ist besonders für den Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet. 

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Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Umwandlung von in Druckluft gespeicherter Energie in mechanische Arbeit, die folgende Bauteile aufweist: - mindestens einen Druckluftbehälter (1) zur Speicherung von Druckluft; - mehrere Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), jeweils mit mindestens einem Pneumatikarbeitsraum (10,11) zur Entspannung der Druckluft, und mit mindestens einem Hydraulikarbeitsraum (14,15) zum Fördern eines Hydraulikmediums, wobei der Pneumatikarbeitsraum (10,11) und der Hydraulikarbeitsraum (14,15) jeweils einen Kolben (13) aufweisen, die miteinander gekoppelt sind ; - eine Hydraulik-Hochdruckleitung (22), die mit den Hydraulikarbeitsräumen (14, 15) der Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) in Verbindung steht und die dazu ausgebildet ist, ein unter Hochdruck stehendes Hydraulikmedium zu transportieren;
    - einen mit der Hydraulik-Hochdruckleitung in Verbindung stehenden Hydraulikantrieb, der vorzugsweise als Hydraulikmotor ausgebildet ist, und der von dem unter Hochdruck stehenden Hydraulikmedium angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umschaltventil (21) vorgesehen ist, das den Hydraulikarbeitsraum (14,15) einer Zylindereinheit wahlweise mit der Hydraulik- <Desc/Clms Page number 6> Hochdruckleitung (22) oder mit dem Hydraulikarbeitsraum (14,15) einer anderen Zy- lindereinheit (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) verbindet.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinheiten doppeltwirkend mit jeweils zwei Pneumatikarbeitsräumen (10,11) und zwei Hydrau- likarbeitsräumen (14, 15) ausgebildet sind, die von einem einstückig ausgebildeten Kolben (13) voneinander getrennt sind.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) Wegaufnehmer (24) vorgesehen sind, die die jeweilige Stellung des Kolbens (13) erfassen.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikarbeitsräume (10, 11) der Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) über Schaltventile (6,7, 8, 9) mit einer gemeinsamen Pneumatik-Niederdruckleitung (12) verbunden sind, die auf ein Druckniveau in einem Bereich zwischen 5 und 15 bar aus- gelegt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pneumatikmitteldrucksystem vorgesehen ist, um die Druckluft, die in den Druckluftbehältern (1) gespeichert ist, mehrstufig zu entspannen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ein- richtung zur Erwärmung der Druckluft im Druckluftbehälter (1) oder in einer Pneumatik- Hochdruckleitung (2) vorgesehen ist, die die Druckluftbehälter (1) mit den Pneumatikar- beitsräumen (10, 11) der Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) verbindet.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zy- lindereinheiten mit Wärmetauschern zum Einbringen von Wärme während der Entspan- nung der Druckluft ausgestattet sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Form einer geschlossenen Schleife ausgebildete Druckunterstützungsleitung (18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f) vorgesehen ist, die über Umschaltventile (16, 21) mit den Hydrau- likarbeitsräumen (14, 15) aller Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) in Verbindung steht.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hy- draulik-Hochdruckspeicher (28) vorgesehen ist, der mit der Hydraulik-Hochdruckleitung (22) in Verbindung steht.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ent- spannungseinrichtung (35) vorgesehen ist, die mit der Pneumatik-Niederdruckleitung (12) in Verbindung steht, und die zum Antrieb von Nebenaggregaten (37a, 37b, 37c, 37d) bestimmt ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zy- lindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) unabhängig voneinander beweglich ausgeführt sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass weiters eine elektronische Steuerungseinrichtung für die Umschaltventile (16,21) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, ein Umschaltventil (16,21) des Hydraulikarbeitsraums (14,15) einer ersten Zylindereinheit (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) zur Verbindung mit dem Hy- draulikarbeitsraum einer weiteren Zylindereinheit (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) umzuschalten, wenn der Druck in dem Hydraulikarbeitsraum der ersten Zylindereinheit (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) nicht höher ist als der in der Hydraulik-Hochdruckleitung (22) erforderliche Druck.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinheiten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) innerhalb eines Niederdruckbehälters (32) für das Hydraulikmedium angeordnet sind.
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