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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Druckübertragungssystem für ein Fahrzeug, ein Verfahren zu einer Druckübertragung für ein Fahrzeug, und insbesondere auf eine Treibstoffdruckbremse.
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Im Stand der Technik sind Bremssysteme für Fahrzeuge bekannt, bei denen eine Aktuierung einer Bremse in hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Weise erfolgt.
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Insbesondere im Fall pneumatischer Bremssysteme wird hierfür Energie in Form einer Kompression eines Fluids, beispielsweise einer Umgebungsluft, gespeichert und vorgehalten, um eine schnelle Bremsbereitschaft zu ermöglichen. Entsprechende Systeme weisen einen gesonderten Drucktank und Einrichtungen zur Druckerzeugung (etwa Kompressor, Trocknungseinheiten etc.) sowie zum Transport für das Fluid auf.
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Beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 063 487 A1 sind dabei konkrete Einrichtungen zur Umwandlung von pneumatischer in hydraulische Energie bekannt.
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Im Kontext der Einführung neuerer Antriebskonzepte (beispielsweise bei elektrisch oder mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen) werden auch im Bremsbereich neue Aktuator-Konzepte für Bremsen realisiert. Insbesondere können Aktuatoren elektromechanisch arbeiten, umfassen also einen durch elektrischen Strom betriebenen Motor.
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Für alte wie auch für neue Systeme ist eine Sicherheitsgewährleistung unerlässlich. Dazu gehört etwa, dass die Systeme redundant ausgeführt sind oder ein Backup für die Bremsfunktion realisiert wird.
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Es besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung und Weiterentwicklung von Bremssystemen sowohl in Bezug auf Effizienz wie auch auf Sicherheit.
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Ein Beitrag dazu wird durch ein Druckübertragungssystem nach Anspruch 1, ein Bremssystem nach Anspruch 6 und ein Verfahren nach Anspruch 7 geleistet. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Druckübertragungssystem für ein Fahrzeug, das zur Mitführung eines Energieträgers ausgebildet ist, und das ein Bremssystem aufweist, das ein Fluid umfasst. Während der Mitführung wird oder ist der Energieträger mit einem ersten Druck beaufschlagt, bzw. unter einen erhöhten Druck gesetzt. Dabei ist der erste Druck basierend auf einem nicht mit dem Fahrzeug mitgeführten System erzeugt worden. Das Druckübertragungssystem umfasst eine Adaptervorrichtung, die ausgebildet ist, um basierend auf dem ersten Druck einen zweiten Druck in dem Fluid zu erzeugen.
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Das Fahrzeug kann insbesondere ein Nutzfahrzeug, etwa ein Lastkraftwagen, sein. Es kann sich allerdings auch um ein Schienenfahrzeug oder um ein Flugzeug handeln.
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Das Bremssystem kann ausgebildet sein, um basierend auf dem Fluid einen Bremsvorgang bzw. einen Vorgang im Kontext des Bremsens (etwa auch ein Lösen einer Bremse) des Fahrzeugs zu bewirken. Zu diesem Zweck soll auch das Fluid mit Druck beaufschlagt werden. Das Druckübertragungssystem kann insbesondere ausgebildet sein, Energie, die in Form des ersten Drucks im Energieträger gespeichert ist, umzuwandeln in Energie, die in Form des zweiten Drucks im Fluid gespeichert ist. In Ausführungsbeispielen wird der erste Druck auf den zweiten Druck übertragen, ohne den zweiten Druck beispielsweise durch einen Kompressor zu erzeugen.
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Das Bremssystem kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch arbeiten. Der zweite Druck kann insbesondere ein Bremsdruck oder ein Druck zum Aktivieren oder Lösen einer Bremse sein. Als Fluid kann entsprechend beispielsweise eine Bremsflüssigkeit oder Umgebungsluft dienen bzw. vorgesehen sein. Das Bremssystem kann insbesondere ausgebildet sein, das Fluid durch das Bremssystem bzw. das Fahrzeug zu transportieren, um basierend darauf einen Vorgang zum Aktivieren und/oder Lösen einer Bremse des Fahrzeugs zu bewirken. Das Bremssystem kann auch ausgebildet sein, den zweiten Druck in dem Fluid selbst zu erzeugen und/oder in dem Fluid vorzuhalten bzw. zu speichern. So kann das Fluid etwa Luft sein, die aus einer Umgebung des Fahrzeugs durch eine Kompression in dem Bremssystem gewonnen wird und/oder die in einem Druckbehälter des Bremssystems vorgehalten wird. In solchen Ausführungsbeispielen kann das Druckübertragungssystem etwa als Ergänzung bzw. als Backup vorgesehen sein.
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Der Energieträger kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. In Ausführungsbeispielen kann das Bremssystem dazu vorgesehen sein, den Vorgang im Kontext des Bremsens ohne den Energieträger durchzuführen. Das Druckübertragungssystem kann ausgebildet sein, den zweiten Druck in besonderen Situationen, insbesondere in einem Notfall und/oder als Backup, zu erzeugen.
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Der erste Druck kann zeitlich veränderlich sein. Insbesondere kann der erste Druck während des Mitführens im Verlauf der Zeit zu- und/oder abnehmen.
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Unter dem nicht mit dem Fahrzeug mitgeführten System soll ein System verstanden werden, das nicht für ein Mitführen in dem Fahrzeug vorgesehen ist, und das insbesondere keine Komponente des Fahrzeugs ist. Das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System kann ausgebildet sein, um den Energieträger mit dem ersten Druck zu beaufschlagen, bevor der Energieträger in das Fahrzeug gelangt, oder es kann den ersten Druck bei einem Befüllen des Fahrzeugs mit dem Energieträger erzeugen. Das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System kann den ersten Druck in dem Energieträger allerdings auch mittelbar erzeugen, insbesondere kann das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System einen Druck in dem Energieträger erzeugen, der Voraussetzung dafür ist, dass sich der erste Druck etwa in einer Leitung oder in einer sonstigen Komponente des Fahrzeugs in dem Energieträger einstellt. Das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System kann ein externes System für ein Befüllen des Fahrzeugs mit dem Energieträger sein. Das externe System kann den ersten Druck oder einen den ersten Druck bewirkenden Druck auch in dem Energieträger erzeugen, bevor der Energieträger dem Fahrzeug zugeführt wird.
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Optional ist der Energieträger Druckluft. In Ausführungsbeispielen kann das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System den ersten Druck oder einen den ersten Druck bewirkenden Druck in einem geeigneten Behälter der Druckluft erzeugen, etwa in einer auswechselbaren oder in das Fahrzeug einsetzbaren Patrone. Systeme zum Befüllen von Patronen mit Druckluft sind im Stand der Technik bekannt. Der erste Druck kann bei einer Herstellung des Fahrzeugs oder der Patrone, oder bei einem Nachfüllen oder Ersetzen der Patrone, erzeugt werden. In Ausführungsbeispielen wird der erste Druck während der Mitführung in einem zeitlichen Verlauf nicht erhöht.
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Optional ist die Druckluft dazu vorgesehen, eine Luftfederung für einen Sitz im Fahrzeug bereitzustellen. Der Sitz kann insbesondere für einen Fahrer und/oder Beifahrer des Fahrzeugs vorgesehen sein. In Ausführungsbeispielen umfasst das Fahrzeug eine Vorrichtung, um basierend auf dem ersten Druck der Druckluft die Luftfederung des Sitzes zu bewirken.
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Optional ist der Energieträger ein Treibstoff, der für eine Energiegewinnung in dem Fahrzeug durch eine chemische Umwandlung des Treibstoffs vorgesehen ist.
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Der Treibstoff soll ein Stoff sein, in dessen chemischer Komposition eine weitere Energie gespeichert ist, die durch eine in einem weiten Sinn zu verstehende chemische Umwandlung in dem Fahrzeug freigesetzt werden soll. Die chemische Umwandlung bzw. der chemische Prozess kann insbesondere eine Verbrennung bzw. eine Knallgasreaktion sein.
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In Ausführungsbeispielen ist das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System ein System zum Betanken oder Befüllen des Fahrzeugs mit dem Treibstoff. Dabei kann der erste Druck oder ein den ersten Druck bewirkender Druck in dem Treibstoff bei dem Betanken oder Befüllen erzeugt werden. Das nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System kann auch ausgebildet sein, um den ersten Druck oder einen den ersten Druck bewirkenden Druck in dem Treibstoff in einem Behälter zu erzeugen, wobei der Behälter für ein Einsetzen in das Fahrzeug ausgebildet ist. Der Treibstoff kann dem ersten Druck bereits in einem zur Mitführung des Treibstoffs bestimmten Tank des Fahrzeugs unterliegen. Auch bei Ausführung des Energieträgers als Treibstoff kann gelten, dass sich der erste Druck während des Mitführens nicht erhöht.
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Die Zweckbestimmung des Treibstoffs bzw. der in der chemischen Umwandlung freigesetzten weiteren Energie ist vorteilhafterweise eine andere als die des Bremssystems. Insbesondere kann der Treibstoff zur Fortbewegung bzw. zu einem Antrieb des Fahrzeugs und/oder für ein Betreiben einer Beleuchtung, einer Klimatisierung oder einer anderen Funktion des Fahrzeugs vorgesehen sein. In Ausführungsbeispielen ist der Treibstoff also nicht dazu vorgesehen, durch Energiegewinnung aus der chemischen Umwandlung den Bremsvorgang zu bewirken bzw. einem Aktivieren oder einem Lösen einer Bremse des Fahrzeugs zu dienen. In anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch gerade dies der Fall sein - die aus der chemischen Umwandlung gewonnene Energie kann also zumindest teilweise für Vorgänge in dem Bremssystem bestimmt sein, einschließlich der Erzeugung des zweiten Drucks in dem Fluid. So kann das Druckübertragungssystem etwa gegenüber der chemischen Umwandlung des Treibstoffs als primärer oder als sekundärer Mechanismus vorgesehen sein, um dem Fluid im Bremssystem Energie bereitzustellen.
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Optional ist der Treibstoff Wasserstoff oder ein fossiler Treib- bzw. Brennstoff wie etwa Benzin, Diesel, Kerosin oder Erdgas. Der Wasserstoff kann vorgesehen sein, um etwa in einem Motor bzw. in einer Motoreinheit des Fahrzeugs verbrannt und/oder einer Brennstoffzelle zur Gewinnung von elektrischer Energie zugeführt zu werden.
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Optional ist das Bremssystem ausgebildet, den Treibstoff selbst als das Fluid einzusetzen. Die Adaptervorrichtung ist dann ausgebildet, um den Treibstoff der Bremsvorrichtung zu einer Verwendung als Fluid zuzuführen. Insbesondere können der Treibstoff und das Fluid also identisch sein. Dabei wird weiterhin der zweite Druck verwendet, um den Bremsvorgang bzw. das Aktivieren oder Lösen einer Bremse auszulösen. In Ausführungsbeispielen kann etwa ein Treibstoff in dem Fahrzeug unter Druck gehalten sein und vermittels des Druckübertragungssystems direkt eingesetzt werden, um als Bremsfluid den Bremsvorgang zu bewirken.
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In Ausführungsbeispielen ist jedoch das Fluid insbesondere eine Bremsflüssigkeit oder Luft. Insbesondere kann somit ein stofflicher Unterschied zwischen dem Treibstoff und dem Fluid bestehen. Der erste Druck des Treibstoffs wird durch die Adaptervorrichtung zur Erzeugung des zweiten Drucks verwendet bzw. in den zweiten Druck überführt.
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Optional weist das Fahrzeug für das Mitführen des Energieträgers, insbesondere des Treibstoffs, einen Tank und eine mit dem Tank verbundene Leitung auf, und das Druckübertragungssystem bzw. die Adaptereinrichtung umfasst eine Anschlusskomponente, die ausgebildet ist, zumindest einen Teil des Energieträgers aus dem Tank und/oder aus der Leitung auszuführen, bzw. in den Tank und/oder in die Leitung einzuführen. In Ausführungsbeispielen ist der Energieträger bzw. Treibstoff bereits in dem Tank und entsprechend auch in der Leitung mit dem ersten Druck beaufschlagt. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Energieträger bzw. Treibstoff lediglich in der Leitung mit dem ersten Druck beaufschlagt. Die Anschlusskomponente kann ein geeignetes Ventil, insbesondere auch ein Druck- oder Drosselventil, umfassen.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Druckübertragungssystem bzw. die Adaptereinrichtung eine Druckveränderungskomponente, die ausgebildet ist, einen Druck in dem Energieträger oder in dem Fluid zu verändern. Die Druckveränderungskomponente kann insbesondere ein Druckminderer für eine Verringerung des Drucks des Treibstoffs, ein Modulatorventil für das Fluid (beispielsweise ein Bremsfluid), ein Drosselventil oder ein Verdichter sein.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst die Adaptereinrichtung eine Druckübertragungskomponente, die ausgebildet ist, den Druck von dem Energieträger auf ein Bremsfluid des Bremssystems zu übertragen. Dabei kann es sich um einen Druckwandler handeln, der einen Druck des Energieträgers in einen Druck des Fluids umwandelt.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst die Adaptereinrichtung eine Generatorkomponente, die ausgebildet ist, um den Druck in dem Energieträger in eine elektrische Energie umzuwandeln. Die Generatorkomponente kann dazu etwa eine Turbine oder ein Piezomaterial aufweisen, die in einem Kreislauf bzw. einer Leitung des Energieträgers und/oder in einem Kreislauf bzw. einer Leitung des Fluids ausgebildet sein kann.
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Optional umfasst das Fahrzeug eine Vorrichtung, um das Bremssystem zu überwachen, und/oder um in dem Bremssystem einen Fehler festzustellen und die Bremsenergie im Fall des Fehlers zu erhöhen. Die Vorrichtung kann sich in einer geeigneten Komponente des Fahrzeugs, insbesondere auch in dem Bremssystem selbst, befinden. Dazu kann das Fahrzeug bzw. die betreffende Komponente eine elektronische Kontrolleinheit umfassen. Die elektronische Kontrolleinheit kann ausgebildet sein, entsprechende Informationen aus dem Bremssystem und gegebenenfalls aus anderen Komponenten des Fahrzeugs (insbesondere aus Sensoren oder elektronischen Kontrolleinheiten zur Überwachung von Vorhaltung, Transport oder chemischer Umwandlung des Treibstoffs) zu empfangen. Informationen aus dem Bremssystem können etwa Daten von einem oder mehreren Drucksensoren, insbesondere zu einem Druck des Fluids, oder Signale von elektronischen Kontrolleinheiten in dem Bremssystem sein. Die elektronische Kontrolleinheit kann zum Empfangen der Informationen an ein Informationsnetzwerk, etwa ein CAN oder einen CAN-Bus, angeschlossen sein. Bei dem Fehler kann es sich um eine Unter- oder Überschreitung eines Schwellenwerts, beispielsweise eines bestimmten Druckwerts in dem Fluid, oder um ein bestimmtes Signal aus einer elektronischen Kontrolleinheit des Bremssystems handeln.
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Das Druckübertragungssystem kann unabhängig von dem Fahrzeug oder dem Bremssystem hergestellt und nachträglich an ein bestehendes Bremssystem gekoppelt bzw. in das Fahrzeug eingebaut werden.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich allerdings auch auf ein Bremssystem für ein Fahrzeug, das zur Mitführung eines Energieträgers ausgebildet ist und ein Bremssystem aufweist, wobei der Energieträger während der Mitführung mit einem ersten Druck beaufschlagt ist, der durch ein nicht mit dem Fahrzeug mitgeführtes System erzeugt worden ist, und wobei das Bremssystem ein Fluid umfasst, insbesondere um einen Bremsvorgang des Fahrzeugs zu bewirken, und wobei das Bremssystem ein Druckübertragungssystem wie vorangehend beschrieben umfasst.
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Insbesondere kann somit das Bremssystem bereits dazu vorgesehen sein, um primär oder in Notfällen den ersten Druck des Energieträgers als Quelle für den zweiten Druck bzw. eine Energie des Fluids zu nutzen, oder das Druckübertragungssystem kann zumindest teilweise baulich in das Bremssystem integriert sein und etwa Sensoren, elektronische Kontrolleinheiten und/oder Leitungen des Bremssystems verwenden bzw. ausnutzen.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Druckübertragung für ein Fahrzeug, das zur Mitführung eines Energieträgers ausgebildet ist und ein Bremssystem aufweist, wobei der Energieträger während der Mitführung mit einem ersten Druck beaufschlagt ist, wobei der erste Druck basierend auf einem nicht mit dem Fahrzeug mitgeführten System erzeugt worden ist, und wobei das Bremssystem ein Fluid umfasst, um einen Bremsvorgang des Fahrzeugs (insbesondere ein Aktivieren oder Lösen einer Bremse) zu bewirken. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines zweiten Drucks in dem Fluid, basierend auf dem ersten Druck des Energieträgers. Insbesondere kann der erste Druck als eine Energiequelle genutzt werden, um Energie auf das Fluid zu übertragen und so den Bremsvorgang zu bewirken.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Speichermedium mit darauf gespeicherten, für eine Maschine lesbaren Befehlen, die geeignet sind, die Maschine zu veranlassen, das vorangehend beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Aspekte des Druckübertragungssystems bzw. des vorgestellten Verfahrens lassen sich auch wie folgt zusammenfassen. Das Druckübertragungssystem ist angeschlossen oder integrierter Teil eines Bremssystems und in der Lage, die im Druck eines mitgeführten Energieträgers gespeicherte Energie als Energiequelle für die Bremsung zu nutzen. Dabei wird ein erster Druck des Energieträgers in einen zweiten Druck eines Fluids des Bremssystems überführt. Der erste Druck ist durch ein fahrzeugexternes System erzeugt worden, etwa bei einem Betanken oder Befüllen des Fahrzeugs oder eines Tanks oder Behälters mit dem Energieträger. Insbesondere ist das fahrzeugexterne, also nicht mit dem Fahrzeug mitgeführte System kein System zur elektronischen Luftaufbereitung im Fahrzeug.
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In Ausführungsbeispielen ist der Energieträger ein Treibstoff (insbesondere Wasserstoff oder ein fossiler Treibstoff) des Fahrzeugs. In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Energieträger Druckluft, die selbst vom Bremssystem bzw. von einem Kreislauf des Fluids getrennt mitgeführt wird. Das Druckübertragungssystem kann grundsätzlich als Primärsysterm oder als Backupsystem vorgesehen sein. Das Druckübertragungssystem kann nachträglich in das Fahrzeug eingebaut werden.
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Das Druckübertragungssystem kann ausgebildet sein, um eine direkte Verwendung des Treibstoffs in Bremsaktuatoren des Bremssystems zu ermöglichen. In weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird lediglich der Druck im Energieträger (der erste Druck), insbesondere etwa der Treibstoffdruck, verwendet, um das von dem Energieträger getrennte Fluid, insbesondere etwa Luft, zu komprimieren, welches dann Druck auf die Bremsaktuatoren ausübt. Solche Ausführungsbeispiele können vorteilhaft sein, da hierbei ein geringerer Änderungsbedarf an einem bereits vorhandenen Bremssystem bestehen kann. Treibstoff kann sich insbesondere auf komprimierten Wasserstoff („H2“) beziehen. Der Treibstoff kann zur direkten Verbrennung (bzw. Reaktion mit Sauerstoff zum Zweck eines Antriebs des Fahrzeugs) oder zu anderweitiger Energiegewinnung, etwa zur Umsetzung in einer Brennstoffzelle, mitgeführt werden. Üblicherweise erfolgt die Mitführung von Wasserstoff bei einem hohen Druck (Kompressionsdrücke von e.g. 350 bar oder mehr). In Ausführungsbeispielen kann der Druck im Tank der erste Druck sein. Für Druckluft (als Fluid) in Bremssystemen kann ein Druck in einer Größenordnung von 16-20 bar typisch sein. Dies kann der Wert des zweiten Drucks sein. Auch, wenn durch Reduktion des Wasserstoffs in einem Tank der Druck des Wasserstoffs sinken sollte, kann dieser somit lange den Druck im Bremssystem übertreffen bzw. ausreichend sein, den zweiten Druck im Bremssystem zu erzeugen.
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Vorteile des Druckübertragungssystems bzw. des vorgestellten Verfahrens bestehen daher insbesondere in der Handhabung des Treibstoffs bzw. darin, dass der erste Druck des Treibstoffs vorteilhafterweise deutlich höher sein kann als der zweite Druck, der im Fluid (insbesondere Luft) zu erzeugen ist. Insbesondere sind hohe Druckluftvolumina mit vergleichsweise geringem Wasserstoffvolumen erzeugbar, und die Funktion bleibt auch bei verringerter H2-Tank-Füllung weiter verfügbar.
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Ist der Energieträger Druckluft, so kann diese in einem getrennten Behälter unabhängig von dem Bremssystem und insbesondere von dem Fluid in dem Bremssystem mitgeführt werden. Insbesondere kann der Energieträger dann eingesetzt werden, wenn das Bremssystem oder das Fahrzeug keinen Kompressor für ein Erzeugen von Druckluft aus Umgebungsluft enthält, oder wenn ein solcher Kompressor ausgefallen ist.
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Das Fluid in dem Bremssystem kann ebenfalls eine Druckluft sein. In Ausführungsbeispielen ist der Energieträger als Druckluft ausgeführt und kann etwa einer Luftfederung eines Sitzes in dem Fahrzeug dienen. Handelt es sich sowohl bei dem Energieträger als auch bei dem Fluid jeweils um Druckluft, so kann sich der Energieträger von dem Fluid dadurch unterscheiden, dass der erste Druck noch vor der Fahrt eingestellt ist (beispielsweise ab Werk, oder durch einen Befüllvorgang) und während der Fahrt nicht erhöht wird. In Ausführungsbeispielen ist der erste Druck höher als der zweite Druck.
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Weiter besteht ein Vorteil in der Möglichkeit eines Entfalls einer Reihe von Systemen zur Druckluftspeicherung und Aufbereitung. Es kann auch eine Energieersparnis im Betrieb erreicht werden, da keine komprimierte Luft vorgehalten werden muss, wobei der Druck im Treibstoff ohnehin herzustellen ist. Weiter besteht ein potentieller Kostenvorteil in einer Bereitstellung einer Backup-Funktion, die mit sehr geringem (ggf. ganz ohne) Elektronikaufwand erreicht werden kann. Soll das Druckübertragungssystem in ein bestehendes Fahrzeug eingebaut werden, kann ein verringerter Entwicklungsaufwand durch Weiterverwendung/Weiterentwicklung vorhandener Bremsaktuatoren und weitere Systemkomponenten erreicht werden. Das Druckübertragungssystem bietet weiter eine erhöhte Sicherheit im Konzept des Fahrzeugs, durch Umsetzung von diversitärer Redundanz der Technologien, z.B. in Kombination mit einer elektropneumatischen Bremse. Insbesondere kann die Sicherheit auch verbessert werden im Vergleich zu Konzepten, die eine Backup-Funktion allein durch weitere elektromotorische Bremse(n) vorsehen.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- 1 skizziert ein Ausführungsbeispiel eines Druckübertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt schematisch weitere Details eines Ausführungsbeispiels des Druckübertragungssystems.
- 3 zeigt schematisch weitere Details eines Ausführungsbeispiels des Druckübertragungssystems.
- 4 zeigt einen Schritt eines Verfahrens zu einer Druckübertragung für ein Fahrzeug
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1 zeigt ein Druckübertragungssystem 100 für ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10, hier ein Nutzfahrzeug, ist zur Mitführung eines Energieträgers 20, hier eines Treibstoffs 20 wie beispielsweise Wasserstoff oder auch eines fossilen Treibstoffs wie Benzin, Diesel, Kerosin oder Erdgas, ausgebildet. Insbesondere Erdgas kann flüssig (als liquefied natural gas, LNG) oder gasförmig (insbesondere als compressed natural gas, CNG) mitgeführt und/oder eingesetzt werden. Der Treibstoff 20 ist für eine Energiegewinnung in dem Fahrzeug 10 durch eine chemische Umwandlung des Treibstoffs 20 vorgesehen. Dies umfasst hier eine Reaktion bzw. eine Verbrennung in einem Motor 25. Zum Zweck der Mitführung (hier in einem Tank 21, etwa einem Wasserstoffdrucktank) und/oder zum Transport durch das Fahrzeug 10 (hier etwa durch eine Leitung 23 vom Tank 21 zu dem Motor 25) steht der Treibstoff 20 unter einem ersten Druck. Der erste Druck ist basierend auf einem nicht mit dem Fahrzeug 10 mitgeführten System erzeugt worden. Dieses System kann etwa ein System zum Einbringen von Wasserstoff in einen Wasserstofftank oder zum Durchführen einer Druckbetankung mit einem fossilen Treibstoff sein. Der erste Druck kann für Wasserstoff einen Wert von 350 bar oder mehr aufweisen. Das Fahrzeug 10 umfasst weiter ein Bremssystem 200. Das Bremssystem 200 nutzt ein Fluid 230, beispielsweise eine Bremsflüssigkeit oder Druckluft, für einen Transport einer Energie für einen Bremsvorgang (insbesondere ein Aktivieren oder Lösen einer Bremse) des Fahrzeugs 10 durch einen zweiten Druck. Für Druckluft kann der zweite Druck typischerweise etwa 16 bis 20 bar betragen. Druckluft kann zunächst bei niedrigerem Druck über eine geeignete Luftzufuhrvorrichtung 210, beispielsweise einen Kompressor, im Bremssystem 200 aus Umgebungsluft gewonnen werden.
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Das Druckübertragungssystem 100 umfasst eine Adaptervorrichtung 110, die ausgebildet ist, basierend auf dem ersten Druck den zweiten Druck in dem Fluid 230 zu erzeugen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Druckübertragungssystem 100 insbesondere ausgebildet, um einen Teil des Treibstoffs 20 aus der Leitung 23 zwischen dem Tank 21 und dem Motor 25 abzuzweigen, und durch den ersten Druck des Treibstoffs 20 den zweiten Druck der Bremsflüssigkeit oder der Druckluft aufzubauen. Dazu kann die Adaptervorrichtung 110 etwa einen Druckwandler aufweisen.
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Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel kann durch den erzeugten zweiten Druck im Fluid 230 mit diesem ein Bremsaktuator 220 im Bremssystem 200 betrieben und so insbesondere eine Bremse des Fahrzeugs 10 aktiviert oder gelöst werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Adaptervorrichtung auch ausgebildet sein, dem Bremssystem 200 den Treibstoff 20 direkt als Fluid 230 (oder als Ersatz für das Fluid 230) zuzuführen.
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2 zeigt schematisch das Ausführungsbeispiel der 1 oder ein weiteres Ausführungsbeispiel, mit weiteren Details (nicht dargestellt sind allerdings insbesondere elektrische Verbindungen und elektronische Kontrolleinheiten zur Steuerung der dargestellten Systeme). Insbesondere wird in diesem Ausführungsbeispiel als Energieträger 20 ein Treibstoff 20, nämlich Wasserstoff, eingesetzt. Dieser steht bereits im Tank 21 (bzw. einer entsprechenden Speichervorrichtung) unter Druck. Ein Druckventil 22 führt den Wasserstoff aus dem Tank 21 aus und durch eine Leitung 23 beispielsweise zu dem (hier nicht dargestellten) Motor 25 oder einem anderen Ort einer Energiegewinnung durch eine chemische Umwandlung, hier eine Verbindung des Wasserstoffs mit Sauerstoff. Andere Orte der Energiegewinnung oder weitere Nutzer der durch die chemische Umwandlung freigesetzten Energie können weitere Systeme bzw. Komponenten des Fahrzeugs 10 sein. Insbesondere kann auch das Bremssystem 200 ausgebildet sein, um etwa in einem Regelbetrieb des Fahrzeugs 10 Energie aus der chemischen Umwandlung zu beziehen. Das Druckübertragungssystem 100 kann dann als Ergänzung oder auch als Sicherheit (Backup) vorgesehen sein und ausgebildet sein, um etwa lediglich bei Bedarf, beispielsweise in einem Notfall, einzuspringen.
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Das Druckübertragungssystem 100 umfasst zunächst ein Druckventil 120, über das Wasserstoff aus der Leitung 23 entnommen wird. Der abgezweigte Wasserstoff durchläuft einen Druckminderer 130, der den Druck des Wasserstoffs von beispielsweise 350 bar auf einen für eine Übertragung auf das Fluid 230 (insbesondere ein Bremsfluid wie etwa Luft) bzw. für ein Betreiben des Bremssystems 200 geeigneten Wert (beispielsweise im Bereich von 16 bis 20 bar) absenkt. In der Adaptervorrichtung 110, hier einem Druckwandler, wird der Druck des Wasserstoffs auf den weiteren Druck des Bremsfluids übertragen. Der Druckwandler kann ausgebildet sein, den Druck über zumindest einen Kolben und/oder auch über eine Membran von dem Treibstoff auf das Fluid zu übertragen. Der Treibstoff und das Fluid können in gleichen oder in unterschiedlichen Aggregatszuständen, insbesondere gasförmig und flüssig, vorliegen. Bei einer Verwendung von (gasförmigem) Erdgas als Treibstoff und Bremsflüssigkeit als Fluid kann in dem Druckwandler ein Ballon ausgebildet sein, um den Druck zu übertragen. Der in der vorangehenden Beschreibung erwähnte erste Druck kann beispielsweise mit einem Druck des Treibstoffs 20 in dem Tank 21, in der Leitung 23 oder direkt im Druckwandler 110 identifiziert werden.
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Der Wasserstoff verlässt dann den Druckwandler über einen geeigneten schaltbaren Auslass 140. Optional durchläuft er einen Kanal zur Rückführung 150 und wird durch ein geeignetes Rückführventil 160 wieder in die Leitung 23 eingespeist. Ein Pfeil am Ende der Leitung 23 deutet eine Flussrichtung des Wasserstoffs an.
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Das Bremsfluid durchläuft eine Leitung 240, die beispielsweise zu einem weiteren Modulatorventil 250 führt, das ausgebildet ist, um einen Druck des Fluids 230 innerhalb des Bremssystems 200 zu senken oder ggf. auch zu erhöhen (eventuelle Zuleitungen des Bremsfluids in den Druckwandler sind nicht dargestellt). Das Bremsfluid wird dann einem Bremsaktuator 220 (beispielsweise einem Kolben) zugeführt, um einen Vorgang zu einem Abbremsen oder zu einem Lösen einer Bremse des Fahrzeugs 10 zu bewirken. Der in der vorangehenden Beschreibung erwähnte zweite Druck kann beispielsweise mit einem Druck des Fluids 230 in dem Druckwandler 110 oder im Bremsaktuator 220 identifiziert werden.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann zudem der Anschluss des Druckübertragungssystems 100 (über das Druckventil 120) auch an den Tank 21 bestehen, oder es kann eine gemeinsame Ventilvorrichtung 22 ausgebildet sein, die entsprechende Anteile des Treibstoffs 20 sowohl der Leitung 23 als auch dem Druckübertragungssystem 100 zuführt. Das Druckübertragungssystem 100 kann baulich ganz oder teilweise in das Bremssystem 200 integriert sein; insbesondere können auch elektronische Kontrolleinheiten des Bremssystems 200 ausgebildet sein oder dazu ausgebildet werden, um eine Steuerung des Energieübertagungssystems 100 ganz oder teilweise zu übernehmen.
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3 zeigt schematisch eine andere Variante des Ausführungsbeispiels nach 1 oder ein weiteres Ausführungsbeispiel. Auch hier ist der Energieträger 20 ein Treibstoff 20, der aus der Leitung 23 abgezweigt wird, jedoch besteht keine gesonderte Vorrichtung zu seiner Rückführung in die Leitung 23. Eine solche Rückführung braucht nicht notwendig zu sein, da sich in der Adaptervorrichtung 110 lediglich ein Druck des Treibstoffs 20 einzustellen braucht. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Treibstoff 20 auch aus der Adaptervorrichtung 110 in eine Umgebung des Fahrzeugs 10 ausgestoßen werden.
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4 zeigt den zentralen Schritt eines Verfahrens zur Druckübertragung für ein Fahrzeug 10, das zur Mitführung eines Energieträgers 20 ausgebildet ist und ein Bremssystem 200 aufweist, wobei der Energieträger 20 während der Mitführung mit einem ersten Druck beaufschlagt ist bzw. unter einen ersten Druck gesetzt wird, wobei der erste Druck basierend auf einem nicht mit dem Fahrzeug 10 mitgeführten System erzeugt worden ist, und wobei das Bremssystem 200 ein Fluid 230 umfasst, um direkt oder indirekt einen Bremsvorgang des Fahrzeugs 10 zu bewirken. In Ausführungsbeispielen ist der Energieträger 20 Druckluft, die vor einem Einsatz des Fahrzeugs 10 mit dem ersten Druck beaufschlagt worden ist. In weiteren Ausführungsbeispielen ist der Energieträger 20 ein Treibstoff 20, insbesondere Wasserstoff oder ein fossiler Treib- oder Brennstoff, wobei eine Energiegewinnung in dem Fahrzeug 10 durch eine chemische Umwandlung des Treibstoffs 20 vorgesehen ist. Der Schritt umfasst ein Erzeugen S110 eines zweiten Drucks in dem Fluid 230, wobei der zweite Druck basierend auf dem ersten Druck des Energieträgers 20 erzeugt wird.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Fahrzeug
- 20
- Energieträger, insbesondere Treibstoff
- 21
- Tank
- 22
- Druckventil
- 23
- Leitung (mit Anschluss an den Tank)
- 25
- Motor
- 100
- Druckübertragungssystem
- 110
- Adaptervorrichtung
- 120
- Druckventil
- 130
- Druckminderer
- 140
- (schaltbarer) Auslass
- 150
- Kanal zur Rückführung
- 160
- Rückführventil
- 200
- Bremssystem
- 210
- Luftzufuhrvorrichtung
- 220
- Bremsaktuator
- 230
- Fluid
- 240
- Leitung (für das Fluid)
- 250
- Modulatorventil
