DE202017001443U1 - Hydro-Pneumatische Drucklufterzeugung HP-Luftpumpe - Google Patents

Hydro-Pneumatische Drucklufterzeugung HP-Luftpumpe Download PDF

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Abstract

Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulischer Druck direkt in pneumatischen Druck umgewandelt wird in einem (1) Bauteil mit einer (1) gemeinsamen Kolbenstange. Dadurch entsteht die zylindrische Bauweise

Description

  • Bisher wurden Kompressoren für die Drucklufterzeugung genutzt, die Nachteile dieser Arbeitsweise bestehen in:
    Hoher Energieaufwand bei elektrischem Antrieb
    Hoher Energieaufwand und Klimaschädlich bei Antrieb durch Verbrennungsmotoren
    Geringer Wirkungsgrad/Hohe Kosten
    Wartungsaufwändig/Geräuschintensiv/Platzbedarf
  • Die ESTS-Bauweise basiert auf einem relativ geringem Energieaufwand und durch Nutzung hydraulischen Druckes in linearer Anwendung für den pneumatischen Druckaufbau. Dazu wird ein Elektrohydraulischer Motor mit Kolbenhydraulik direkt mit einem pneumatischen Kolbenzylinder verbunden, in einem (1) Bauteil zusammengefasst.
  • (1 alleinstehendes Bauteil, Hydropneumatik in einem (1) Zylinder)
  • Über die Ventilsteuerung ist der Arbeitsprozess exakt abgestimmt.
  • Zur Abführung der entstehenden Wärme – trotz Prozessverlangsamung – wird dieser Zylinder ummantelt und mit der entstehenden Kühle der Druckentspannung verbunden.
  • Die Ummantelung führt bis zur Druckluft Speichereinheit.
  • (Thermischer Ausgleich)
  • Durch den hydraulischen Druckaufbau in entsprechender Übersetzung entsteht so ein ausreichender Druck zur Füllung der Druckbehälter. Auch hier wurde auf eine Verlangsamung des Arbeitsprozesses zur Senkung der Temperatur geachtet.
  • (Langsame und entsprechend Volumenstarke Hübe)
  • Entsprechend gesteuert werden die Druckbehälter infolge dieser innovativen Drucklufterzeugung durch direkte Energieentnahme (Bsp. Solarenergie, Windkraft, Wasserkraft) in Verbindung mit einem hydraulischen Elektromors mit hydraulischem Druck beaufschlagt, dieser in pneumatischen Druck umgewandelt und, während einer konstanten Energieabgabe des Speichers, kann nach Entleerung des ersten Druckluftbehälters auf die zweite Einheit umgeschaltet werden. Mit einer erneuten Druckbefüllung der entleerten Einheit wird begonnen, und, – nach Entleerung der zweiten Einheit, – erfolgt entsprechend wiederum eine Umschaltung.
    Ziel: Die Zeit der Energieentnahme verlängern.
  • Vorteile:
    • Geringer Energiebedarf/Hoher Wirkungsgrad
    • Kastengünstig/Kleinstbauweise/Platzsparend
    • Geräuscharm/Umweltneutral
  • Zeichenerklärung
  • Der Zylinder ist eine Zusammenfassung zweier physikalischer Arbeitsabläufe in einem (1) Gesamtbauteil.
  • Hier wird ein Hydraulikzylinder mittels eines Hydraulischen Motors angefahren und mit Druck beaufschlagt.
  • Im Inneren der Konstruktion wird dieser Druck direkt auf einen Pneumatikzylinder weiter gegeben, in beiden Zylindern befindet sich lediglich 1 gemeinsame Kolbenstange. Die beiden unterschiedlichen Räume (Hydraulik & Pneumatik) sind entsprechend abgedichtet, es kann weder Hydrauliköl im Pneumatikzylinder noch im Umkehrschluss Luft in den Hydraulikzylinder eintreten.
  • Der ankommende Druck des hydraulischen Motors wird so mit minimalen Verlusten direkt zur Drucklufterzeugung genutzt.
  • Im vorliegenden Fall, einem Doppelhubzylinder, ergeben sich folgende Daten:
    Kolbendurchmesser 50 mm:

    Volumen 1 (ohne Kolbenstange) = 392500 mm3
    Volumen 2 (mit Kolbenstange) = 329700 mm3
    Doppelhub = Volumen 1 + Volumen 2 = 722200 mm3 = 0,7222 Liter
    Durchmesser × Hub = 43,3 Liter pro min. bei 1 Doppelhub pro Sekunde.

    Mit Kolbendurchmesser 63 mm: 1,148133 Liter pro Doppelhub = 68,89 Liter/min
    Mit Kolbendurchmesser 80 mm: 1,868300 Liter pro Doppelhub = 112,01 Liter/min
    jeweils von 200 mm Hub ausgehend.
  • Aktuell wird ein Hydropneumatischer Zylinder erstellt mit 63 mm Durchmesser, Kolbenhub 250 mm. Eingangsdruck hydraulisch Motorseitig: 260 bar Ausgangsdruck Pneumatisch abzgl. Reibung, Temperatur etc. ca. bei 250 bar
  • Prototyp
  • 1) Pneumatisch-hydraulischer Energiespeicher
  • Bauweise und Zusammenstellung bereits vorhandener Bauteile zum Zweck der Energiespeicherung und Energieabgabe, Speicherleistungen von 40 KW bis 2,5 MW/h. Abgabe Energie nach Bedarf, Kurz- oder Langzeitspeicherung, Konstante Abgabe.
  • Besonderheit: Prozessablauf wird verlangsamt, der eigens konstruierte hydropneumatische Zylinder greift aktiv mittels Drucklufterzeugung während des Arbeitsprozesses ein und verlängert die Energieentnahme aus dem Speichermedium.
  • 2) Hydropneumatische ”Luftpumpe”
  • Bauweise und Zusammenstellung in einer Eigenkonstruktion, Ergebnis: ein Hydropneumatischer Zylinder in direktem Zusammenschluss mit einem Hydraulikmotor.
  • Zweck:
  • Kostengünstige Drucklufterzeugung auf kleinstem Raum, unter geringster Umweltbeeinflussung, unter größtmöglichem Ausschluss des Joule Thompson Effektes. Auch hier wird durch eine Verlangsamung des Prozessablaufs Vereisung sowie eine hohe Hitzebildung vermieden.
  • Eine offizielle Berechnung stellt fest (Quelle Wikipedia) dass linear erzeugte Druckluft im Energie- und Kostenaufwand 30× günstiger je Normkubikmeter Luft erzeugbar ist gegenüber bisherigen Kompressoren.
  • Zusätzlich ist der Wirkungsgrad dieser Drucklufterzeugung deutlich besser, im Vergleich zu einem Kompressor. Die aufgenommene Energie zur Druckerzeugung wird fast direkt umgesetzt in Druck. Durch die entsprechende Geschwindigkeit im Arbeitsprozess entfallen die ansonsten üblichen Kälte/Wärme-Verluste fast gänzlich und werden soweit vorhanden in den Arbeitsablauf eingebunden.
    Kenndaten: Elektrischer Energieaufwand: 1,1 KW
    Druck hydraulisch in bar: 260/Aufbau
    Druck pneumatisch in bar: 260/Abgabe
    Luftvolumen je min: 81,25 Liter/bei 260 bar
    Stückliste
    Pos Stk Bezeichnung Zchng.nr./Norm Material
    1 1 Endstück I EN.ZYD.040.017 1.0045 [S355JR]
    2 1 Endstück II EN.ZYD.040.017.2 1.0045 [S355JR]
    3 1 Führung FU.ZYD.063.017 2.0401
    4 2 Führungsband F2-126x2x10 PTFE
    5 2 Führungsband F2-36x2x10 PTFE
    6 1 Hydraulik-Kolbendichtung K17 040-24.5 PTFE
    7 1 Hydraulik-Kolbendichtung K17 130-109 PTFE
    8 2 Hydraulik-Stangendichtung K35-32 PTFE
    9 1 Kolben, männlich KO.ZYD.040.017 1.7225 [42CrMo4]
    10 1 Kolben, männlich KO.ZYD.040.017.4 1.7225 [42CrMo4]
    11 1 Kolben, weiblich KO.ZYD.040.017.2 1.7225 [42CrMo4]
    12 1 Kolben, weiblich KO.ZYD.040.017.3 1.7225 [42CrMo4]
    13 2 O-Ring V1-122x4 NBR
    14 1 O-Ring V1-15x3,5 NBR
    15 1 O-Ring V1-25x3 NBR
    16 2 O-Ring V1.55x4 NBR
    17 1 Rohr RO.ZYD.040.017 1.0045 [S355JR]
    18 1 Rohr II RO.ZYD.040.017.2 1.0045 [S355JR]
    19 1 Sechskantmutter DIN 934-M16 Stahl, weich
    20 1 Sechskantmutter ISO 8674-M24x2 Stahl
    21 18 Sechskantmuttern ISO 4032-M12 Edelstahl
    22 1 Stange ST.ZYD.040.017 1.7225 [42CrMo4]
    23 18 Unterlegscheibe DIN 125-A13 Stahl, weich
    24 1 Unterlegscheibe DIN 125-A25 Stahl, weich
    25 6 Zugstange ZS.ZYD.040.017 1.7225 [42CrMo4]
    26 6 Zugstange ZS.ZYD.040.017.2 1.7225 [42CrMo4]
    27 1 Zwischenstück I ZW.ZYD.040.017 1.0045 [S355JR]
    28 1 Zwischenstück II ZW.ZYD.040.017.1 1.0045 [S355JR]
    Erklärung der Zeichnung
    Kolbenstangen D 32 mm
    HUB 175 mm
    Anzahl Doppel-Hübe 30
    Hydraulik Druck 200 bar
    HYDRAULIK PNEUMATIK
    Kolbendurchmesser 40 130
    Fläche ohne Stange 1256,637061 13273,22896
    Fläche abzgl. Stange 452,3893421 12468,98124
    Kolbenkraft ausfahren 2513,274123
    Kolbenkraft einfahren 904,7786842
    V Liter ohne Stange 0,219911486 2,322815068
    V Liter abzgl. Stange 0,079168135 2,182071717
    Gesamt Liter/Doppel-HUB 0,299079621 4,504886786
    Gesamt Liter Doppel-Hubanzahl 8,972388619 135,1466036
    Benötigt für den Druckaufbau somit: 8,97 Liter Öl/min
    Leistung des benötigten Aggregates: 3,5 KW/h
  • Ergebnis:
    • Leistung Pneumatik: 61,535 Bar
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • EN.ZYD.040.017 [0019]
    • EN.ZYD.040.017.2 [0019]
    • DIN 934-M16 [0019]
    • ISO 8674-M24x2 [0019]
    • ISO 4032-M12 [0019]
    • DIN 125-A13 [0019]
    • DIN 125-A25 [0019]

Claims (8)

  1. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulischer Druck direkt in pneumatischen Druck umgewandelt wird in einem (1) Bauteil mit einer (1) gemeinsamen Kolbenstange. Dadurch entsteht die zylindrische Bauweise
  2. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Zylinder mit dem pneumatischen Zylinder durch dieselbe Kolbenstange mit gleicher Hublänge angetrieben wird in einem (1) zylindrischen Bauteil
  3. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass im Prozessablauf der Kompression keine wesentlichen Wirkungsgradverluste durch Wärme oder Kälte entstehen
  4. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass durch unterschiedliche Durchmesser zwischen der Hydraulikseite und der Pneumatikseite die jeweiligen pneumatischen Drücke exakt abgestimmt werden auf die jeweiligen Anforderungen
  5. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessablauf verlangsamt wurde bei gewünschtem Druckvolumen, ohne Arbeitsverluste an der Abgabeseite
  6. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass durch die bauseitig unterschiedlichen Zylindervolumen nur ein geringer Energieaufwand benötigt wird für den pneumatischen Druckaufbau
  7. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzung durch jeden elektrohydraulischen Motor möglich ist und jedes Druckvolumen generiert werden kann
  8. Hydropneumatische Luftpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass durch diese Bauweise und Bauart das Bauteil völlig Umweltneutral in Herstellung, Gebrauch und Recycling ist
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Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN 125-A13
DIN 125-A25
DIN 934-M16
EN.ZYD.040.017
EN.ZYD.040.017.2
ISO 4032-M12
ISO 8674-M24x2

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