DE3638881A1 - Hybrid-antriebssystem - Google Patents
Hybrid-antriebssystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Antriebssystem nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Antriebssysteme im hier gebrauchten Sinne sind solche Systeme,
welche die Energieversorgung von Verbrauchern sicherstellen.
Hierbei dreht es sich darum, daß zum einen die Energieversor
gung des Verbrauchers kontinuierlich erfolgt, zum anderen
darum, daß auch Spitzenbedarf abgedeckt werden kann.
Wenn man sich als Verbraucher beispielsweise eine Datenverar
beitungsanlage, eine Rundfunk-Sendeanlage, ein Kraftfahrzeug
oder eine Aufzugsanlage vorstellt, so wird die Notwendigkeit
der ununterbrochenen Energieversorgung sofort klar. Da
bei den vorgenannten Verbrauchern auch die Lastzustände
oftmals einen erheblichen Dynamikbereich aufweisen, also
sehr hohe Spitzenleistungen benötigen, verglichen mit
der Durchschnittsleistung, kommt es auch gerade auf den
Dynamikbereich des Antriebssystems an.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß der Verbraucher -
insbesondere dann, wenn eine Abgabe von mechanischer
Energie erfolgt - immer wieder in einer Betriebsweise
arbeitet, in der die Energie nicht in der eigentlich
nutzbaren Form, sondern nur als Wärme abgegeben wird.
Diese Betriebswahl ist das Bremsen eines Fahrzeuges, das
Absetzen der Last bei einem Kran oder die Abwärtsfahrt
bei einer Aufzuganlage. In allen diesen Fällen wird al
so Energie aus dem Antriebssystem - z.B. aus dem Benzin
tank + Verbrennungsmotor oder aus dem öffentlichen Ver
sorgungsnetz - zunächst in kinetische oder potentielle
Energie verwandelt bzw. in dieser Energieform gespeichert
und dann beim Abbremsen als Wärme an die Umwelt abgege
ben. Dies ist nicht nur vom Wirkungsgrad her uneffektiv,
sondern belastet auch die Umwelt in unerträglicher Weise.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem
der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,
daß eine optimale Energieversorgung mit hohem Wirkungs
grad sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan
spruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß
mehrere aufladbare Energiespeichersysteme miteinander
verbunden werden, wobei die Systeme von ihrer Aufnahme
/Abgabecharakteristik her unterschiedlich sind. Zum ei
nen wird elektrische Energie direkt gespeichert, wobei
hier bekanntermaßen das Problem auftritt, daß man zwar
eine relativ hohe Energiemenge speichern kann, jedoch
die Energiemenge nur über einen längeren Zeitraum hin
weg abgegeben werden kann, ohne überdimensionale Leiter
strukturen erforderlich zu machen. Dieser Speicher für
elektrische Energie kann gemäß der Erfindung von der Ka
pazität her beliebig groß gemacht werden, Spitzenlei
stungen müssen aber nicht geliefert werden. Für den
"mittelschnellen" Energieverbrauch wird ein Speicher für
potentielle mechanische Energie, vorzugsweise ein Druck
luftspeicher verwendet, während eine praktisch unbe
grenzt hohe Leistungsabgabe über einen Speicher für ki
netische Energie für den kurzzeitigen Verbrauch sicher
gestellt ist.
Alle diese Speichersysteme werden über einen Vier-Qua
drantentrieb miteinander gekoppelt, dessen Ausgang über
eine in geeigneter Weise ausgebildete kontinuierlich
variable Transmission zum Verbraucher geführt ist. Die
ser Verbraucher kann z.B. ein Kraftfahrzeug sein (bzw.
dessen Antriebsräder mit vorgeschaltetem Differential
mit Planetengetriebe), oder aber die Kabeltrommel eines
Aufzugs oder eines Krans.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen und dem nachfolgenden Ausführungs
beispiel, das anhand einer Abbildung näher erläutert
ist.
Der in der Abbildung gezeigte Akkusatz 1 weist einen Netz
eingang 16 auf, über den er von einer Fremdenergiequelle,
z.B. das öffentliche Netz, aufgeladen werden kann. Wei
terhin ist ein Ausgang 17 vorgesehen, über den in ihm
gespeicherte Energie für den Verbraucher (oder einen Teil
des Verbrauchers) direkt aus dem Akku abgeführt werden
kann.
Der Akkumulator 1 steht über einen Generator/Motor 2,
einen Generator/Motor-Abtrieb 12 und eine kontinuier
lich variable Transmission 4 mit einem Vier-Quadranten
trieb 6 in Verbindung. Diese Verbindung kann über eine
Trennkupplung 3 aufgetrennt werden.
Ein weiterer Ein-/Ausgang des Vier-Quadrantentriebes 6
ist über einen Hochdruckverstärker 7 mit einem Druck
luftmotor 8 verbunden, der wiederum mit einem Druck
luftspeicher 9 verbunden ist.
Der dritte Eingang des Vier-Quadrantentriebes 6 ist über
ein Getriebe 5′ mit einem Schwungradspeicher 5 verbun
den.
Der vierte Ein-/Ausgang des Vier-Quadrantentriebes 6 ist
über eine variable Transmission 4′, eine Kupplung 13 und
einen An-/Abtrieb 14 mit einem Differential 15 (mit Pla
netengetriebe) verbunden, das Antriebsräder 11, 11′
treibt und sie als Lenkräder nutzt.
Der Akkusatz 1 mit Generatormotor 2 erhält seine volle
Kapazität - je nach Leistungsanforderung - über die Se
kundärenergie (Eingang 16). Eine andere Aufladung ist
bei der hier gezeigten Ausführungsform durch den mobilen
Betriebszustand möglich (ebenso bei Verwendung der An
ordnung für einen Kran oder dergleichen). Wenn z.B.
Überkapazitäten des Schwungradspeichers 5 infolge Brems
energie-Rückgewinnung oder Hub- und Lastverteilung oder
andere Abbremsvorgänge vorhanden sind, so können diese
zunächst über die Speicherung der kinetischen Energie
im Schwungradspeicher 5 über die kontinuierlich variable
Transmission 4, 4′ als Drehmoment übertragen und unter
Wirkung des Motors 2 als Generator in elektrischen Strom
gewandelt und im Akkumulator 1 gespeichert werden.
Wenn der Verbraucher eine (gegebenenfalls zusätzliche)
kontinuierliche Stromversorgung benötigt, die normaler
weise durch den Netzstrom gewährleistet ist - z.B. die
Steuerung bei einem Aufzug -, so kann diese über den
Ausgang 17 erfolgen. Weiterhin ist am Ausgang 18 eine
Last ankoppelbar, die ihre Leistung über den Generator/
Motor 2 erhält.
Im stationären Einsatz hält die Einheit, bestehend aus
den Teilen 1 bis 3 zum einen die Notstromversorgung auf
recht, zum anderen liefert die Einheit diejenige Ener
gie, die zur Aufrechterhaltung der Drehung des Schwung
radspeichers 5 (Kompensation der Reibungsverluste) not
wendig ist, wenn auch die Reserve im Druckluftspeicher 9
erschöpft ist.
Der Schwungradspeicher 5 (Gyro), der über das Unter
setzungsgetriebe 5′ mit dem Vier-Quadrantentrieb 6 ver
bunden ist, ist je nach Hybrid-Antriebsstruktur (Lei
stungsbedarf bzw. Spitzenleistungsbedarf) ausgelegt.
Wenn als Schwungrad ein solches aus Faser-Verbundwerk
stoff verwendet wird, das hohe Drehzahlen erlaubt, so
ist das Schwungrad in einer Vakuumkammer aufgehängt.
Wenn das Schwungrad ein Metall-Schwungrad ist, was in
zwischen aufgrund der neu entwickelten Getriebe möglich
ist, so kann dieses auch in Luft laufen. Als kineti
scher Energiespeicher ist der Schwungradspeicher 5 ein
universelles Element innerhalb der Hybrid-Antriebssystem-
Struktur, das eine zentrale Funktion mit vier alternati
ven Antriebsmöglichkeiten bzw. Abtriebsmöglichkeiten er
füllt. Zum einen kann das Schwungrad 5 über den Genera
tor/Motor 2 aufgeladen werden bzw. den Akkumulator 1 la
den, zum zweiten kann es vom Druckluftmotor 8 geladen
werden bzw. über diesen den Druckluftspeicher 9 abpum
pen, nachdem das Schwungrad den Hochdruckverstärker 7
aktiviert hat. Zum dritten kann der Schwungradspeicher
5 infolge bestimmter Lastverteilungen über die beiden vor
genannten Systeme aufgeladen werden bzw. diesen Energie zur Ver
fügung stellen. Schließlich kann der Schwungradspeicher
5 Bremsenergie (im Ausführungsbeispiel über die variable
Transmission 4′) aufnehmen.
Die kontinuierlich variable Transmission 4, 4′ wirkt so
wohl mit dem Generator/Motor 2, als auch mit dem Antriebs
system 13 bis 15. Sie vermittelt aufgrund entsprechender
elektronischer Schaltcharakteristik alle Drehbewegungs
abläufe der Komponenten in den Sektoren II und III. Hier
bei kann man über die Kupplungen 3 und 13, die auch zwi
schen den anderen Komponenten angeordnet sein können,
zusätzliche Trennungen bewerkstelligen.
Der Hochdruckverstärker 7 ist in beiden Richtungen wir
kend ausgebildet und stellt zusammen mit dem Druckluft
motor 8 eine duale Einheit dar. Durch die Verstärkung
ist ein höherer Gesamtwirkungsgrad und höhere Dauerlei
stung sichergestellt.
Der Druckluftspeicher 9 arbeitet über eine entsprechend
ausgebildete elektronische Ventilsteuerung wechselseitig
für die Speicherung der vom Druckluftverstärker 7 erhal
tenen Druckluft und deren Abgabe an den Druckluftmotor
8 je nach Leistungsbedarf.
Der Druckluftmotor 8 ist in seiner Leistungsgröße der
verlangten Gesamtkapazität derart angepaßt, daß ein (von
Zeit und Größenordnung abhängiger) Betrieb möglich ist.
Insbesondere wirkt er je nach Anforderung im Arbeits
rhythmus über den Schwungradspeicher 5 mit dem Akkusatz
1 bzw. dem vorgeschalteten Generatormotor 2 zum Laden
des Akkus zusammen, oder aber zum Aufbringen der Ver
lustleistung des Schwungradspeichers 5.
Die Kupplung 3 macht es möglich, den Sektor 1 (Akku-Satz)
vom Sektor 2 und 3 zu trennen. Bei Mehrfachaufgaben (Abbrems
vorgänge sowie Hub- und Lastverteilung) kann über die
Kupplungen eine Bremsenergie-Rückgewinnung bewerkstel
ligt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
liegt darin, daß das System sowohl im stationären Be
triebszustand als auch synchron in mobilen Anordnungen
verwendbar ist.
Die Steuerung erfolgt hierbei unter "Abarbeiten" von
Prioritäten, die den Funktionsablauf bestimmen. Dazu ge
hört vorrangig im Sektor I (stationär) die Basis (Akku)
zur Sicherung der unterbrechungsfreien Stromversorgung.
Bei Überkapazitäten der Sektoren II und III kann der Sek
tor I zum einen Energie speichern, zum anderen in Form
von elektrischer Energie (an den Ausgängen 17, 18) an
weitere Verbraucher zurVerfügung stellen, oder aber über
einen weiteren mechanischen Ausgang an einen mechanischen
Verbraucher liefern.
Mit der vorliegenden Erfindung wird also ein anderer Weg
der Kombination von arbeitsrhythmisch zu beurteilenden
passiven und aktiven Komponenten aufgezeigt, was eine
sonst (bei statisch arbeitenden Systemen zur unterbre
chungsfreien Stromversorgung) bedingte vollständige Pro
zeßpassivität ausschließt. Daneben bietet sich im mobi
len Bereich (hierzu zählt natürlich auch das Aufzugs
system oder der Lastkran) die schon erwähnte energieöko
nomische Umwandlung - statt Vernichtung durch Umsetzung
in Wärme - von kinetischer (oder potentieller) Energie
aus innerbetrieblichen Abbrems- oder Absenkvorgängen, so
wie Lastverteilungen im entsprechenden Umfeld an.
- Bezugszeichenliste
1 Akkumulatorsatz
2 Generator/Motor
3 Trennkupplung
4 Kontinuierlich variable Transmission
5 Schwungradspeicher
5′ Getriebe
6 Vier-Quadrantentrieb
7 Hochdruckverstärker
8 Druckluftmotor
9 Druckluftspeicher
10 Rad
11 Lenkräder
12 Generator/Motor-Abtrieb
13 Kupplung
14 An-/Abtrieb
15 Differential mit Planetengetriebe
16 Netzeingang
17 Netzausgang
18 Generator-Stromausgang
Claims (11)
1. Hybrid-Antriebssystem mit Speicherkomponenten zum Speichern von alternativen
Energien, Eingangs- und Ausgangsmitteln zum Zu- und Abfüh
ren von Energie und mit Steuermitteln zum Verteilen und
Regeln von Ein- und Ausgangsenergie und der Zuteilung
auf die Speicherkomponenten,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherkomponenten einen Speicher (Akkumulatorsatz 1)
zum direkten Speichern elektrischer Energie, einen Spei
cher (Gyro-Komponente 5) zum Speichern kinetischer Ener
gie und einen Speicher (Druckluftspeicher 9) zum Speichern
potentieller mechanischer Energie umfaßt, die alternativ
oder gleichzeitig aufladbar und/oder entladbar mit
den Eingangs- und Ausgangsmitteln (10, 10,; 16, 17,
18) zum Speichern bzw. Abgeben von Energie über die
Steuermittel (6) verbindbar sind.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuermittel einen Vier-Quadrantentrieb (6)
umfassen.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicher für elektrische Energie einen Akkumu
latorsatz (1) umfaßt, der über einen Generator/Motor
(2) eine Trennkupplung (3) und Transmissionsmittel (4)
mit den Steuermitteln (6) verbindbar ist.
4. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transmissionsmittel (4) kontinuierlich varia
bel einstellbar sind.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicher für elektrische Energie einen Schwung
radspeicher umfaßt, der ein Schwungrad aus Faserverbund
werkstoff und ein Getriebe (5′) aufweist.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicher für potentielle Energie einen Druck
luftspeicher (9), einen Druckluftmotor (8) und einen
Hochdruckverstärker (7) umfaßt.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangs- und Ausgangsmittel mechanische An
triebsmittel (11, 11′) umfassen, über die (Eigen-
oder Fremd-) Massen beschleunig- und abbremsbar sind.
8. System nach den Ansprüchen 2 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Vier-Quadrantentrieb (6) und den
mechanischen Antriebsmitteln (11, 11′) eine Kupplung (13)
vorgesehen ist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicher (1) zum direkten Speichern elektri
scher Energie einen Netzeingang (16) und einen Netz
ausgang (17) aufweist.
10. System nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator/Motor (2) mit einem Ausgang (18)
zum Abgeben elektrischer Energie und mit einem mecha
nischen Antrieb (12) für Verbraucher versehen ist.
11. Verwendung des Hybrid-Antriebssystems nach einem der
vorhergehenden Ansprüche in einem Fahrzeug mit der
Kombinationsmöglichkeit zum stationären Sektor (1)
eine duale Energie-Speichereinheit zu bilden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863638881 DE3638881A1 (de) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Hybrid-antriebssystem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863638881 DE3638881A1 (de) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Hybrid-antriebssystem |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3638881A1 true DE3638881A1 (de) | 1988-05-19 |
Family
ID=6313917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863638881 Withdrawn DE3638881A1 (de) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Hybrid-antriebssystem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3638881A1 (de) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |