DE19903907A1 - Hydraulic load drive method, for a fork-lift truck , involves using free piston engine connected in parallel with pneumatic-hydraulic converter so load can be optionally driven by converter and/or engine - Google Patents

Hydraulic load drive method, for a fork-lift truck , involves using free piston engine connected in parallel with pneumatic-hydraulic converter so load can be optionally driven by converter and/or engine

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Abstract

The method involves converting the energy stored in a gas into hydraulic energy in a pneumatic-hydraulic converter (14) and using it to drive the hydraulic load. A free piston engine (16) is connected in parallel with the converter so that the load (2) can be optionally driven by the converter and/or engine. An Independent claim is also included for an drive arrangement for a hydraulic load.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen hydrau­ lischen Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und ein Verfahren zum Antreiben eines hydrauli­ schen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des nebengeordne­ ten Patentanspruchs 7.The invention relates to a drive for a hydrau lischer consumer according to the preamble of the patent claim 1 and a method for driving a hydraulic consumer according to the generic term of the secondary th claim 7.

Derartige hydraulische Antriebe werden beispielsweise bei fahrbaren Arbeitsgeräten, wie Gabelstaplern eingesetzt. Diese werden häufig mit einem batteriegespeisten Elektromo­ tor betrieben. Die für die erforderliche Batteriekapazität verfügbaren Batterien sind jedoch äußerst schwer und teuer und stehen darüberhinaus aufgrund ihres schlechten Wir­ kungsgrades und der schadstoffbelasteten Herstellung in der öffentlichen Kritik.Such hydraulic drives are, for example used for mobile work equipment, such as forklifts. These are often powered by a battery-powered electromo gate operated. The required battery capacity However, available batteries are extremely heavy and expensive and also stand because of their bad we efficiency and the polluted production in the public criticism.

Einige Hersteller sind dazu übergegangen, anstelle der batteriegespeisten Arbeitsgeräte mit Gas betriebene Ver­ brennungsmotoren einzusetzen, die jedoch auch hinsichtlich der Abgase und des erheblichen Gasbedarfs Probleme berei­ ten.Some manufacturers have switched to this instead of battery powered tools with gas powered Ver use internal combustion engines, but also in terms of the exhaust gases and the considerable gas requirements ten.

In der EP 08 578 77 A2 der Anmelderin wird ein alterna­ tives Konzept vorgeschlagen, wobei anstelle eines Verbren­ nungsmotors oder eines Elektromotors ein pneumatisch-hy­ draulischer Wandler in Verbindung mit einem Hydromotor ein­ gesetzt wird. Bei einem derartigen Wandler wird die Energie eines in einem Druckspeicher gespeicherten Druckgases durch Entspannung in hydraulische Energie umgesetzt. Dieser pneu­ matisch-hydraulische Wandler kann beispielsweise einen Trennkolben aufweisen, der einerseits vom Gas beaufschlagt ist und über den andererseits das hydraulische Druckmittel einem hydraulischen Transformator zugeführt wird, über den der hydraulische Verbraucher, beispielsweise ein Fahran­ trieb antreibbar ist. Der Begriff "pneumatisch" ist so zu verstehen, daß er nicht nur Luft als Druckgas, sondern jed­ wedes Druckgas, wie beispielsweise Erdgas etc. umfaßt. Diese Lösung zeigt im Vergleich zu einem elektrischen Energiespeicher (Batterie) Vorteile bezüglich Verfügbar­ keit, Schnelladung etc. auf. Nachteilig bei der in der EP 08 578 77 A2 vorgeschlagene Lösung ist jedoch - ähnlich wie bei den Gas-Verbrennungsmotoren die Tatsache, daß die Reichweite durch das Volumen des Gasspeichers begrenzt ist und somit nicht allen Anforderungen genügt.The applicant's EP 08 578 77 A2 describes an alterna tive concept proposed, instead of burning voltage motor or an electric motor a pneumatic-hy drastic converter in connection with a hydraulic motor is set. With such a converter, the energy of a compressed gas stored in a pressure accumulator Relaxation converted into hydraulic energy. This tire For example, a hydraulic-hydraulic converter can Have separating piston which is acted upon by the gas on the one hand is and on the other hand, the hydraulic pressure medium  a hydraulic transformer is supplied, via which the hydraulic consumer, for example a Fahran was driven. The term "pneumatic" is too understand that he not only air as compressed gas, but everyone does not include any compressed gas, such as natural gas, etc. This solution shows compared to an electrical one Energy storage (battery) advantages regarding available speed, quick charge, etc. A disadvantage of that in the EP 08 578 77 A2 proposed solution is - similar to in the case of gas internal combustion engines, the fact that the Range is limited by the volume of the gas storage and therefore does not meet all requirements.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für zumindest einen hydraulischen Verbraucher und ein Verfahren zum Antreiben eines hydraulischen Ver­ brauchers zu schaffen, bei denen die Kapazität eines mobi­ len Energiespeichers bestmöglich ausgenützt ist.In contrast, the invention is based on the object a drive for at least one hydraulic consumer and a method for driving a hydraulic ver to create users with the capacity of a mobi len energy storage is used in the best possible way.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Antriebs durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfah­ rens durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.This task is done with regard to the drive Features of claim 1 and with regard to the procedure rens solved by the features of claim 7.

Durch die Maßnahme, dem pneumatisch-hydraulischen Wand­ ler einen Freikolbenmotor zuzuordnen, über den der hydrau­ lische Verbraucher zusätzlich antreibbar ist, kann die er­ forderliche Speicherkapazität für das Druckgas auf ein Mi­ nimum reduziert werden. Diese Lösung läßt sich besonders vorteilhaft bei mobilen Arbeitsgeräten einsetzen, die im Freien und innerhalb von geschlossenen Räumen betrieben werden. In diesem Fall wird das Arbeitsgerät im geschlosse­ nen Raum ohne Abgabe von schädlichen Abgasen über den pneu­ matisch-hydraulischen Wandler angetrieben, während im Frei­ en der Antrieb über den als Verbrennungsmotor aufgebauten Freikolbenmotor erfolgt. D. h., das Abgasverhalten und die Reichweite des mobilen Arbeitsgerätes lassen sich in opti­ maler Weise an die Bedingungen (Betrieb im Freien, Betrieb im geschlossenen Raum) anpassen.By the measure, the pneumatic-hydraulic wall to assign a free piston engine via which the hydrau lical consumer can also be driven, he can required storage capacity for the compressed gas on a Mi be reduced to a minimum. This solution is particularly good advantageous to use with mobile work tools that in Operated outdoors and in closed rooms become. In this case, the implement is closed a room without emitting harmful exhaust gases through the tire Matical-hydraulic converter driven while outdoors en the drive via the built as an internal combustion engine Free piston engine takes place. That is, the exhaust gas behavior and the The range of the mobile work device can be opti  painterly to the conditions (outdoor operation, operation in the closed room).

Freikolbenmotoren sind per se bereits hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, so daß im folgenden ledig­ lich die wesentlichen Funktionsmerkmale erläutert seien. Ein Freikolbenmotor ist im Prinzip ein nach dem 2-Takt-Ver­ fahren arbeitender Verbrennungsmotor, bei dem anstelle ei­ nes Kurbeltriebes ein hydraulisches System zwischengeschal­ tet ist. Dazu ist der Motorkolben mit einem Hydraulikkolben verbunden, über den die während eines Motorarbeitstaktes erzeugte translatorische Energie ohne den klassischen Umweg über die Rotationsbewegung eines Kurbeltriebes direkt dem hydraulischen Arbeitsmedium (Druckmittel) zugeführt wird. Der dem Freikolbenmotor nachgeschaltete Hydraulikkreislauf ist derart ausgelegt, daß er die abgegebene Arbeit auf­ nimmt, zwischenspeichert und je nach Leistungsbedarf einer hydraulischen Antriebseinheit zuführt.Free piston engines per se are already sufficiently out known in the art, so that in the following single Lich the main functional features are explained. In principle, a free-piston engine is a 2-stroke engine driving internal combustion engine, in which instead of ei a hydraulic system interposed is. This is the engine piston with a hydraulic piston connected, via which during an engine cycle generated translational energy without the classic detour about the rotational movement of a crank mechanism hydraulic working medium (pressure medium) is supplied. The hydraulic circuit downstream of the free piston engine is designed in such a way that it takes up the work takes, caches and depending on the power requirements one hydraulic drive unit feeds.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein derartiger Freikolbenmotor und der pneumatisch-hydraulische Wandler alternativ oder ergänzend betrieben werden, um einen vor­ zugsweisen sekundärgeregelten oder mittels Hydrotransforma­ tor geregelten hydraulischen Verbraucher anzutreiben.According to the invention it is provided that such Free piston engine and the pneumatic-hydraulic converter alternatively or in addition to a operated before preferably secondary regulated or by means of hydrotransforma drive controlled hydraulic consumers.

Dieser Verbraucher kann beispielsweise ein Zylinder oder ein Hydromotor mit vorzugsweise zwei Strömungsrichtun­ gen sein.This consumer can be a cylinder, for example or a hydraulic motor with preferably two flow directions be.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Freikolbenmotor durch Verbrennung des dem pneumatisch-hydraulischen Wand­ lers zugeführten Druckgases betrieben wird. Bei dieser Va­ riante wird dann lediglich ein einziger, gemeinsamer Tank für das Druckgas erforderlich.It is particularly advantageous if the free-piston engine by burning the pneumatic-hydraulic wall lers supplied compressed gas is operated. With this Va riante then becomes just a single, shared tank required for the compressed gas.

Bei der Entspannung im Wandler kühlt das Druckgas ab, was den Wirkungsgrad des Wandlers verschlechtert. Dieser Wirkungsgrad läßt sich wesentlich erhöhen, indem die beim Antrieb des Freikolbenmotors freiwerdende Wärme zur Erwär­ mung des expandierenden Druckgases verwendet wird, so daß sich praktisch eine isotherme Entspannung mit einem Wir­ kungsgrad für den pneumatisch-hydraulischen Wandler erzie­ len läßt, der nahe 1 liegt.When relaxing in the converter, the compressed gas cools down, which worsens the efficiency of the converter. This  Efficiency can be increased significantly by the Drive of the free-piston engine to release heat tion of the expanding compressed gas is used so that practically isothermal relaxation with a we degree of efficiency for the pneumatic-hydraulic converter len, which is close to 1.

Zur Vergleichmäßigung des am hydraulischen Antrieb an­ liegenden Druckes ist in einer Druckleitung zum Verbraucher ein Hydrospeicher vorgesehen.To even out the hydraulic drive lying pressure is in a pressure line to the consumer a hydraulic accumulator is provided.

Bei dieser Konstruktionsvariante wird es besonders be­ vorzugt, wenn der hydraulische Verbraucher sekundärgeregelt ausgeführt ist, so daß beispielsweise beim Abbremsen des hydraulischen Antriebes freiwerdende Energie zum Laden des Hydrospeichers verwendbar ist.This construction variant is particularly popular preferred if the hydraulic consumer is secondary regulated is executed so that, for example, when braking the hydraulic drive released energy for loading the Hydro accumulator can be used.

Die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Systems läßt sich weiter verbessern, indem der pneumatisch-hydraulische Wandler über den Freikolbenmotor derart antreibbar ist, daß die Druckgasspeicher aufladbar sind. Selbstverständlich könnte diese Energie zum Aufladen der Druckspeicher über den Wandler auch von außen auf sonstige Weise zugeführt werden.The energy balance of the system according to the invention can be improve further by the pneumatic-hydraulic Converter can be driven via the free-piston engine such that the compressed gas storage can be charged. Of course this energy could be used to recharge the accumulator the converter also supplied from the outside in another way become.

Als Gas wird vorzugsweise Erdgas (bei Nutzung der Ex­ pansionsenergie und anschließender Verbrennung) bzw. Luft mit einem Druck von beispielsweise 200 bar eingesetzt. Durch das erfindungsgemäße Antriebskonzept lassen sich die vorhandenen Nachteile der einzelnen Antriebe (Freikolbenmotor, Wandler) minimieren, indem diese einzeln nur in Extremsituationen betrieben werden und beim gemein­ samen Betrieb durch Wärme- und Energiekopplung eine wesent­ liche Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber den Einzelan­ trieben herbeigeführt wird. The preferred gas is natural gas (when using Ex expansion energy and subsequent combustion) or air used with a pressure of, for example, 200 bar. The drive concept according to the invention enables the existing disadvantages of the individual drives (Free piston engine, converter) minimize by separating them individually only be operated in extreme situations and when common an essential operation through heat and energy coupling increase in efficiency compared to the individual driven is brought about.  

Die sonstigen Unteransprüche betreffen weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung.The other subclaims relate to further advantages stick embodiments of the invention.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the Invention of schematic drawings explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 ein Blockschaubild eines erfindungsgemäßen An­ triebkonzeptes; Fig. 1 is a block diagram of an inventive drive concept;

Fig. 2 ein Schaltschema eines Antriebs eines hydrauli­ schen Verbrauchers gemäß dem Antriebskonzept aus Fig. 1, wobei Luft als Druckgas verwendet wird und Fig. 2 is a circuit diagram of a drive of a hydraulic consumer rule's according to the drive concept of Fig. 1, wherein air is used as compressed gas and

Fig. 3 eine Alternative zum Antrieb aus Fig. 2, bei der Erdgas als Druckgas verwendet wird. Fig. 3 shows an alternative to the drive from Fig. 2, in which natural gas is used as compressed gas.

In Fig. 1 ist schematisch ein Blockschaubild des er­ findungsgemäßen Hybridantriebskonzeptes für hydraulische Verbraucher dargestellt. Demgemäß wird die zur Ansteuerung des hydraulischen Verbrauchers benötigte Energie durch Um­ setzung von in einem Brennstoff gespeicherter Energie (fossiler Energieträger) und in einem Druckgas gespeicher­ ter Energie (pneumatischer Energieträger) in hydraulische Energie, d. h. in einem hydraulischen Medium gespeicherte Energie (Druck, Geschwindigkeit) umgesetzt. Das in Fig. 1 dargestellte Gesamtkonzept ermöglicht den Antrieb eines hy­ draulischen Verbrauchers, beispielsweise eines Hydromotors 2 eines Flurförderfahrzeuges (Gabelstapler) mit minimaler Energie, bei exzellentem Abgasverhalten und geringem vor­ richtungstechnischen Aufwand. Das Anlagenkonzept ist so ausgestaltet, daß zumindest die auf der pneumatischen (Druckgas-)Seite erforderlichen Anlagen weitestgehend ener­ giegekoppelt mit den sonstigen Modulen sind.In Fig. 1, a block diagram of the inventive hybrid drive concept for hydraulic consumers is shown schematically. Accordingly, the energy required to control the hydraulic consumer by converting energy stored in a fuel (fossil fuel) and energy stored in a compressed gas (pneumatic energy carrier) into hydraulic energy, ie energy stored in a hydraulic medium (pressure, speed) implemented. The overall concept shown in Fig. 1 enables the drive of a hy draulic consumer, for example a hydraulic motor 2 of an industrial truck (forklift truck) with minimal energy, with excellent exhaust gas behavior and little in terms of directional effort. The system concept is designed so that at least the systems required on the pneumatic (compressed gas) side are largely energy-coupled to the other modules.

Fig. 2 und 3 zeigen Anlagenschemata, mit denen das Blockschaubild gemäß Fig. 1 realisiert ist, wobei die in den Anlagenschemata gemäß Fig. 2 und 3 verwendeten Bau­ elemente ihre Entsprechung in den in Fig. 1 dargestellten Blöcken finden. Fig. 2 and 3 show system diagrams with which the block diagram of FIG. 1 is realized, wherein the construction in the system diagrams shown in Fig. 2 and 3 used in the elements of its counterpart shown in Fig. 1 blocks find.

Das Grundkonzept der Erfindung sei zunächst anhand Fig. 1 erläutert. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, be­ steht dieses erfindungsgemäße Konzept darin, die zum An­ trieb eines hydraulischen Verbrauchers 2 erforderliche Energie einerseits einem unter Druck stehenden Gas zu ent­ nehmen und/oder durch Verbrennung eines fossilen Energie­ trägers zu erhalten. Die gezeigte Anlage schließt dabei auch die Kompression des beim Prozeß verwendeten Gases ein. Beim gezeigten Prozeß wird ein Gas verwendet, das zunächst allgemein Luft oder ein gasförmiger, fossiler Energieträger sein kann. Für letzteren bietet sich beispielsweise Erdgas an.The basic concept of the invention will first be explained with reference to FIG. 1. As already mentioned in the introduction, this concept according to the invention consists in taking the energy required to drive a hydraulic consumer 2 , on the one hand, from a pressurized gas and / or by burning a fossil energy carrier. The system shown also includes the compression of the gas used in the process. In the process shown, a gas is used, which may initially be generally air or a gaseous, fossil fuel. For the latter, natural gas is an option.

Das Gas wird in einem über eine Hydropumpe 4 betriebe­ nen Kompressor 6 auf den gewünschten Druck, beispielsweise 200 bar verdichtet und in geeignete Speicher 8, beispiels­ weise eine Gasflaschenanlage abgefüllt. Die Hydropumpe 4 kann durch einen üblichen Elektro- oder Verbrennungsmotor angetrieben werden. Alternativ dazu könnte der Antrieb je­ doch auch durch Ausnutzung der Wind- oder Sonnenenergie er­ folgen. Gemäß dem Blockschaubild in Fig. 1 wird somit me­ chanische Energie, d. h. Antriebsenergie für die Hydropumpe 4 in hydraulische Energie umgesetzt, d. h. diejenige Ener­ gie, die zum Betrieb des Kompressors 6 erforderlich ist. Über diesen Kompressor 6 wird dann das mit Niederdruck (beispielsweise 20 bar) zugeführte Gas auf den genannten Hochdruck (200 bar) gebracht. Bei der Kompression eines nä­ herungsweise als ideal angenommenen Gases unterscheidet man die isotherme und die adiabate Kompression. Bei isothermen Vorgängen bleibt die Temperatur des Gases konstant, so daß die zur Kompression erforderliche Energie aus dem Druckgas in Form von Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird. Bei adiabaten Vorgängen verbleibt die zur Kompression er­ forderliche Energie im Gas. Diese Änderung der Energie bei der Kompression äußert sich als Temperaturerhöhung, während sie bei der Expansion eine Temperaturabsenkung des Gases bewirkt. Im erstgenannten Fall wird durch die Kompression keine Energie im Gas gespeichert, während im letztgenannten Fall (adiabate Kompression) von einer Energiespeicherung im Gas gesprochen werden kann. Da der reale Zustand zwischen den beiden vorbeschriebenen Zuständen liegen dürfte, wird im folgenden bei der Kompression des Gases vereinfachend von einer im Gas gespeicherten Energie gesprochen, die mit­ telbar in hydraulische Energie umsetzbar ist.The gas is compressed in plants via a hydraulic pump 4 NEN compressor 6 to the desired pressure, for example 200 bar and, as example a gas filled cylinder systems in suitable memory. 8 The hydraulic pump 4 can be driven by a conventional electric or internal combustion engine. Alternatively, the drive could also follow through the use of wind or solar energy. According to the block diagram in FIG. 1, mechanical energy, ie drive energy for the hydraulic pump 4 , is thus converted into hydraulic energy, ie the energy that is required to operate the compressor 6 . Via this compressor 6 , the gas supplied with low pressure (for example 20 bar) is then brought to the high pressure mentioned (200 bar). When compressing a gas that is approximately assumed to be ideal, a distinction is made between isothermal and adiabatic compression. In the case of isothermal processes, the temperature of the gas remains constant, so that the energy required for compression is released to the environment from the compressed gas in the form of thermal energy. In adiabatic processes, the energy required for compression remains in the gas. This change in energy during compression manifests itself as an increase in temperature, while it causes a decrease in temperature of the gas during expansion. In the former case, compression does not store any energy in the gas, while in the latter case (adiabatic compression) one can speak of energy storage in the gas. Since the real state is likely to be between the two states described above, the compression of the gas is simply referred to below as an energy stored in the gas, which can be directly converted into hydraulic energy.

Das in der Gasflaschenanlage (Speicher 8) gespeicherte Gas wird über eine Dockingstation 10 an eine kleinere Ein­ heit, beispielsweise einen mobilen Speicher 12 abgegeben. Die in diesem mobilen Speicher 12 gespeicherte Gasenergie Epn wird über einen Wandler 14 in hydraulische Energie Ehy umgesetzt.The gas stored in the gas bottle system (storage 8 ) is delivered via a docking station 10 to a smaller unit, for example a mobile storage 12 . The gas energy Epn stored in this mobile memory 12 is converted into hydraulic energy E hy via a converter 14 .

D. h. durch Expansion des Gases wird mit Hilfe des Wand­ lers 14 ein hydraulisches Druckmittel mit Druck beauf­ schlagt und die im Druckmittel gespeicherte Energie zum An­ trieb des Verbrauchers 2, beispielsweise eines Hydromotors genutzt. Die hydraulische Energie wird somit in mechanische Energie Emech umgesetzt.That is, by expansion of the gas with the help of the wall 14, a hydraulic pressure medium is pressurized and the energy stored in the pressure medium is used to drive the consumer 2 , for example a hydraulic motor. The hydraulic energy is thus converted into mechanical energy E mech .

Der vorliegende Ablauf entspricht - abgesehen von der anfänglichen Kompression des Druckgases - demjenigen Ver­ fahren, wie es bereits in der genannten EP 08 578 77 A2 be­ schrieben ist.The present procedure corresponds - apart from the initial compression of the compressed gas - that Ver drive, as already in EP 08 578 77 A2 mentioned is written.

Dem vorgeschriebenen Anlagenteil ist ein Freikolbenmo­ tor 16 parallel geschaltet, der ebenfalls zum Antrieb des hydraulischen Verbrauchers 2 nutzbar ist. Wie bereits be­ schrieben, handelt es sich bei derartigen Freikolbenmotoren um nach dem 2-Takt-Verfahren arbeitende Verbrennungskraft­ maschinen, die die zugeführte Energie eines Kraftstoffes in mechanische oder hydraulische Energie umsetzen.The prescribed part of the system is a free piston engine 16 connected in parallel, which can also be used to drive the hydraulic consumer 2 . As already described, such free-piston engines are internal combustion engines that operate according to the 2-stroke method and convert the energy supplied by a fuel into mechanical or hydraulic energy.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Prozeß wird dieser Kraftstoff in einem eigenen Speicher 18 zur Verfügung ge­ stellt.In the process shown in FIG. 1, this fuel is provided in its own memory 18 .

Das im Wandler 14 und im Freikolbenmotor 16 druckbeauf­ schlagte Druckmittel wird aus einem Druckmitteltank 26 ent­ nommen.The pressure medium in the converter 14 and in the free-piston engine 16 is pressurized from a pressure medium tank 26 .

Die Leistung des Wandlers und des Freikolbenmotors ist erfindungsgemäß so ausgelegt, daß die zum Antrieb des hy­ draulischen Verbrauchers 2 erforderliche Höchstleistung dann erreicht ist, wenn beide Antriebsteile (Wandler 14, Freikolbenmotor 16) parallel arbeiten. D. h. beide Einheiten können mit vergleichsweise geringerer Leistung ausgelegt werden, da die Höchstleistung durch Nutzung beider Kraftma­ schinen erreichbar ist.The performance of the converter and the free-piston engine is designed according to the invention so that the maximum power required to drive the hy draulic consumer 2 is reached when both drive parts (converter 14 , free-piston engine 16 ) work in parallel. That is, Both units can be designed with a comparatively lower output, since the maximum output can be achieved by using both power machines.

Wenn die Höchstleistung nicht erforderlich ist, kann je nach Anwendungsfall einer der beiden Antriebsstränge (Wandler 14, Freikolbenmotor 16) genutzt werden - so wird in geschlossenen Räumen die schadstoffreie Nutzung der im Gas gespeicherten Energie den Vorzug erhalten, während bei Transportfahrten im Freien der Antrieb ausschließlich oder überwiegend mit Hilfe des Freikolbenmotors 16 erfolgen wird.If the maximum power is not required, one of the two drive trains (converter 14 , free-piston engine 16 ) can be used depending on the application - in closed rooms, the pollution-free use of the energy stored in the gas is preferred, while the drive is exclusively used for outdoor transport trips or will predominantly take place with the help of the free-piston engine 16 .

Gemäß dem Anlagenschema nach Fig. 2 wird als Druckgas Luft verwendet. Der Antrieb der Pumpe 4 erfolgt beispiels­ weise über Windenergie, d. h. über ein Windrad 20, über das die Hydropumpe 4 angetrieben wird. Mit Hilfe dieser Pumpe kann dann ein herkömmlicher Kompressor 6 mit Hydromotor zur Verdichtung der Luft verwendet werden. Prinzipiell ließe sich als Kompressor 6 jedoch auch der Wandler 14 einsetzen, wobei die Energie-Umsetzung allerdings, umgekehrt wie bei dem in der EP 08 578 77 A2 beschriebenen Wandler, die über die Hydropumpe 4 zur Verfügung gestellte hydraulische Ener­ gie zur Verdichtung der Luft eingesetzt wird. D. h., bei entsprechender Auslegung der Anlage kann der Wandler 14 auch die Funktion des Kompressors 6 übernehmen. Dies ist in Fig. 2 dadurch angedeutet, daß das Bezugszeichen 14 (beim Kompressor 6) hinzugefügt ist. Die Kühlung des Kompressors 6 (Wandler 14) bei der Kompression des Gases kann bei­ spielsweise durch Umgebungsluft erfolgen. Mit den auf den Wandler 14 gerichteten bzw. von diesem wegführenden wellen­ förmigen Pfeilen ist in Fig. 2 das Ansaugen des Druckgases (Luft, Erdgas) bzw. das Abgeben des entspannten Druckgases (Luft, Erdgas) gekennzeichnet.According to the plant scheme of Fig. 2 is used as pressure gas is air. The pump 4 is driven, for example, via wind energy, ie via a wind wheel 20 , via which the hydraulic pump 4 is driven. With the help of this pump, a conventional compressor 6 with a hydraulic motor can then be used to compress the air. In principle, however, the converter 14 could also be used as the compressor 6 , although the energy conversion, conversely as in the converter described in EP 08 578 77 A2, uses the hydraulic energy provided via the hydraulic pump 4 to compress the air becomes. In other words, if the system is designed accordingly, the converter 14 can also take over the function of the compressor 6 . This is indicated in Fig. 2 by the fact that the reference number 14 (in the compressor 6 ) is added. The cooling of the compressor 6 (converter 14 ) in the compression of the gas can be done for example by ambient air. In Fig. 2, the suction of the compressed gas (air, natural gas) or the release of the relaxed compressed gas (air, natural gas) is marked with the wave-shaped arrows directed towards the transducer 14 or leading away therefrom.

Die auf 200 bar komprimierte Luft wird dem stationären Speicher 8, d. h. beispielsweise einer Gasflaschenanlage zu­ geführt. Wie eingangs beschrieben, wird das Druckgas von diesem stationären Speicher 8 über die Dockingstation 10 in einen mobilen Speicher 12 übergeführt, der beispielsweise eine Gasflasche auf dem mobilen Arbeitsgerät, beispielswei­ se einem Gabelstapler sein kann.The air compressed to 200 bar is fed to the stationary store 8 , ie for example a gas bottle system. As described at the beginning, the compressed gas is transferred from this stationary storage 8 via the docking station 10 into a mobile storage 12 , which can be, for example, a gas bottle on the mobile working device, for example a forklift.

Die im mobilen Speicher 12 gespeicherte Energie wird über den Wandler 14 in hydraulische Energie umgesetzt und das Druckmittel zum Antrieb des Hydromotors 2 verwendet. Wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, kann zur Ver­ gleichmäßigung des Drucks im Hydraulikteil in der Drucklei­ tung 22 zum Hydromotor 2 ein Hydrospeicher 24 vorgesehen werden.The energy stored in the mobile memory 12 is converted into hydraulic energy via the converter 14 and the pressure medium is used to drive the hydraulic motor 2 . As indicated in dashed lines in FIG. 2, a hydraulic accumulator 24 can be provided to uniformize the pressure in the hydraulic part in the pressure line 22 for the hydraulic motor 2 .

In diesen Hydrospeicher 24 wird auch das vom Freikol­ benmotor 16 druckbeaufschlagte Fluid gefördert, wobei bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Ener­ gie zum Antrieb des Freikolbenmotors 16 aus dem als Flüs­ sigkeitstank ausgebildeten Speicher 18, der einen herkömm­ lichen flüssigen Kraftstoff, wie Benzin oder Diesel ent­ hält, gewonnen wird. In this hydraulic accumulator 24 , the pressure from the Freikol benmotor 16 promoted fluid, the energy in the embodiment shown in FIG. 2 for driving the free-piston engine 16 from the liquid tank designed as a liquid reservoir 18 , which is a conventional liquid fuel, such as gasoline or contains diesel.

Im Wandler 14 wird die Luft während der Expansion abge­ kühlt, so daß ein Teil der in ihr gespeicherten Energie verloren geht. Um diesen Energieverlust zu vermeiden, wird die expandierte Luft 14 im Wandler durch Energiekopplung mit dem Freikolbenmotor 16 erwärmt, d. h., die beim Betrieb des Freikolbenmotors 16 abgegebene Wärme wird über geeig­ nete Wärmetauscher zur Erwärmung der Luft auf der pneumati­ schen Seite des Wandlers 14 verwendet. Es stellt sich eine isotherme Expansion ein, so daß der Wirkungsgrad des Wand­ lers 14 bei 1 liegt. Die Energiekopplung mit dem Freikol­ benmotor 16 kann beispielsweise über einen Wärmetauscher erfolgen, durch den das zur Kühlung des Freikolbenmotors 16 verwendete, erwärmte Kühlwasser zur Erwärmung des Wandler­ gehäuses 14 verwendet werden kann. Die Abgase des Freikol­ benmotors 16 werden wie mit dem Pfeil angedeutet an die Um­ gebung abgegeben.In the converter 14 , the air is cooled down during expansion, so that part of the energy stored in it is lost. In order to avoid this energy loss, the expanded air 14 is heated in the converter by coupling energy with the free-piston engine 16 , ie the heat given off during operation of the free-piston engine 16 is used via suitable heat exchangers for heating the air on the pneumatic side of the converter 14 . There is an isothermal expansion, so that the efficiency of the converter 14 is 1. The energy coupling with the Freikol benmotor 16 can take place, for example, via a heat exchanger through which the heated cooling water used for cooling the free-piston engine 16 can be used to heat the converter housing 14 . The exhaust gases of the Freikol benmotors 16 are given to the environment as indicated by the arrow.

Die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Prinzips läßt sich weiter verbessern, wenn ein sekundärgeregelter Fahran­ trieb (Hydromotor 2) verwendet wird, so daß die beim Ab­ bremsen des Fahrzeugs freiwerdende Energie zum Einspeisen von Druckmittel in den Hydrospeicher 24 verwendet werden kann.The energy balance of the principle according to the invention can be further improved if a secondary regulated drive (hydraulic motor 2 ) is used so that the energy released when braking the vehicle can be used for feeding pressure medium into the hydraulic accumulator 24 .

Bei derjenigen Variante, bei der der Wandler 14 als Kompressor zur Komprimierung der Luft verwendet wird, könn­ te der Freikolbenmotor 16 anstelle der Hydropumpe 4 zum An­ trieb des Wandlers 14 in umgekehrter Wirkrichtung einge­ setzt werden. Dies setzt jedoch voraus, daß der Freikolben­ motor mit einer entsprechenden Leistung ausgeführt wird, bzw. ausreichend Zeit zum Laden verfügbar ist.In the variant in which the converter 14 is used as a compressor for compressing the air, the free-piston engine 16 could be used instead of the hydraulic pump 4 to drive the converter 14 in the opposite direction. However, this presupposes that the free-piston engine is executed with an appropriate power, or that sufficient time is available for charging.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ent­ spricht in wesentlichen Zügen dem vorbeschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel. Anstelle von Luft wird jedoch Erdgas (NG) als Druckgas verwendet. Mit diesem wird in den Anlagekompo­ nenten 6 bis 14 genauso wie mit Luft gearbeitet, weshalb in Fig. 3 nicht alle diese Komponenten eingezeichnet sind. Ein wesentlicher Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungs­ form besteht darin, daß der Freikolbenmotor 16 nicht durch Benzin oder Diesel angetrieben wird, sondern daß der Ener­ gieträger das zum Antrieb des Wandlers 14 verwendete Erdgas ist. D. h., im Freikolbenmotor 16 wird das Erdgas verbrannt, das im Wandler 14 auf einen geeigneten Druck entspannt wurde. Diese Variante hat den Vorteil, daß ein Flüssig­ keitstank entfallen kann, so daß der Antrieb sehr kompakt ausgeführt werden kann. Es ist lediglich ein Gaszwischen­ speicher 18 vorhanden.The embodiment shown in Fig. 3 speaks ent essentially in the above-described embodiment example. Instead of air, however, natural gas (NG) is used as the compressed gas. With this is worked in the system components 6 to 14 as well as with air, which is why not all of these components are shown in Fig. 3. A major difference to the embodiment described above is that the free-piston engine 16 is not driven by gasoline or diesel, but that the energy carrier is the natural gas used to drive the converter 14 . In other words, in the free-piston engine 16 , the natural gas is burned, which has been expanded to a suitable pressure in the converter 14 . This variant has the advantage that a liquid speed tank can be omitted, so that the drive can be made very compact. There is only a gas buffer 18 available.

Wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird im Wandler 14 eine isotherme Expansion durch einen Wärmeaus­ tausch mit dem für den Freikolbenmotor 16 eingesetzten Kühlmittel (Wasser, Luft) eingestellt.As in the embodiment described above, an isothermal expansion is set in the converter 14 by a heat exchange with the coolant (water, air) used for the free-piston engine 16 .

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wurde auf eine Beschreibung der Wandlerkonstruktion verzichtet. Diesbezüglich sei auf die Ausführungen in der EP 08 578 77 A2 verwiesen, deren Offenbarung zur Offenbarung der vorlie­ genden Anmeldung zu zählen ist.In the above-described embodiments there is no description of the converter construction. In this regard, reference is made to the statements in EP 08 578 77 A2, the disclosure of which to the disclosure of the present counting registration.

Offenbart ist ein Antrieb für einen hydraulischen Ver­ braucher, bei dem die in einem Gas gespeicherte Energie über einen pneumatisch-hydraulischen Wandler in hydrauli­ sche Energie umgesetzt ist. Zum Wandler ist ein Freikolben­ motor parallel geschaltet, in dem in einem Kraftstoff ge­ speicherte Energie in hydraulische Energie umgesetzt wird, welche wiederum zum Antrieb eines hydraulischen Verbrau­ chers dient. Der Wandler und der Freikolbenmotor können derart energiegekoppelt werden, daß das Gas im Wandler iso­ therm entspannbar ist.Disclosed is a drive for a hydraulic Ver need where the energy stored in a gas via a pneumatic-hydraulic converter in hydrauli energy is implemented. There is a free piston to the converter motor connected in parallel, in which ge in one fuel stored energy is converted into hydraulic energy, which in turn drives hydraulic consumption chers serves. The converter and the free-piston engine can be so energy coupled that the gas in the converter iso is therm relaxing.

Claims (13)

1. Antrieb für einen hydraulischen Verbraucher (2), mit einem pneumatisch-hydraulischen Wandler (14), über den in einem Gas gespeicherte Energie in hydraulische Ener­ gie umsetzbar und zum Antrieb des hydraulischen Ver­ brauchers (2) verwendbar ist, gekennzeichnet durch ei­ nen Freikolbenmotor (16), der parallel zum Wandler (14) geschaltet ist, so daß der Verbraucher (2) wahlweise über den Wandler (14) und/oder über den Freikolbenmotor (16) antreibbar ist.1. Drive for a hydraulic consumer ( 2 ), with a pneumatic-hydraulic converter ( 14 ), via the energy stored in a gas energy can be converted into hydraulic energy and used to drive the hydraulic consumer ( 2 ), characterized by egg nen Free-piston engine ( 16 ) which is connected in parallel to the converter ( 14 ), so that the consumer ( 2 ) can be driven either via the converter ( 14 ) and / or via the free-piston engine ( 16 ). 2. Antrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (2) ein hydraulischer Rotations- oder Linearantrieb ist.2. Drive according to claim 1, characterized in that the consumer ( 2 ) is a hydraulic rotary or linear drive. 3. Antrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Freikolbenmotor (16) durch Verbren­ nung des Gases betreibbar ist.3. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the free piston engine ( 16 ) by combustion of the gas is operable. 4. Antrieb nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch ei­ nen Wärmetauscher, über den die beim Verbrennungsvor­ gang freiwerdende Wärme an den Wandler (14) abgebbar ist.4. Drive according to claim 3, characterized by egg nen heat exchanger, via which the heat released during the combustion process can be released to the converter ( 14 ). 5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbraucher (2) ein Hy­ drospeicher (24) zugeordnet ist, der vom Freikolbenmo­ tor (16), vom Wandler (14) und ggf. von dem Verbraucher aufladbar ist.5. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer ( 2 ) is assigned a hy drospeicher ( 24 ), the Tor of the Freikolbenmo ( 16 ), the converter ( 14 ) and possibly rechargeable by the consumer. 6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Erdgas (CNG) ist. 6. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is natural gas (CNG).   7. Verfahren zum Antreiben eines hydraulischen Verbrau­ chers (2), wobei in einem Gas gespeicherte Energie über einen Wandler (14) in hydraulische Energie umgesetzt und zum Antrieb des hydraulischen Verbrauchers (2) ver­ wendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese hydrau­ lische Energie alternativ oder zusätzlich in einem Freikolbenmotor (16) erzeugt wird, der parallel zum Wandler betrieben wird.7. A method for driving a hydraulic consumer ( 2 ), wherein energy stored in a gas is converted into hydraulic energy via a converter ( 14 ) and used to drive the hydraulic consumer ( 2 ), characterized in that this hydraulic energy alternatively or additionally, it is generated in a free-piston engine ( 16 ) which is operated in parallel with the converter. 8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gas zum Antrieb des Freikolbenmotors (16) verwendet wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the gas is used to drive the free-piston engine ( 16 ). 9. Verfahren nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bei der Verbrennung im Freikolbenmo­ tor (16) erzeugte Wärme zur Erwärmung des entspannten Gases verwendet wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the heat generated during combustion in the free-piston engine ( 16 ) is used to heat the relaxed gas. 10. Antrieb nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatisch-hydraulische Wand­ ler (14) auch zur Gaskomprimierung einsetzbar ist.10. Drive according to one of claims 7 to 9, characterized in that the pneumatic-hydraulic wall ler ( 14 ) can also be used for gas compression. 11. Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wandler (14) zur Gaskomprimierung vom Freikolbenmotor (16) angetrieben wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the converter ( 14 ) for gas compression from the free-piston engine ( 16 ) is driven. 12. Verfahren nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wandler zur Komprimierung durch Wind- oder Sonnenenergie antreibbar ist.12. The method according to claim 10 or 11, characterized ge indicates that the converter is for compression by Wind or solar energy can be driven. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft oder Erd­ gas verwendet wird.13. The method according to any one of the preceding claims che, characterized in that the gas is air or earth gas is used.
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