DE10203681A1

DE10203681A1 - Geschlossenes, pneumatisches System

Info

Publication number: DE10203681A1
Application number: DE10203681A
Authority: DE
Inventors: Ralph Schirner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Heutige pneumatische Systeme sind meist als offene Systeme ausgelegt, das heißt, das gasförmige Arbeitsmedium wird von außen in das System beispielsweise durch Kompressoren oder Pumpen eingebracht. Darüber hinaus gibt es wenige geschlossene Systeme, wie beispielsweise Airbags mit Gasgeneratoren oder Rettungswesten mit Druckpatronen. Bei derartigen Systemen kann das gasförmige Arbeitsmedium allerdings nach einer einmaligen Verwendung nicht mehr in den Ausgangszustand zurückgebracht werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlossenes, reversibles, pneumatisches System zu schaffen. DOLLAR A Kerngedanke der Erfindung ist es, dass das geschlossene, reversible, pneumatische System zumindest aus mindestens einem beheizbaren Speicherbehälter (1) und mindestens einem mit diesem Speicherbehälter (1) verbundenen Hohlraum (2, 8) mit einem veränderlichen Volumen besteht. Der Speicherbehälter (1) beinhaltet ein gasförmiges Medium, das unterhalb einer Schwelltemperatur zumindest teilweise in einem flüssigen Aggregatzustand und/oder in einer chemisch an ein flüssiges oder festes Mittel (4) gebundenen Form vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein geschlossenes, pneumatisches System gemäß des Patentanspruchs 1.

Heutige pneumatische Systeme sind meist als offene Systeme ausgelegt, das heißt, das gasförmige Arbeitsmedium wird von außen in das System beispielsweise durch Kompressoren oder Pumpen eingebracht, bzw. das gasförmige Arbeitsmedium entweicht nach außen. Darüber hinaus gibt es wenige geschlossene Systeme, wie beispielsweise Airbags mit Gasgeneratoren oder Rettungswesten mit Druckpatronen. Bei derartigen Systemen kann das gasförmige Arbeitsmedium allerdings nach einer einmaligen Verwendung praktisch nicht mehr in den Ausgangszustand zurückgebracht werden, das System ist also irreversibel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlossenes, reversibles, pneumatisches System zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke der Erfindung ist es, dass das geschlossene, reversible, pneumatische System zumindest aus mindestens einem Speicherbehälter und mindestens einem mit diesem Speicherbehälter verbundenen Hohlraum mit einem veränderlichen Volumen besteht. Der Speicherbehälter beinhaltet ein gasförmiges Medium, das unterhalb einer Schwelltemperatur zumindest teilweise in einem flüssigen Aggregatszustand und/oder in einer chemisch an ein flüssiges oder festes Mittel gebundenen Form vorliegt. Der Speicherbehälter ist bis zu einer Temperatur, die größer als Schwelltemperatur ist, beheizbar.

Wenn der beheizbare Speicherbehälter unterhalb der Schwelltemperatur nun erwärmt wird, geht das Medium vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand über, bzw. wird aus der chemischen Bindung mit dem Mittel herausgelöst. Dadurch nimmt innerhalb des geschlossenen Systems die Menge des gasförmigen Mediums zu. Die damit verbundene Ausdehnung des Volumens führt zu einer Vergrößerung des Hohlraums. Umgekehrt geht das gasförmige Medium bei einer Abkühlung, beispielsweise wenn der Speicherbehälter nicht mehr erwärmt wird, zumindest teilweise wieder in den flüssigen Aggregatszustand über bzw. wird chemisch wieder an das Mittel gebunden. Dadurch nimmt innerhalb des geschlossenen Systems die Menge des gasförmigen Mediums ab. Die damit einhergehende Verringerung des Volumens führt zu einer Verkleinerung des Hohlraums. So kann abhängig von der Temperatur des Speicherbehälters das Volumen des Hohlraums verändert werden. Es handelt sich dabei also um ein reversibles, pneumatisches System. Da das Medium immer innerhalb des Systems verbleibt, handelt es sich um ein geschlossenes System.

Im Gegensatz zu offenen Systemen entstehen keine störenden Geräusche und/oder Vibrationen bei der Bereitstellung bzw. beim Entweichen des Mediums. Allgemein werden alle bekannten Gerätschaften zur Bereitstellung des Mediums, wie Pumpen, etc. nicht benötigt. Das System benötigt dadurch wesentlich weniger Bauraum, ist leichter und unterliegt einem geringeren mechanischen Verschleiß. Das Medium muss nicht aufbereitet werden, wie das bei offenen Systemen der Fall ist, die das Medium von außen beziehen. Beispielsweise muss keine von außen angesaugte Luft gefiltert, getrocknet und geölt werden. Als Medium eignen sich beispielsweise klassische Kältemittel, wie sie in Kühlschränken oder Wärmepumpen zum Einsatz kommen.

Für eine chemische Bindung des Mediums kommt vorteilhafterweise Zeolith als Mittel zum Einsatz. Zeolith sind hochporöse Kristalle, die von zahlreichen submikroskopischen Kanälen durchzogen sind. In diesen Kanälen und Poren lagern sich manche Gase in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand an. Bei Wärmezufuhr dampfen diese Gase aus. Ob dabei die Anlagerung wirklich durch chemische Effekte oder durch physikalische Effekte aufgrund der großen Oberfläche erfolgt, kann hier nicht eindeutig geklärt werden. Die tatsächlich auftretenden Effekte sollen hier zu den chemischen Effekten zählen. Als Medium eignen sich für Zeolith nur Medien mit einem Dipol, wie z. B. H₂S, NH₃, SO₂, NO_x, oder CO₂. Das verwendete Zeolith sollte auf das jeweilige Medium abgestimmt sein, in dem z. B. die Größe der Poren entsprechend gewählt wird.

Zwar ist aus der DE 199 22 848 A1 der Firma Zeo-Tech Zeolith-Technologie GmbH eine Vorrichtung bekannt, bei der dieser Effekt genutzt wird, allerdings handelt es sich dabei um ein offenes System, das die entstehende Kälte beim Ausdampfen der Gase aus Zeolith nutzt. Das darin beschriebene System wird beispielsweise von der Brauerei Tucher für kleine Bierfässer verwendet. Zwischen der doppelwandigen Seitenwand des Bierfasses ist Zeolith angeordnet, das in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand angelagertes Gas enthält. Wenn nun ein Ventil geöffnet wird, kann das Gas ausdampfen und nach außen entweichen. Die dabei entstehende Verdunstungskälte wird dazu genutzt, das Bier im Bierfass abzukühlen. Dieses System ist ein offenes System, da das Gas nach außen entweicht. Entscheidend bei diesem System ist der dabei auftretende thermodynamische Effekt.

Der Hohlraum kann in einer günstigen Ausgestaltung ein pneumatischer Zylinder sein. Dies ist die einfachste denkbare Anwendung des erfindungsgemäßen Systems und verdeutlicht die mannigfachen Anwendungsmöglichkeiten des Systems. Alternativ dazu kann der Hohlraum gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ein aufblasbares Kissen sein. Dieses Kissen kann in Abhängigkeit der Temperatur des Speicherbehälters mehr oder weniger stark aufgeblasen sein.

Idealerweise ist zwischen dem Speicherbehälter und dem damit verbundenen Hohlraum ein Ventil angeordnet. So kann bei Bedarf durch eine Erhöhung der Temperatur im Speicherbehälter zunächst ein Überdruck des gasförmigen Mediums im Speicherbehälter erzeugt werden, der durch ein Öffnen des Ventils dann schlagartig auf den Hohlraum wirken kann. So können auch schnelle pneumatische Bewegungen mit dem erfindungsgemäßen System realisiert werden. Umgekehrt kann durch ein Abkühlen des Speicherbehälters ein Unterdruck des gasförmigen Mediums erzeugt werden, der durch ein Öffnen des Ventils ebenfalls schlagartig auf den Holraum wirken kann.

Das erfindungsgemäße pneumatische System ist besonders für Fahrzeuge geeignet. Pneumatische Systeme dürfen in Fahrzeugen möglichst wenig Bauraum beanspruchen, müssen möglichst robust und leicht sein und sollen möglichst keine Vibrationen und Geräusche erzeugen. Alle diese Bedingungen werden durch das erfindungsgemäße System erfüllt, da keine Pumpen oder Kompressoren benötigt werden, und da kein Medium nach außen entweicht.

Eine günstige Anwendung des erfindungsgemäßen Systems in einem Fahrzeug ist an einem Fahrzeugsitz. An oder in dem Fahrzeugsitz befindet sich dabei mindestens ein aufblasbares Kissen, das je nach den Komfortwünschen des jeweiligen Passagiers mehr oder weniger stark aufgeblasen werden kann.

Auch eine Anwendung als Teil eines Cabrio-Verdeckes ist sehr vorteilhaft. Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 34 593.3 ist beispielsweise ein verstellbares Fahrzeugdach mit aufblasbaren Kammern bekannt. Diese Kammern können als Hohlraum durch das erfindungsgemäße System mit einem gasförmigen Medium gefüllt werden.

Eine dritte besonders geeignete Anwendung stellt an einem Personenkraftwagen ein Heckspoiler dar, der von einem aufblasbaren Kissen gebildet wird. Der Heckspoiler kann beispielsweise erst ab einer gewissen Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufgeblasen werden und so einen aerodynamischen Abtrieb erzeugen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten liegt der Heckspoiler flach und unauffällig auf der Heckklappe auf. Alternativ kann das aufblasbare Kissen auch unter einem bekannten Spoiler oder unter einer bekannten Heckklappe angeordnet sein, und im aufgeblasenen Zustand den Spoiler bzw. die Heckklappe zumindest in einem Bereich anheben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellungsweise:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der prinzipiellen Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Systems und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Systems als Heckspoiler eines PKWs.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße System bestehend aus einem Speicherbehälter 1 und einem pneumatischen Zylinder 2 dargestellt, die mit einem Schlauch 3 miteinander verbunden sind. Der Speicherbehälter 1 ist mit Zeolith 4 gefüllt und ist mit einer Heizschlange 5 beheizbar. Das Zeolith 4 ist mit Gas angereichert, das sich in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand an das Zeolith 4 angelagert hat. Der Schlauch 3 weist unmittelbar hinter dem Speicherbehälter 1 ein Ventil 6 auf.
Wenn nun der Speicherbehälter 1 durch die Heizschlange 5 erwärmt wird, will das Gas aus dem Zeolith 4 ausdampfen. Solange das Ventil 6 geschlossen ist, steht aber das zum Ausdampfen des Gases notwendige Volumen nicht zur Verfügung. Dadurch steigt der Druck im Speicherbehälter 1. Wenn nun das Ventil 6 geöffnet wird, strömt Gas vom Speicherbehälter 1 durch den Schlauch 3 in den Zylinder 2, dessen Kolben dadurch ausgefahren wird. Anstelle der Heizschlange 5 im bzw. am Speicherbehälter 1 kann alternativ oder ergänzend der Schlauch 3 erwärmt werden.
Wird anschließend die Heizschlange 5 wieder abgeschaltet, kühlt der Speicherbehälter 1 langsam ab. Das Gas in dem System lagert sich dabei mehr und mehr wieder in einem flüssigkeitsähnlichen Zustand am Zeolith 4 an. Dadurch reduziert sich das Gasvolumen in dem System. Es entsteht ein Unterdruck, durch den der Kolben des Zylinders 2 wieder eingefahren wird. Um eine möglichst zügige Abkühlung zu erreichen, kann der Speicherbehälter 1 und/oder der Schlauch 3 eine besonders große Oberfläche aufweisen und/oder aus einem stark wärmeleitenden Material bestehen.
In Fig. 2 ist eine andere Variante des erfindungsgemäßen Systems dargestellt. Der Speicherbehälter 1 mit dem Zeolith 4 und der Heizschlange 5 ist nur durch ein Lochblech 7 von einem aufblasbaren Kissen 8 aus einem flexiblen Material getrennt. In Abhängigkeit der Temperatur des Speicherbehälters 1, die durch die Heizschlange 5 einstellbar ist, ist das Kissen 8 mehr oder weniger stark aufgeblasen. Das Kissen 8 ist auf einer hier nicht dargestellten Heckklappe eines Personenkraftwagens angebracht. Im aufgeblasenen Zustand erzeugt das Kissen 8 wie ein Spoiler einen aerodynamischen Strömungsabriss an einer Hinterkante der Heckklappe und damit zu mehr Abtrieb an der Hinterachse des Fahrzeugs.

Claims

1. Geschlossenes, pneumatisches System, zumindest bestehend aus mindestens einem Speicherbehälter (1), in dem ein gasförmiges Medium unterhalb einer Schwelltemperatur zumindest teilweise in einem flüssigen Aggregatszustand und/oder in einer chemisch an ein flüssiges oder festes Mittel (4) gebundenen Form vorliegt, und mindestens einem mit diesem Speicherbehälter (1) verbundenen Hohlraum (2, 8) mit einem veränderlichen Volumen, wobei der Speicherbehälter (1) bis zu einer Temperatur, die größer als die Schwelltemperatur ist, beheizbar ist.

2. Pneumatisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (4) Zeolith ist.

3. Pneumatisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum ein pneumatischer Zylinder (2) ist.

4. Pneumatisches System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum ein aufblasbares Kissen (8) ist.

5. Pneumatisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Speicherbehälter (1) und dem damit verbundenen Hohlraum (2, 8) ein Ventil (6) angeordnet ist.

6. Pneumatisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt.

7. Pneumatisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum ein aufblasbares Kissen (8) in bzw. an einem Fahrzeugsitz ist.

8. Pneumatisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum Teil eines Cabrio-Verdeckes ist.

9. Pneumatisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum als aufblasbares Kissen (8) einen verlagerbaren Heckspoiler eines Personenkraftwagens bildet.