DE2941902A1

DE2941902A1 - Einrichtung zur restenergieverwertung in maschinenanlagen

Info

Publication number: DE2941902A1
Application number: DE19792941902
Authority: DE
Inventors: Claudius Prof. 7990 Friedrichshafen Dornier jun.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1979-10-17
Publication date: 1981-04-30
Also published as: JPS5660876A; DE2941902C2; FR2467989B1; FR2467989A1; GB2062112A

Description

Prof. Claudius Dorniii" jr.
7990 Friedrichshafen

Reg. 2472

Einrichtung zur Restenergieverwertung in Maschinenanlagen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Restenergieverwertung in Maschinenanlagen, z. B. der in Abgasen von Brennkraftmaschinen, enthaltenen Energie.

Auf allen Gebieten der Technik spielt der Energieverbrauch eine wichtige Rolle. Das Bestreben, den Verbrauch an Energie möglichst gering zu halten, steht im Vordergrund, aber auch der Rückgewinnung von bei irgendwelchen technischen Vorgängen oder Verfahren anfallender überschüssiger Energie oder Restenergie wird grosse Bedeutung beigemessen, z. B. der Nutzung der Abwärme in Kraftwerksanlagen oder dergleichen.

Eine praktische Bedeutung hat die Ausnutzung der heissen Abgase von Brennkraftmaschinen erlangt. Hierbei ist es bekannt, durch die heissen Abgase eine Turbine antreiben zu lassen, wobei die Turbine ihrerseits einen Verdichter antreibt, der als Ladeverdichter für die Brennkraftmaschine eingesetzt wird und damit eine Leistungssteigerung der

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der Brennkraftmaschine bewirkt. Diese sogenannten Turbolader sind jedoch nur dann wirksam, wenn die in den Abgasen enthaltene Restenergie ausreichend hoch ist, d. h. bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Es muss als Mangel empfungen werden, dass im niederen Drehzahlbereich, etwa beim Anfahren, die Leistungssteigerung des Turboladers nicht zur Verfügung steht.

Aus der DE-OS 28 08 147 ist eine Anordnung bekannt, die sich mit dem letztgenannten Problem befasst. Um eine ausreichende Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Spül- und Ladeluft auch dann zu erhalten, wenn die von der Abgasturbine gewonnene Energie dazu allein nicht mehr ausreicht, ist dort der Abgasturbolader baulich mit einem Elektromotor vereinigt, der dem Lader die fehlende Energie zuführt. Zwar ist dabei in der Leistungsbilanz der Brennkraftmaschine eine Verbesserung erreichbar, jedoch ist für den Antrieb des Elektromotors Fremdenergie, z. B. aus einer Batterie, erforderlich.

Ein weiteres Verfahren zur Umwandlung von Bewegungsenergie eines in Bewegung befindlichen Körpers in brauchbare Energie ist aus der DE-OS 14 51 916 bekannt. Diese Druckschrift geht davon aus, dass bei einem in Bewegung befindlichen Körper seine Bewegungsenergie beim Abbremsen oder beim Anhalten des Körpers, z. B. eines Fahrzeugs, dazu verwendet wird, ein Arbeitsmedium in einem Druckbehälter zu verdichten.

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Das im Druckbehälter gespeicherte Medium kann dann dazu benutzt werden, den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs kurzzeitig zu unterstützen. Bei diesem Verfahren wird zwar dem Motor vorverdichtete Ladeluft zugeführt, jedoch sind aufwendige Verdichter, Druckbehälter, Leitungen und Abdichtmassnahmen erforderlich. Eine Verwertung der in den Abgasen enthaltenen Restenergie findet nicht statt.

Eine andere Art der Energierückgewinnung ist aus der elektrischen Nutzbremsung bekannt, wo beim Bremsen die kinetische Energie des Fahrzeuges ausgenutzt wird, um elektrische Energie zu erzeugen und diese Energie ins Netz zurückzuspeisen oder in anderer Weise zu verwerten. Auch hier ist die rückgewonnene Energie wieder von der augenblicklichen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verwertung der Restenergie in Maschinenanlagen, insbesondere der in Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Restenergie zu schaffen, die eine Verwertung nicht nur in hohen Drehζahlbereichen ermöglicht, sondern die gewonnene Restenergie auch anderweitig und gegebenenfalls auch mit zeitlicher Verzögerung anzuwenden gestattet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein an die Maschine anschaltbares, die Restenergie speicherndes Schwungrad mit Anschluss für bedarfsweise nachschaltbare Arbeitsmaschinen.

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Der Erfindungsgedanke ist vielseitig einsetzbar und abwandelbar und zwar hinsichtlich der Art des Antriebes des Schwungrades, wie auch hinsichtlich der Weiterverwertung der Schwungradenergie. Das Schwungrad wird z. B. von einer Abgasturbine aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine angetrieben und speichert Energie. Die gespeicherte Schwungradenergie kann dann bedarfsweise auf eine Arbeitsmaschine beliebiger Art gegeben werden, z. B. auf einen Verdichter.

Im Unterschied zu dem oben genannten bekannten Abgas-Turbolader kann aber hier die Schwungradenergie etwa im Stillstand eines Kraftfahrzeuges bzw. bei niederen Motordrehzahlen entnommen und über den Verdichter durch Überladung des Motors beim Anfahren oder Beschleunigen eine Leistungssteigerung erreicht werden.

Wesentlich für die Erfindung ist die Zwischenspeicherung der zur Verfügung stehenden Restenergie in einem Schwungrad. Dabei liegt gegenüber der eingangs genannten Energiespeicherung in einem Druckbehälter ein grosser Vorteil noch darin, dass die im Schwungrad gespeicherte Energie anstatt zum Antrieb eines Ladeverdichters erforderlichenfalls auch in anderer Weise verwertet werden kann, indem etwa dem Schwungrad ein elektrischer Generator nachgeschaltet wird, dessen Energie z. B. für einen Anlassvorgang oder für Beschleunigung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs weiter verwertet wird. Es ist auch möglich, die Schwungrad-

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energie mechanisch für die Betätigung eines Anlassers oder dergleichen zu verwerten.

Bei Fahrzeugen mit der oben genannten elektrischen Nutzbremsung kann die durch Nutzbremsung gewonnene elektrische Energie einem Elektromotor zugeführt werden, der das Schwungrad antreibt. In all den aufgezeigten Fällen bringt der Einsatz eines Schwungrades und die Speicherung der kinetischen Energie des Schwungrades für die Weiterverwertung der Energie Vorteile, da durch die Speicherung ein Abnehmen der Energie zu späteren Zeiten und bei ganz unterschiedlichen Betriebszuständen der ursprünglichen Maschinenanlage möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Restenergiespeicherung in einem durch eine Abgasturbine angetriebenen Schwungrad und

Fig. 2 eine Abwandlung von Fig. 1 mit elektrischem Antrieb des Schwungrades.

In der Fig. 1 ist als primäre Maschinenanlage eine Brennkraftmaschine B angenommen. Die Abgase A der Brennkraftmaschine B werden in Pfeilrichtung einer Abgasturbine T

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zugeführt und gelangen von dieser ins Freie. Die Abgasturbine T ihrerseits treibt in nicht näher dargestellter Weise direkt oder über Getriebe ein Schwungrad S an. Durch die Lagerstellen auf beiden Seiten des Schwungrades S und durch die auf der Antriebsseite bzw. Abtriebsseite des Schwungrades angeordneten Kupplungen Kl bzw. K2 sei angedeutet, dass das Schwungrad nach Einspeicherung der Energie unabhängig vom Antrieb der primären Maschinenanlage B weiterdrehen kann. Die in den Abgasen A steckende Restenergie wird also im Schwungrad gespeichert, auch wenn in der primären Brennkraftmaschine B die Drehzahl vermindert wird oder die Maschine stillgesetzt wird und daher von der Turbine T her kein Antrieb mehr erfolgt. Auf der Abtriebsseite des Schwungrades S ist hinter der Kupplung K2 eine nicht näher bezeichnete Arbeitsmaschine X, z. B. ein Luftverdichter anschaltbar. Die Verwendung eines Schwungrades S als Energiespeicher ermöglicht es, die gespeicherte Energie zu einem späteren Zeitpunkt und unabhängig vom augenblicklichen Zustand der primären Maschinenanlage und damit auch vom Betriebszustand der Turbine abzunehmen und für irgendwelche Zwecke zu verwerten. Durch Energieabnahme vom Schwungrad kann also ein Ladeverdichter auch dann betrieben werden, wenn die bekannten Abgasturbolader nicht oder nur sehr eingeschränkt wirksam sind. Es ist also eine kurzzeitige Leistungssteigerung der Maschine auch als Anfahr- oder Beschleunigungshilfe für ein Fahrzeug erreichbar.

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Der Begriff der Restenergie braucht nicht eng auf die Abgase von Brennkraftmaschinen ausgelegt zu werden/ sondern er ist ganz allgemein auf Maschinenanlagen anwendbar, die es erlauben, während ihres Betriebes einen Teil ihrer ungenutzten Bewegungsenergie auf das Speicherschwungrad S zu geben.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem wiederum ein Fahrzeug F angenommen ist, das mit einer elektrischen Nutzbremsung N ausgerüstet ist. Die bei der Nutzbremsung erzeugte elektrische Energie wird auf dem gegebenenfalls mit einem Schalter versehenen Weg 3 auf einen elektrischen Motor M gegeben, um auf diese Weise das Schwungrad S anzutreiben. Auf der Abtriebsseite des Schwungrades ist hier als Beispiel ein elektrischer Generator E vorgesehen, dessen Energie auf dem Weg 4 zum Antrieb irgendwelcher dort angeschalteter Arbeitsmaschinen verwendet werden kann. Eine andere Möglichkeit der Verwertung ist durch den Weg 5 angedeutet, auf welchem die vom Generator E erzeugte elektrische Energie direkt zur Unterstützung des Fahrzeugantriebes F beim Anfahren oder beim Beschleunigen verwendbar ist.

In jedem Fall können aus dem Schwungrad kurzzeitig erhebliche Energiemengen in die nachgeschalteten Arbeitsmaschinen abgegeben werden, wobei der Vorteil der zeitweiligen Restenergiespeicherung erhalten bleibt. Als besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet sei auf Nahverkehrsmittel, wie etwa Bahn oder Omnibus verwiesen. Bei

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dem vielen dabei notwendigen Bremsen, Halten Anfahren bzw. Beschleunigen bringt die kurzzeitige Zwischenspeicherung und Wiederverwendung der Restenergie erhebliche Vorteile.

2. Okt. 1979
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Claims

Patentansprüche :

1. Einrichtung zur Restenergieverwertung in Maschinenanlagen, z. B. der in Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Energie, gekennzeichnet durch ein an die Maschine (B, F) anschaltbares, die Restenergie speicherndes Schwungrad (S) mit Anschluss für bedarfsweise nachschaltbare Arbeitsmaschinen (X, E).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Antrieb des Schwungrades (S) durch eine Abgasturbine (T).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 für Fahrzeuge mit elektrischer Nutzbremsung, gekennzeichnet durch einen aus der beim Bremsen gewonnenen elektrischen Energie gespeisten und das Schwungrad (S) antreibenden Elektromotor (M).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmaschine (X) ein Verdichter für Brennkraftmaschinen nachgeschaltet ist.

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmaschine ein elektrischer Generator (E) nachgeschaltet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch schaltbare Kupplungen (Kl, K2) und/oder Getriebe auf der Antriebs- und/oder Abtriebsseite des Schwungrades (S).

2. Okt. 1979
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