PUB - Development of a Bi-Stable Mechanism for Efficiency Optimization of Pneumatic Pressure Boosters

 

In Wasserstofftankstellen werden Druckübersetzer benötigt, um den Druck aus dem niveauabhängigen Speicher auf einen konstanten Entsorgungsdruck zu erhöhen. Pneumatisch angetriebene Druckerhöhungsanlagen können die besonderen Anforderungen des Explosionsschutzes in solchen Anwendungen problemlos erfüllen. Damit bieten sie trotz ihres eigentlich geringen Wirkungsgrades einen lohnenden Ansatz. Die Attraktivität kann durch Optimierung des Wirkungsgrades noch gesteigert werden.

 

Inhalt

Autoren: Schmid, Matthias; Reinertz, Olivier; Schmitz, Katharina

Bei modernen Geräten geht ein erheblicher Teil der Expansionsenergie in Antriebskammern durch eine ungünstige Belastung über den Hub verloren. Durch die Erhöhung der Last zu Beginn des Hubes mittels eines bi-stabilen Mechanismus kann die Menge an bisher ungenutzter Expansionsenergie in ihm gespeichert werden. Diese Energie kann in der zweiten Hälfte des Hubes wieder freigesetzt werden. Dies reduziert den Druckbedarf am Ende des Hubes, lässt die Luft in der Antriebskammer expandieren und senkt somit den Luftverbrauch und erhöht den Wirkungsgrad. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine analytische Darstellung des Druckübersetzers zum Verständnis der thermodynamischen Vorgänge gezeigt. Auf der Basis des Simulationsmodells wird die Lastkompensation spezifiziert und ein Konzept für den Prototyp vorgestellt. Das Konzept basiert auf der negativen Federsteifigkeit einer Platte beim mechanischen Durchschnappen. Anschließend wird der entwickelte Mechanismus in das Simulationsmodell integriert und die Ergebnisse und erzielten Fortschritte werden herausgearbeitet. Abschließend werden die noch ausstehenden Messungen und bereits durchgeführten Vorbereitungen diskutiert.