DE102015203933A1

DE102015203933A1 - Speicheranordnung

Info

Publication number: DE102015203933A1
Application number: DE102015203933.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Mark; Frederic Jayko; Matthias Greiner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-11-26

Abstract

Speicheranordnung (1), insbesondere für ein hydraulisches Hybridsystem, zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, umfassend: einen Hochdruckspeicher (44) als einen hydropneumatischer Speicher (7) zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Hochdruckspeicher (44) umfassend einen Gasraum (3) zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum (3), einen Hydraulikraum (2) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement (4) zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum (3) und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes (3) von dem Hydraulikraum, ein Hochdruckgehäuse (8) zur Begrenzung des Gasraumes (3) und des Hydraulikraumes (2), einen Niederdruckspeicher (45) als einen hydropneumatischer Speicher (7) zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Niederdruckspeicher (45) umfassend einen Gasraum (3) zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum (3), einen Hydraulikraum (2) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement (4) zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum (3) und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes (3) von dem Hydraulikraum (2), ein Niederdruckgehäuse (9) zur Begrenzung des Gasraumes (3) und des Hydraulikraumes (2), wobei der Hochdruckspeicher (44) und der Niederdruckspeicher (45) als eine gemeinsame Baueinheit (1) ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicheranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein hydraulisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14.
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen werden hydraulische Hybridsysteme eingesetzt, um mittels eines hydraulischen Motors hydraulische Energie in mechanische Energie umwandeln zu können und mittels einer hydraulischen Pumpe mechanische Energie in hydraulische Energie umwandeln zu können. Die mechanische Energie, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder als kinetische Energie in einem Rekuperationsbetrieb, kann dabei von der hydraulischen Pumpe in hydraulische Energie umgewandelt werden, indem der Druck eines Hydraulikfluides, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, durch die hydraulische Pumpe erhöht wird. Das Hydraulikfluid mit dem erhöhten Druck kann dabei in einem hydropneumatischen Speicher, insbesondere Hochdruckspeicher, gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt kann mittels des Hydraulikfluides in dem hydropneumatischen Speicher von dem hydraulischen Motor die hydraulische Energie in dem hydropneumatischen Speicher in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Die Hydraulikflüssigkeit dient zur Druckübertragung zu dem zu komprimierenden Gas in dem hydropneumatischen Speicher.
Als hydropneumatische Speicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, d. h. eines Hydraulikfluides unter einem erhöhten Druck, sind beispielsweise Kolbenspeicher als Gasfederspeicher mit einem Kolben bekannt. Innerhalb eines Gehäuses ist ein Kolben als ein bewegliches Trennelement an einem Zylinder angeordnet und der Kolben wird von der Hydraulikflüssigkeit bewegt, so dass dadurch der Druck in dem Gas erhöht wird und hydraulische Energie in dem Kolbenspeicher gespeichert werden kann. Außerdem sind Blasenspeicher mit einer flexiblen elastischen Membran als bewegliches Trennelement zur Trennung eines Hydraulikraumes von einem Gasraum bekannt.
In einem hydraulischen Hybridsystem sind ein Hochdruckspeicher und ein Niederdruckspeicher erforderlich. In dem Hochdruckspeicher wird die hydraulische Energie für den Antrieb des Kraftfahrzeuges gespeichert und der Niederdruckspeicher dient dazu, die aus dem Hochdruckspeicher ausgeleitete Hydraulikflüssigkeit zu speichern um diese später wieder von dem Niederdruckspeicher in den Hochdruckspeicher leiten zu können. Zum Leiten der Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher zu dem Hochdruckspeicher wird in dem Niederdruckspeicher in einem geringen Umfang hydraulische Energie gespeichert, weil in dem Gasraum in dem Niederdruckspeicher das Gas unter einem geringen Druck steht und damit auch die Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher. Der Niederdruckspeicher weist ein Niederdruckgehäuse auf innerhalb dessen die Hydraulikflüssigkeit und auch das gesamte Gas des Gasraumes angeordnet und begrenzt sind. In analoger Weise weist auch der Hochdruckspeicher ein Hochdruckgehäuse auf. Der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher sind als getrennte Baueinheiten ausgebildet, so dass das Gehäuse des Hochdruckspeichers als Hochdruckgehäuse einen Abstand zu dem Gehäuse des Niederdruckspeichers als Niederdruckgehäuse aufweist. Der Hoch- und Niederdruckspeicher sind bei einer Anordnung in einem Kraftfahrzeug getrennt an der Karosserie des Kraftfahrzeuges zu befestigen. Die beiden Hoch- und Niederdruckspeicher benötigen daher in aufwendiger Weise zwei getrennte Bauräume zur Aufnahme.
Auch aus der DE 102 30 743 A1 ist ein Hydrospeicher als Blasenspeicher mit einem Gaseinlasskörper bekannt, der mit Teilen des Speichergehäuses verbindbar ist und der mindestens eine Anlagefläche für ein elastisch nachgiebiges Trennelement aufweist, das innerhalb des Speichergehäuses angeordnet zwei Räume voneinander trennt.
Die DE 10 2013 206 397 A1 zeigt einen Energiespeicher mit einer Ein- und Auslassöffnung und einem elastischen Speicherteil, so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Energiespeicher das elastische Speicherteil elastisch verformbar ist und das Speicherteil einen im Volumen variablen Arbeitsraum einschließt.
Die DE 10 2010 062 696 A1 zeigt eine Hydrospeichereinrichtung in der Bauart eines Membranspeichers mit einer Membran, die ein Pneumatikvolumen von einem Hydraulikvolumen abtrennt. Die Membran ist zwischen zwei Haltekörpern eingespannt, die jeweils mehrere Vertiefungen aufweisen und zwischen denen die Membran eingespannt ist, um mehrere hydropneumatische Membranspeicher darzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Speicheranordnung, insbesondere für ein hydraulisches Hybridsystem, zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, umfassend: einen Hochdruckspeicher als einen hydropneumatischer Speicher zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Hochdruckspeicher umfassend einen Gasraum zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum, einen Hydraulikraum zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes von dem Hydraulikraum, ein Hochdruckgehäuse zur Begrenzung des Gasraumes und des Hydraulikraumes, einen Niederdruckspeicher als einen hydropneumatischer Speicher zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Niederdruckspeicher umfassend einen Gasraum zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum, einen Hydraulikraum zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes von dem Hydraulikraum, ein Niederdruckgehäuse zur Begrenzung des Gasraumes und des Hydraulikraumes, wobei der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher als eine gemeinsame Baueinheit ausgebildet sind. Der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher bilden eine gemeinsame Baueinheit, so dass dadurch in vorteilhafter Weise die Speicheranordnung kompakt aufgebaut ist und wenig Bauraum benötigt bei einer Anordnung der Speicheranordnung in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges.
Insbesondere sind der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher fest und/oder unbeweglich relativ zueinander miteinander verbunden. Der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher sind fest miteinander verbunden, beispielsweise dadurch, dass der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher eine Wandung, insbesondere Gehäuseseitenwandung, aufweisen, welche sowohl eine Wandung für das Hochdruckgehäuse und eine Wandung für das Niederdruckgehäuse bildet und/oder eine Wandung, insbesondere Gehäuseseitenwandung, des Hoch- und Niederdruckspeichers aufeinander liegen und/oder der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher durch ein Verbindungsteil miteinander fest verbunden sind. Die Speicheranordnung mit dem Hochdruckspeicher und dem Niederdruckspeicher weist dadurch eine fest vorgegebene Bauform auf und kann dadurch gut in vorhandene Bauräume an einem Motorraum des Kraftfahrzeuges angeordnet und befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Hochdruckspeicher von dem Niederdruckspeicher eingeschlossen oder umgekehrt und/oder der Hochdruckspeicher und der Niederdruckspeicher sind wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, koaxial und/oder konzentrisch zueinander ausgebildet. Ist der Hochdruckspeicher von dem Niederdruckspeicher eingeschlossen, kann bei einer Leckage bei dem Hochdruckspeicher die Hydraulikflüssigkeit zunächst nicht in die Umgebung entweichen, sondern wird von dem Niederdruckspeicher aufgenommen und zurückgehalten, so dass dadurch eine Leckage an dem Hochdruckspeicher im Wesentlichen in vorteilhafter Weise vermieden werden kann.
In einer ergänzenden Ausführungsform steht das Hochdruckgehäuse in Kontakt und/oder in Verbindung mit dem Niederdruckgehäuse, insbesondere in einem Querschnitt der Speicheranordnung, und/oder das Hochdruckgehäuse ist wenigstens teilweise von einer Schicht aus faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einer Schicht aus CFK oder KFK, gebildet.
Vorzugsweise ist das Hochdruckgehäuse und das Niederdruckgehäuse zwischen dem Gasraum und/oder Hydraulikraum des Hochdruckspeichers und dem Gasraum und/oder Hydraulikraum des Niederdruckspeichers von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäuseseitenwandung oder von zwei getrennten Gehäuseseitenwandungen, insbesondere von einer Schicht aus faserverstärkten Kunststoff und einer Wandung einer Hülse, gebildet. Die identische Gehäuseseitenwandung wird somit sowohl für das Hochdruckgehäuse als auch das Niederdruckgehäuse eingesetzt, so dass dadurch der Materialbedarf für die Gehäuseseitenwandung an dem Hochdruckgehäuse und dem Niederdruckgehäuse reduziert ist und dadurch die Speicheranordnung in vorteilhafter Weise eine geringere Masse bzw. ein geringeres Gewicht aufweist und in der Herstellung aufgrund des geringeren Materialbedarfes für die Gehäuseseitenwandung preiswerter ist.
In einer Variante ist ein Querschnitt durch die Speicheranordnung ein Schnitt durch die Speicheranordnung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Trennelementes, insbesondere senkrecht zu einer Hauptbewegungsrichtung des Trennelementes an einer zentrischen Längsachse des, vorzugsweis inneren, Gas- oder Hydraulikraumes und/oder die Gehäuseseitenwandung des Niederdruckspeichers von einer Hülse gebildet ist.
Zweckmäßig ist in einem Querschnitt der Speicheranordnung eine Außenseite des Hochdruckspeichers zu wenigstens 50 %, 70 % oder 90 %, insbesondere vollständig, von dem Niederdruckspeicher umschlossen bei einem Hochdruckspeicher, welcher von dem Niederdruckspeicher eingeschlossen ist oder in einem Querschnitt der Speicheranordnung ist eine Außenseite des Niederdruckspeichers zu wenigstens 50 %, 70 % oder 90 %, insbesondere vollständig, von dem Hochdruckspeicher umschlossen bei einem Niederdruckspeicher, welcher von dem Hochdruckspeicher eingeschlossen ist und/oder die Gehäuseseitenwandung des Hochdruckspeichers und die Gehäuseseitenwandung des Niederdruckspeichers aus einem unterschiedlichen Material ausgebildet sind, insbesondere die Gehäuseseitenwandung des Hochdruckspeichers aus faserverstärkten Kunststoff und die Gehäuseseitenwandung des Niederdruckspeichers aus Metall und/oder Kunststoff ohne Faserverstärkung ausgebildet ist. Ist die Außenseite des Hochdruckspeichers in dem Querschnitt vollständig von dem Niederdruckspeicher umschlossen oder eingeschlossen, führt eine Leckage an der Außenseite in dem Querschnitt an dem Hochdruckspeicher nicht zu einer Leckage an der Speicheranordnung, da beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, welche an der Außenseite an dem Hochdruckspeicher austritt, nicht in die Umgebung der Speicheranordnung gelangt, sondern von dem Niederdruckspeicher zurückgehalten ist. Darüber hinaus ist dadurch die Speicheranordnung in der Bauform kompakt, da zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Niederdruckspeicher kein unnötiger freier Bauraum vorhanden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Niederdruckspeicher in einem Querschnitt der Speicheranordnung ringförmig um den Hochdruckspeicher angeordnet oder umgekehrt.
Insbesondere ist das Hochdruckgehäuse und/oder das Niederdruckgehäuse von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäusevorderwandung gebildet und/oder das Hochdruckgehäuse und/oder das Niederdruckgehäuse ist von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäusebodenwandung gebildet und/oder die Gehäusevorderwandung und/oder die Gehäusebodenwandung des Hochdruckspeichers von zwei getrennten Bauteilen gebildet sind, insbesondere eine Schicht aus faserverstärkten Kunststoff und einer Endkappe. Die identische Gehäusevorderwandung und/oder Gehäusebodenwandung für das Hochdruckgehäuse und das Niederdruckgehäuse hat den Vorteil, dass mit nur einer Gehäusebodenwandung und/oder nur einer Gehäusevorderwandung die entsprechende Wandung sowohl für das Hochdruckgehäuse als auch für das Niederdruckgehäuse zur Verfügung gestellt ist. Dadurch können die Kosten für die Herstellung der Speicheranordnung reduziert werden und die Speicheranordnung weist eine geringe Masse bzw. ein geringes Gewicht auf. Bei einer Ausbildung der Gehäusevorderwandung und/oder Gehäusebodenwandung des Hochdruckspeichers aus faserverstärkten Kunststoff ist im Allgemeinen aus konstruktiven Gründen ein weiteres Bauteil aus einem anderen Material als dem faserverstärkten Kunststoff notwendig, beispielsweise für die Ausbildung der Ein- und Auslassöffnung für das Gas und die Hydraulikflüssigkeit.
In einer weiteren Ausgestaltung an einer Gehäusevorderwandung und/oder einer Gehäusebodenwandung des Hochdruckgehäuses und/oder des Niederdruckgehäuses eine Ein- und Auslassöffnung für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikraum des Hochdruckspeichers ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikraum des Niederdruckspeichers ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung für das Gas in dem Gasraum des Hochdruckspeichers ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung für das Gas in dem Gasraum des Niederdruckspeichers ausgebildet ist.
In einer ergänzenden Variante ist der Hochdruckspeicher und/oder der Niederdruckspeicher als ein Blasenspeicher ausgebildet mit einer beweglichen Membran als Trennelement zwischen dem Gasraum und dem Hydraulikraum. Ein Blasenspeicher mit einer flexiblen elastischen Membran als bewegliches Trennelement ist in der Herstellung besonders einfach und preiswert und damit auch insbesondere für einen Niederdruckspeicher eines hydraulischen Hybridsystems geeignet.
In einer weiteren Variante ist der Hochdruckspeicher und/oder der Niederdruckspeicher als ein Kolbenspeicher ausgebildet mit einem beweglichen Kolben als Trennelement zwischen dem Gasraum und dem Hydraulikraum.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Speicheranordnung wenigstens ein Fixierungselement, vorzugsweise mehrere Fixierungselemente, insbesondere nur zwei Fixierungselemente, zur gemeinsamen Befestigung des Hochdruck- und Niederdruckspeichers der Speicheranordnung, vorzugsweise an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Das Fixierungselement ist beispielsweise als ein Flansch oder eine Lasche ausgebildet, welche vorzugsweise an einer Wandung des Niederdruckgehäuses befestigt ist und an einem anderen Endbereich des Fixierungselementes ist ein Fixierungsmittel, z. B. eine Bohrung für eine Schraube oder einen Bolzen, ausgebildet zur Fixierung oder Befestigung an der Karosserie des Kraftfahrzeuges.
Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, eine Speicheranordnung mit einem Hochdruckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie und einem Niederdruckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei die Speicheranordnung des hydraulische Hybridsystems als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Speicheranordnung ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe zu einem hydraulischen Getriebe miteinander verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe von je einer Schrägscheibenmaschine gebildet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das hydraulische Hybridsystem einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem hydraulischen Getriebe.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das hydraulische Hybridsystem einen mechanischen Antriebsteilstrang mit einem mechanischen Getriebe zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor zu wenigstens einem Antriebsrad.
Zweckmäßig sind der hydraulische Antriebsteilstrang und der mechanische Antriebsteilstrang mit einem ersten Leistungsverzweigungsgetriebe mit dem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt.
Zweckmäßig sind der hydraulische Antriebsteilstrang und der mechanische Antriebsteilstrang mit einem zweiten Leistungsverzweigungsgetriebe mit dem Differentialgetriebe mechanisch gekoppelt.
In einer ergänzenden Variante ist die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors ausschließlich mit dem hydraulischen Antriebsteilstrang auf das wenigstens eine Antriebsrad übertragbar und/oder die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors ist ausschließlich mit dem mechanischen Antriebsteilstrang auf das wenigstens eine Antriebsrad übertragbar und/oder die Antriebsenergie des Verbrennungsmotors ist simultan mit dem mechanischen und hydraulischen Antriebsteilstrang auf das wenigstens eine Antriebsrad übertragbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt einer Speicheranordnung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt A-A gemäß 1 der Speicheranordnung in dem ersten Ausführungsbeispiel
3 einen Längsschnitt der Speicheranordnung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 einen Querschnitt B-B gemäß 3 der Speicheranordnung in dem zweiten Ausführungsbeispiel
5 einen Längsschnitt der Speicheranordnung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 einen Querschnitt C-C gemäß 5 der Speicheranordnung in dem dritten Ausführungsbeispiel und
7 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Speicheranordnung 1 mit zwei hydropneumatischen Speichern 7, nämlich einem Hochdruckspeicher 44 und einem Niederdruckspeicher 45, dargestellt. Der Hochdruck- und Niederdruckspeicher 44, 45 je als ein Kolbenspeicher 10 bilden die Speicheranordnung 1 und werden dazu verwendet, um in einem hydraulischen Hybridsystem 20 (7) in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug hydraulische Energie von einer hydraulischen Pumpe 24 zu speichern und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt die gespeicherte hydraulische Energie in einem hydraulischen Motor 23 in mechanische Energie umzuwandeln und dadurch das nicht dargestellte Kraftfahrzeug anzutreiben.
Der Hochdruckspeicher 44 umfasst ein Hochdruckgehäuse 8 und der Niederdruckspeicher 45 umfasst ein Niederdruckgehäuse 9 jeweils aus Stahl und innerhalb des Hochdruck- und Niederdruckgehäuses 8, 9 aus Stahl als einen Zylinder 5 ist je ein Kolben 6 als ein bewegliches Trennelement 4 beweglich gelagert. Der Kolben 6 trennt fluiddicht einen Hydraulikraum 2 von einem Gasraum 3 ab. Der Gasraum 3 ist unter anderem von einer Gehäusevorderwandung 32 begrenzt und der Hydraulikraum 2 unter anderem von einer Gehäusebodenwandung 33 begrenzt.
Der Hochdruckspeicher 44 weist eine zentrische Längsachse 30 auf und eine Hauptbewegungsrichtung 19 des Kolbens 6 des Hochdruckspeichers 44 ist in dem Kolben 6 dort vorhanden, wo der Kolben 6 von der Längsachse 30 geschnitten ist. Eine Bewegungsrichtung 18 des Kolbens 6 weist einen Abstand in einer radialen Richtung 16 senkrecht zu der Längsachse 30 zu der Hauptbewegungsrichtung 19 auf. Eine axiale Richtung 15 der Speicheranordnung 1 ist parallel zu der Längsachse 30. Der Niederdruckspeicher 45 ist ringförmig um den Hochdruckspeicher 44 angeordnet (1 und 2), so dass der Niederdruckspeicher 45 und der Hochdruckspeicher 44 koaxial und konzentrisch zueinander ausgerichtet sind, so dass die Längsachse 30 als zentrische Längsachse sowohl eine zentrische Längsachse des Hochdruckspeichers 44 als auch des Niederdruckspeichers 45 bildet.
Die Gehäusevorderwandung 32 und die Gehäusebodenwandung 33 begrenzen den Hydraulikraum 2 bzw. den Gasraum 3 jeweils in der axialen Richtung 15 des Hoch- und Niederdruckspeichers 44, 45. Zur radialen Begrenzung des Hydraulikraumes 2 und des Gasraumes 3 weist der Hochdruckspeicher 44 und der Niederdruckspeicher 45 eine Gehäuseseitenwandung 17 auf. Die Gehäuseseitenwandung 17 des Hochdruckspeichers 44 als äußere Gehäuseseitenwandung 17 des Hochdruckspeichers 44 bildet zugleich eine innere Gehäuseseitenwandung 17 des Niederdruckspeichers 45. Eine radiale Außenseite 31 des Hochdruckspeichers 44 begrenzt somit auch die radiale Innenseite des Niederdruckspeichers 45. An der radial äußersten Gehäuseseitenwandung 17 des Niederdruckspeichers 45 sind zwei Fixierungselemente 12 als L-förmige Flansche befestigt. Die Fixierungselemente 12 weisen jeweils Bohrungen 13 als Fixierungsmittel am Endbereich der Fixierungselemente 12 auf und in den Bohrungen 13 können beispielsweise Schrauben oder Bolzen angeordnet werden durch Fixierung der Speicheranorndung 1 an einer nicht dargestellten Karosserie eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges.
In der Gehäusebodenwandung 33 ist eine Ein- und Auslassöffnung 34 für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hochdruckspeicher 44 ausgebildet und eine Ein- und Auslassöffnung 35 für die Hydraulikflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher 45. In analoger Weise ist an der Gehäusevorderwandung 32 eine Ein- und Auslassöffnung 36 für das Gas in dem Gasraum 3 des Hochdruckspeichers 45 ausgebildet und eine Ein- und Auslassöffnung 37 für das Gas in dem Gasraum 3 des Niederdruckspeichers 45. An den Ein- und Auslassöffnungen 34, 35, 36 und 37 sind jeweils Anschlussstutzen ausgebildet. Die Anschlussstutzen an den beiden Hydraulikräumen sind jeweils mit einer Hochdruck-Hydraulikleitung 40 und einer Niederdruck-Hydraulikleitung 41 verbunden. Die Anschlussstutzen an den beiden Gasräumen 3 sind von einem Verschluss 43 verschlossen und dienen zum Befüllen der beiden Gasräume 3 bei der Inbetriebnahme und Wartung. Die Hochdruck-Hydraulikleitung 40 und die Niederdruck-Hydraulikleitung 41 sind als zwei separate Schläuche ausgebildet. Abweichend hiervon können die Hochdruck-Hydraulikleitung 40 und die Niederdruck-Hydraulikleitung 41 als gemeinsam miteinander verbundene Schläuche ausgebildet sein (nicht dargestellt). Die Hochdruck-Hydraulikleitung 40 und die Niederdruck-Hydraulikleitung 41 bilden zwei Hydraulikleitungen 26 zur getrennten Verbindung der Speicheranordnung 1 mit dem hydraulischen Motor 23 und der hydraulischen Pumpe 24.
In 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Speicheranordnung 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Hochdruckspeicher 44 ist nicht als Kolbenspeicher 10, sondern ein Blasenspeicher 11 mit einer Membran 14 als dem Trennelement 4 ausgebildet. Der Hochdruckspeicher 44 ist an der Außenseite 31 nur teilweise von dem Niederdruckspeicher 45 eingeschlossen bzw. umgeben (4). Die Gehäuseseitenwandung 17 des inneren Hochdruckspeichers 44 bildet somit nur teilweise auch eine innere Gehäuseseitenwandung 17 des äußeren Niederdruckspeichers 45.
In 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Speicheranordnung 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Hochdruckgehäuse 8 umfasst eine Schicht 38 aus faserverstärkten Kunststoff als Verbundwerkstoff, beispielsweise KFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) oder CFK (carbonfaserverstärkten Kunststoff). Der Kunststoff als Matrix ist beispielsweise duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff. Die Schicht 38 aus faserverstärkten Kunststoff bildet die Gehäuseseitenwandung 17, die Gehäusevorderwandung 32 und die Gehäusebodenwandung 33. Die Gehäuseseitenwandung 17 ist im Wesentlichen nur von der Schicht 38 aus faserverstärkten Kunststoff gebildet, weil eine Gleitschicht 46 innenseitig nur als Gleitbeschichtung für den Kolben 6 dient und im Wesentlichen keine statische Wirkung hat. Die Gehäusevorderwandung 32 und die Gehäusebodenwandung 33 sind zusätzlich innenseitig auch noch von zwei Endkappen 39 gebildet. Auf der Außenseite der Endkappen 39 aus Metall, vorzugsweise Stahl und/oder Aluminium, und/oder Kunststoff liegt die Schicht 38 auf. In einer Endkappe 39 ist die Ein- und Auslassöffnung 34 für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hochdruckspeicher 44 und in einer anderen Endkappe 39 ist die Ein- und Auslassöffnung 36 für das Gas in dem Hochdruckspeicher 44 ausgebildet. Ringförmige Dichtungen 49 innerhalb von Nuten an den Endkappen 39 dichten die Kontaktfläche zwischen den Endkappen 39 und der Schicht 38 ab. Auf der Außenseite 31 der Gehäuseseitenwandung 17 aus der Schicht 38 des Hochdruckspeichers 44 ist eine Hülse 47 als die Gehäuseseitenwandung 17 des Niederdruckspeichers 45 mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere Klebeverbindung, befestigt. Die Hülse 47 aus Metall, vorzugsweise Stahl und/oder Aluminium, und/oder Kunststoff ist im Querschnitt ringförmig ausgebildet. Die Hülse 47 ist innenseitig mit der Gleitschicht 46 versehen für den Kolben 6 des Niederdruckspeichers 45. Optional kann auf die Gleitschicht 46 verzichtet werden, beispielsweise bei einer Ausbildung der Hülse 47 aus Metall. An den beiden axialen Endseiten der Hülse 47 ist jeweils eine ringförmige Endkappe 48 des Niederdruckspeichers 45 mit einer Pressverbindung befestigt.
Die Endkappe 48 ist aus Metall, beispielsweise Stahl und/oder Aluminium, und/oder Kunststoff ausgebildet. In einer Endkappe 48 ist die Ein- und Auslassöffnung 35 für die Hydraulikflüssigkeit des Niederdruckspeichers 45 ausgebildet und in der anderen Endkappe 48 ist die Ein- und Auslassöffnung 37 für das Gas des Niederdruckspeichers 45 ausgebildet. Die Endkappen 48 sind mit Dichtungen 49 fluiddicht an der Hülse 47 bzw. der Außenseite 31 des Hochdruckspeichers 44 befestigt. Der Hochdruckspeicher 44 muss die hohe Druckkräfte des Gases und der Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck im Bereich von bis zu 400 bar aufnehmen können. Aufgrund der Verwendung von faserverstärkten Kunststoff weist der Hochdruckspeicher 44 und damit die Speicheranordnung 1 ein wesentlich geringeres Gewicht auf im Vergleich zu einem Hochdruckspeicher 44, der ausschließlich aus Metall, beispielsweise Stahl, ausgebildet ist, weil der faserverstärke Kunststoff eine höhere gewichtsspezifische Festigkeit aufweist als Metall, insbesondere Stahl.
In 7 ist ein hydraulisches Hybridsystem 20 dargestellt. Das hydraulische Hybridsystem 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21 und zwei Wellen 22. Mit dem Verbrennungsmotor 21 und der Welle 22 wird die hydraulische Pumpe 24 angetrieben und dadurch Hydraulikflüssigkeit von der hydraulischen Pumpe 24 zu dem hydraulischen Motor 23 gefördert und umgekehrt. Der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 sind dabei jeweils als Schrägscheibenmaschinen 25 ausgebildet, so dass beide Schrägscheibenmaschinen 25 ein hydraulisches Getriebe bilden. Dadurch kann mittels der Hydraulikleitungen 26, welche den hydraulischen Motor 23 mit der hydraulischen Pumpe 24 jeweils fluidleitend verbinden, die Welle 22 an dem hydraulischen Motor 23 angetrieben und von der Welle 22 wird ein Differentialgetriebe 27 angetrieben. Mit dem Differentialgetriebe 27 sind zwei Radwellen 29 sowie jeweils ein Antriebsrad 28 an den Radwellen 29 verbunden. Dadurch können Antriebsräder 28 des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem hydraulischen Motor 23 und der hydraulischen Pumpe 24 angetrieben werden. Aufgrund der Ausbildung des hydraulischen Motors 23 und der hydraulischen Pumpe 24 als Schrägscheibenmaschine 25 dient der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 auch als stufenloses hydraulisches Getriebe. Zweckmäßig weist das hydraulische Hybridsystem 20 auch einen mechanischen Antriebsteilstrang mit einem mechanischen Getriebe auf zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor 21 zu den beiden Antriebsrädern 28 (nicht dargestellt).
Bei einem Betrieb der hydraulischen Pumpe 24 kann ein Teil der Hydraulikflüssigkeit nicht zu dem hydraulischen Motor 23, sondern durch Hydraulikleitungen 26 als Hochdruck-Hydraulikleitung 40 und Niederdruck-Hydraulikleitung 41 und Hydraulikventile 42 von einem Niederdruckspeicher 45 als Blasenspeicher 11 zu dem Kolbenspeicher 10 als Hochdruckspeicher 44 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in den Hochdruckspeicher 44 gespeichert werden. Ferner kann in einem Rekuperationsbetrieb der hydraulische Motor 23 auch als hydraulische Pumpe 24 betrieben werden um dadurch in einem Rekuperationsbetrieb kinetische Energie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 45 und durch den hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Hochdruckspeicher 44 gespeichert werden, weil die hydraulische Pumpe 24 von der Welle 22 und damit den Antriebsrädern 28 angetrieben ist. Durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter einem höheren Druck von dem Hochdruckspeicher 44, durch den hydraulischen Motor 23 und zu dem Niederdruckspeicher 16 kann das Kraftfahrzeug hydraulisch angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Speicheranordnung 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Hochdruckspeicher 44 und der Niederdruckspeicher 45 weisen eine gemeinsam verwendete Gehäuseseitenwandung 17 auf, so dass der Hochdruckspeicher 44 und der Niederdruckspeicher 45 fest miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Baueinheit bilden. Bei einer Leckage, insbesondere von Hydraulikflüssigkeit an dem Hydraulikraum 2 des Hochdruckspeichers 44, kann bei einer Leckage an der Gehäuseseitenwandung 17 des Hochdruckspeichers 44 die Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 45 zurückgehalten werden. Bei der Montage der Speicheranordnung 1 ist es nicht mehr in vorteilhafter Weise erforderlich separat und getrennt jeweils den Hochdruckspeicher 44 und den Niederdruckspeicher 45 an der Karosserie des Kraftfahrzeuges zu befestigen, sondern durch die Fixierung der nur einen Speicheranordnung 1 als einer Baueinheit können die beiden hydropneumatischen Speicher 7 fixiert werden. Die Hoch- und Niederdruck-Hydraulikleitung 40, 41 ist vorzugsweise als ein Kombischlauch (nicht dargestellt) ausgebildet, so dass dadurch die Verbindung der Hydraulikräume 2 des Hoch- und Niederdruckspeichers 44, 45 zu den Schrägscheibenmaschinen 25 besonders einfach ausgeführt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10230743 A1 [0005]
DE 102013206397 A1 [0006]
DE 102010062696 A1 [0007]

Claims

Speicheranordnung (1), insbesondere für ein hydraulisches Hybridsystem (20), zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, umfassend: – einen Hochdruckspeicher (44) als einen hydropneumatischer Speicher (7) zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Hochdruckspeicher (44) umfassend einen Gasraum (3) zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum (3), einen Hydraulikraum (2) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement (4) zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum (3) und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes (3) von dem Hydraulikraum, ein Hochdruckgehäuse (8) zur Begrenzung des Gasraumes (3) und des Hydraulikraumes (2), – einen Niederdruckspeicher (45) als einen hydropneumatischer Speicher (7) zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, der Niederdruckspeicher (45) umfassend einen Gasraum (3) zur Aufnahme des zu komprimierenden Gases in dem Gasraum (3), einen Hydraulikraum (2) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit, ein bewegliches Trennelement (4) zur Komprimierung und Expansion des Gases in dem Gasraum (3) und zur fluiddichten Abdichtung des Gasraumes (3) von dem Hydraulikraum (2), ein Niederdruckgehäuse (9) zur Begrenzung des Gasraumes (3) und des Hydraulikraumes (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (44) und der Niederdruckspeicher (45) als eine gemeinsame Baueinheit (1) ausgebildet sind.
Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (44) und der Niederdruckspeicher (45) fest und/oder unbeweglich relativ zueinander miteinander verbunden sind.
Speicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (44) von dem Niederdruckspeicher (45) eingeschlossen ist oder umgekehrt und/oder der Hochdruckspeicher (44) und der Niederdruckspeicher (45) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, koaxial und/oder konzentrisch zueinander ausgebildet sind.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckgehäuse (8) in Kontakt und/oder in Verbindung steht mit dem Niederdruckgehäuse (9), insbesondere in einem Querschnitt der Speicheranordnung (1), und/oder das Hochdruckgehäuse (8) wenigstens teilweise von einer Schicht (38) aus faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einer Schicht (38) aus CFK oder KFK, gebildet ist.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckgehäuse (8) und das Niederdruckgehäuse (9) zwischen dem Gasraum (3) und/oder Hydraulikraum (2) des Hochdruckspeichers (44) und dem Gasraum (3) und/oder Hydraulikraum (2) des Niederdruckspeichers (45) von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäuseseitenwandung (17) oder von zwei getrennten Gehäuseseitenwandungen (17), insbesondere von einer Schicht (38) aus faserverstärkten Kunststoff und einer Wandung einer Hülse (47), gebildet ist.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt durch die Speicheranordnung (1) ein Schnitt durch die Speicheranordnung (1) senkrecht zu einer Bewegungsrichtung (18) des Trennelementes (4), insbesondere senkrecht zu einer Hauptbewegungsrichtung (19) des Trennelementes (4) an einer zentrischen Längsachse (30) des, vorzugsweise inneren, Gas- oder Hydraulikraumes (2, 3), ist und/oder die Gehäuseseitenwandung (17) des Niederdruckspeichers (45) von einer Hülse (47) gebildet ist.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt der Speicheranordnung (1) eine Außenseite (31) des Hochdruckspeichers (44) zu wenigstens 50%, 70% oder 90%, insbesondere vollständig, von dem Niederdruckspeicher (45) umschlossen ist bei einem Hochdruckspeicher (44), welcher von dem Niederdruckspeicher (45) eingeschlossen ist und/oder die Gehäuseseitenwandung (17) des Hochdruckspeichers (44) und die Gehäuseseitenwandung (17) des Niederdruckspeichers (45) aus einem unterschiedlichen Material ausgebildet sind, insbesondere die Gehäuseseitenwandung (17) des Hochdruckspeichers (44) aus faserverstärkten Kunststoff und die Gehäuseseitenwandung (17) des Niederdruckspeichers (45) aus Metall und/oder Kunststoff ohne Faserverstärkung ausgebildet ist.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckspeicher (45) in einem Querschnitt der Speicheranordnung (1) ringförmig um den Hochdruckspeicher (44) angeordnet ist oder umgekehrt.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckgehäuse (8) und/oder das Niederdruckgehäuse (9) von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäusevorderwandung (32) gebildet ist und/oder das Hochdruckgehäuse (8) und/oder das Niederdruckgehäuse (9) von einer, insbesondere nur einen, identischen Gehäusebodenwandung (33) gebildet ist und/oder die Gehäusevorderwandung (32) und/oder die Gehäusebodenwandung (33) des Hochdruckspeichers (44) von zwei getrennten Bauteilen gebildet sind, insbesondere eine Schicht (38) aus faserverstärkten Kunststoff und einer Endkappe (39).
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Gehäusevorderwandung (32) und/oder einer Gehäusebodenwandung (33) des Hochdruckgehäuses (8) und/oder des Niederdruckgehäuses (9) eine Ein- und Auslassöffnung (34) für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikraum (2) des Hochdruckspeichers (44) ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung (35) für die Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikraum (2) des Niederdruckspeichers (45) ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung (36) für das Gas in dem Gasraum (3) des Hochdruckspeichers (44) ausgebildet ist und/oder eine Ein- und Auslassöffnung (37) für das Gas in dem Gasraum (3) des Niederdruckspeichers (9) ausgebildet ist.
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (44) und/oder der Niederdruckspeicher (45) als ein Blasenspeicher (11) ausgebildet ist mit einer beweglichen Membran (14) als Trennelement (4) zwischen dem Gasraum (3) und dem Hydraulikraum (2).
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (44) und/oder der Niederdruckspeicher (45) als ein Kolbenspeicher (10) ausgebildet ist mit einem beweglichen Kolben (6) als Trennelement (4) zwischen dem Gasraum (3) und dem Hydraulikraum (2).
Speicheranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicheranordnung (1) wenigstens ein Fixierungselement (12), vorzugsweise mehrere Fixierungselemente (12), insbesondere nur zwei Fixierungselemente (12), umfasst zur gemeinsamen Befestigung des Hochdruck- und Niederdruckspeichers (44, 45) der Speicheranordnung (1).
Hydraulisches Hybridsystem (20) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – einen hydraulischen Motor (23) zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, – eine hydraulische Pumpe (24) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, – eine Speicheranordnung (1) mit einem Hochdruckspeicher (44) zur Speicherung von hydraulischer Energie und einem Niederdruckspeicher (45) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicheranordnung (1) des hydraulische Hybridsystems (20) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.