DE102010018885A1

DE102010018885A1 - Doppelkolbenspeicher

Info

Publication number: DE102010018885A1
Application number: DE102010018885A
Authority: DE
Inventors: Herbert Baltes; Walter Dorr; Peter Kloft
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-03
Also published as: US8746287B2; EP2564070A1; WO2011134646A1; EP2564070B1; US20130068333A1

Abstract

Doppelkolbenspeicher, der insbesondere in einem hydrostatischen Hybrid-Antriebssystem für Fahrzeuge als Ersatz für einen Hochdruck-Hydrospeicher und einen Niederdruck-Hydrospeicher vorgesehen ist, wobei innerhalb eines einzigen Speichergehäuses (2), das sich in Axialrichtung einteilig über einen Hochdruckteil (4) und einen Niederdruckteil (6) erstreckt, je ein Speicherkolben (8, 10) einen hochdruckseitigen Fluidraum (16) und einen niederdruckseitigen Fluidraum (18) begrenzen, die beide an ein die Hochdruckseite (4) von der Niederdruckseite (6) trennendes Zwischenstück (12) angrenzen, durch das sich die für beide Speicherkolben (8, 10) gemeinsame Kolbenstange (14) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelkolbenspeicher, der insbesondere in einem hydrostatischen Hybrid-Antriebssystem für Fahrzeuge als Ersatz für einen Hochdruck-Hydrospeicher und einen Niederdruck-Hydrospeicher vorgesehen ist.
Im Hinblick auf die Verknappung der Ressourcen und die zunehmende CO₂-Belastung der Umwelt kommen in der Fahrzeugtechnik zunehmend hybride Antriebssysteme zur Anwendung, mit denen bei Bremsvorgängen gewonnene Energie gespeichert und aus der gespeicherten Energie Antriebsenergie wieder gewonnen wird, um das Fahrzeug für den Fahrbetrieb und insbesondere für Beschleunigungsvorgänge zu unterstützen. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, für vergleichbare Fahrleistungen die Antriebsleistung des als Primärantrieb dienenden Verbrennungsmotors herabzusetzen. Ein derartiges „downsizing” führt nicht nur zu einer Verbrauchssenkung, sondern eröffnet auch die Möglichkeit betreffende Fahrzeuge einer einer niedrigeren Leistungsklasse entsprechenden günstigeren Schadstoffklasse zuzuordnen.
Diese Ziele lassen sich nicht nur durch elektromotorische Hybride erreichen, sondern es können wegen der hohen Energiedichte hydraulischer Systeme auch hydrostatische Hybridsysteme zum Einsatz kommen. Ein derartiges hydrostatisches Antriebssystem mit Rückgewinnung von Bremsenergie ist beispielsweise in dem Dokument DE 10 2005 060 994 A1 aufgezeigt.
Das Betriebsverhalten eines derartigen hydrostatischen Hybridsystems lässt sich optimieren, indem anstelle eines Hochdruck-Hydrospeichers und eines gesonderten Niederdruck-Hydrospeichers ein Doppelkolbenspeicher zum Einsatz kommt. Im Vergleich zur Benutzung getrennter Speicher ist dadurch eine kompaktere Bauweise möglich. Neben der Kompaktheit ist für Systeme, die in Fahrzeuge eingebaut sind, jedoch ein möglichst geringes Baugewicht anzustreben.
Im Hinblick hierauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Doppelkolbenspeicher zur Verfügung zu stellen, der sich neben einem kompakten Aufbau auch durch ein besonders geringes Baugewicht auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Doppelkolbenspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Dadurch, dass sich erfindungsgemäß das Speichergehäuse über Hochdruckteil und Niederdruckteil des Speichers einteilig erstreckt, sind sowohl größtmögliche Kompaktheit als auch eine äußerst leichtgewichtige Bauweise realisierbar.
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Speichergehäuse ein einstückiges Bauteil ist, das einen absatzlos vom Hochdruckteil zum Niederdruckteil durchgehenden Innenzylinder bildet, in dem beide, den gleichen Kolbendurchmesser aufweisende Speicherkolben geführt sind. Ein derartiges Bauteil mit absatzlos durchgehendem Innenzylinder lässt sich besonders gewichtssparend als Tiefziehteil oder Steckdrückteil herstellen.
Ein besonders geringes Baugewicht ist erreichbar, wenn die Wandstärke des Gehäuses am Ende des Hochdruckteiles auf eine geringere Wandstärke des Niederdruckteiles verringert ist. Dadurch ist der Gehäusewerkstoff optimal genutzt, indem im Hochdruckteil die Wandstärke dem der Hochdruckseite entsprechenden Druckniveau angepasst ist, während die Wandstärke im Niederdruckteil dem dort herrschenden niedrigen Druckniveau entsprechend merklich geringer ist.
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Zwischenstück am Endbereich des die größere Wandstärke aufweisenden Abschnittes des Innenzylinders befestigt ist. Durch die Verbindung des Zwischenstückes mit dem noch die größere Wandstärke aufweisenden Gehäuseabschnitt ist eine strukturfeste Lagesicherung des Zwischenstückes sichergestellt.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Zwischenstück ein Ringkörper mit einer radial außenliegenden Zylinderfläche, die unter Bildung einer Abdichtung an der Innenfläche des Innenzylinders anliegt und an mindestens einer Befestigungsstelle mit dieser verbunden ist.
Diesbezüglich kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Zylinderfläche des Zwischenstückes mindestens eines Vertiefung, vorzugweise Ringnut, aufweist, in die eine in die Gehäusewand eingeformte Einkerbung eingreift. Die Lagesicherung des Zwischenstückes ist dadurch mit geringem Herstellungsaufwand durchführbar.
Alternativ kann für die Lagesicherung des Zwischenstückes in der Zylinderfläche des Zwischenstückes mindestens eine Radialbohrung vorgesehen sein, in die ein Befestigungsbolzen oder eine Befestigungsschraube eingreift, die von der Außenseite des Speichergehäuses her eingesetzt oder eingeschraubt ist.
Weiterhin kann die Anordnung so getroffen sein, dass in der Wand des Innenzylinders und in der Zylinderfläche des Zwischenstückes miteinander fluchtende Vertiefungen für den Eingriff eines Einlegeringes vorgesehen sind.
Bei derartigen Ausführungsbeispielen kann der Ringkörper des Zwischenstückes aus zwei miteinander verschraubten Ringkörperteilen gebildet sein, die je ein Teil der am Innenzylinder anliegenden Zylinderfläche bilden, wobei die Vertiefung in der Zylinderfläche des einen Ringkörperteiles zum anderen Ringkörperteil hin offen ausgebildet ist und durch diesen anderen Ringkörperteil verschließbar ist. Bei dieser Bauweise kann bei der Montage so vorgegangen werden, dass das Einlegeteil am einen Ringkörperteil in Stellung gebracht wird, bevor das Zwischenstück durch den zweiten Ringkörperteil vervollständigt wird.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 einen gegenüber einer praktischen Ausführungsform etwa um den Faktor 4 verkleinert dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des Doppelkolbenspeichers, wobei die Kolbenstellungen dem entladenen Zustand der Hochdruckseite entsprechen;
2 eine der 1 entsprechende Darstellung, jedoch um 90° um die Längsachse gedreht und mit Kolbenstellungen, die dem größten Volumen des Fluidraumes der Hochdruckseite entsprechen, und
3 bis 7 vergrößert dargestellte Teilausschnitte des in 2 mit A bezeichneten Bezirks.
Die 1 und 2 zeigen einen Doppelkolbenspeicher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Speichergehäuse mit 2 bezeichnet ist. Das Speichergehäuse 2 bildet einen Innenzylinder, der von einer Hochdruckseite 4 absatzlos, d. h. mit gleichbleibendem Innendurchmesser, bis zu einer Niederdruckseite 6 einteilig durchgehend ausgebildet ist, wobei in dem Innenzylinder ein hochdruckseitiger Speicherkolben 8 und ein niederdruckseitiger Speicherkolben 10 axial verschiebbar geführt sind. Hochdruckseite 4 und Niederdruckseite 6 sind durch ein im Innenzylinder fixiertes Zwischenstück 12 fluiddicht voneinander getrennt. Durch das Zwischenstück 12 erstreckt sich mit fluiddichter Führung eine Kolbenstange 14, die mit beiden Speicherkolben 8, 10 verbunden ist. Die 1 zeigt Kolbenstellungen, bei denen ein zwischen Speicherkolben 8 und Zwischenstück 12 befindlicher, hochdruckseitiger Fluidraum 16 sein kleinstes Volumen besitzt, während ein zwischen Speicherkolben 10 und Zwischenstück 12 befindlicher, niederdruckseitiger Fluidraum 18 sein größtes Volumen besitzt. Die Darstellung von 1 entspricht somit dem vollständig entladenen Zustand. Demgegenüber zeigt 2 Kolbenstellungen, die dem geladenen Zustand entsprechen, wobei der niederdruckseitige Fluidraum 18 das kleinste Volumen und der hochdruckseitige Fluidraum 16 das größte Volumen besitzen, der Speicher somit gegen das die Gasseite 20 bildende Ende 22 des Speichergehäuses 2 verschoben ist. Dieses Ende 22 ist bis auf einen Anschluss 24 für Arbeitsgas (vorzugsweise N₂) geschlossen, während das niederdruckseitige Ende des Speichergehäuses 2 zur Atmosphäre offen ist.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist das Speichergehäuse 2 ein einstückiges Bauteil, das beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren hergestellt ist. Dabei ist die Wandstärke über den Längenabschnitt der Hochdruckseite 4 an das hochdruckseitige Druckniveau angepasst und geht am Ende der Hochdruckseite 4 in eine dem demgegenüber weit geringeren Druckniveau der Niederdruckseite 6 angepasste verringerte Wandstärke über. Das Zwischenstück 12 ist am betreffenden Endbereich der Hochdruckseite 4 an der Innenwand des Innenzylinders festgelegt, also am Ende des noch die größere Wandstärke aufweisenden Bereiches des Speichergehäuses 2.
Bei der in 1 gezeigten Drehstellung des Speichergehäuses 2 ist eine am Zwischenstück 12 radial außenliegende Öffnung 26 sichtbar, die einen Fluidweg zum hochdruckseitigen Fluidraum 16 bildet und darüber hinaus einen weiteren Zweck erfüllt, auf den in Verbindung mit 6 und 7 unten noch eingegangen wird. Im Zwischenstück 12 befindet sich außerdem ein zum niederdruckseitigen Fluidraum 18 führender Fluidweg, der bei den in 1 und 2 gezeigten Drehstellungen des Gehäuses 2 nicht sichtbar ist.
Anhand der 3 bis 7 sind mehrere Ausführungsbeispiele der Lagefixierung des Zwischenstückes 12 erläutert. Das Zwischenstück 12 bildet im großen Ganzen einen Ringkörper mit einer radial außenliegenden Zylinderfläche 30, die an der Innenfläche des Gehäuses 2 anliegt und demgegenüber über Dichtungen 32 abgedichtet ist. Es versteht sich, dass die Speicherkolben 8, 10 ebenfalls über Kolbendichtungen 34 am Innenzylinder abgedichtet sind. Wie 3 zeigt, ist in der Zylinderfläche 30 des Zwischenstückes 12 eine Vertiefung 36 ausgebildet, in die eine in die Wand des Speichergehäuses 2 eingeformte Einkerbung 38 eingreift, um das Zwischenstück 12 zu fixieren.
Die 4 und 5 zeigen demgegenüber Ausführungsformen, bei denen in der Zylinderfläche 30 des Zwischenstückes 12 Radialbohrungen 40 vorgesehen sind, wobei in 4 eine Befestigungsschraube 42 und in 5 Befestigungsbolzen 44 in die Bohrung 40 eingreifen.
Die 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der in der Wand des Innenzylinders des Speichergehäuses 2 eine Vertiefung 46 ausgebildet ist, die mit einer in die Zylinderfläche 30 des Zwischenstückes 12 eingearbeiteten Vertiefung 48 fluchtet. Bei dieser Konfiguration kann die Lagefixierung des Zwischenstückes 12 mittels eines Einlegeringes 50 erfolgen. Dabei handelt es sich um einen Ring aus elastisch flexiblem Werkstoff mit ausreichender Festigkeit, wie zum Beispiel Federstahl, der geschlitzt, d. h. nicht geschlossen ist, so dass er über die in 1 mit 26 bezeichnete Öffnung in den Ringraum einschiebbar ist, der durch die fluchtenden Vertiefungen 46 und 48 gebildet ist.
Das Beispiel von 7 unterscheidet sich gegenüber dem Beispiel von 6 dadurch, dass der Ringkörper des Zwischenstückes 12 aus zwei Ringkörperteilen 28 und 29 zusammengesetzt ist, die durch eine Verschraubung 52 miteinander verbunden sind und gemeinsam die radial außenliegende Zylinderfläche 30 definieren. Wiederum ist für die Lagefixierung des Zwischenstückes 12 in den durch die Vertiefungen 46 und 48 gebildeten Raum ein Einlegering 50 eingesetzt, wobei jedoch die Vertiefung 48 im Ringkörperteil 28 so ausgebildet ist, dass sie zum anderen Ringkörperteil 29 hin offen ist und durch diesen Ringkörperteil 29 bei Verschrauben mit dem Ringkörperteil 28 geschlossen wird.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Lagesicherung des Zwischenstückes 12 beschränkt ist, sondern auch eine andere Befestigungstechnik benutzt werden kann, etwa Schweißen, Kleben oder dergleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005060994 A1 [0003]

Claims

Doppelkolbenspeicher, der insbesondere in einem hydrostatischen Hybrid-Antriebssystem für Fahrzeuge als Ersatz für einen Hochdruck-Hydrospeicher und einen Niederdruck-Hydrospeicher vorgesehen ist, wobei innerhalb eines einzigen Speichergehäuses (2), das sich in Axialrichtung einteilig über einen Hochdruckteil (4) und einen Niederdruckteil (6) erstreckt, je ein Speicherkolben (8, 10) einen hochdruckseitigen Fluidraum (16) und einen niederdruckseitigen Fluidraum (18) begrenzen, die beide an ein die Hochdruckseite (4) von der Niederdruckseite (6) trennendes Zwischenstück (12) angrenzen, durch das sich die für beide Speicherkolben (8, 10) gemeinsame Kolbenstange (14) erstreckt.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) ein einstückiges Bauteil ist, das einen absatzlos vom Hochdruckteil (4) zum Niederdruckteil (6) durchgehenden Innenzylinder bildet, in dem beide, den gleichen Kolbendurchmesser aufweisende Speicherkolben (8, 10) geführt sind.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Gehäuses (2) am Ende des Hochdruckteiles (4) auf eine geringere Wandstärke des Niederdruckteiles (6) verringert ist.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (12) am Endbereich des die größere Wandstärke aufweisenden Abschnittes des Innenzylinders befestigt ist.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (12) ein Ringkörper mit einer radial außen liegenden Zylinderfläche (30) ist, die unter Bildung einer Abdichtung (32) an der Innenfläche des Innenzylinders anliegt und an mindestens einer Befestigungsstelle mit dieser verbunden ist.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderfläche (30) des Zwischenstückes (12) mindestens eine Vertiefung (36), vorzugsweise Ringnut, aufweist, in die eine in die Gehäusewand eingeformte Einkerbung (38) eingreift.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderfläche (30) des Zwischenstückes (12) mindestens eine Radialbohrung aufweist, in die ein Befestigungsbolzen (44) oder eine Befestigungsschraube (42) eingreift.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des Innenzylinders und in der Zylinderfläche (30) des Zwischenstückes (12) miteinander fluchtende Vertiefungen (46, 48) für den Eingriff eines Einlegeringes (50) vorgesehen sind.
Doppelkolbenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper des Zwischenstückes (12) aus zwei miteinander verschraubten Ringkörperteilen (28, 29) gebildet ist, die je ein Teil der am Innenzylinder anliegenden Zylinderfläche (30) bilden, und dass die Vertiefung (48) in der Zylinderfläche (30) des einen Ringkörperteiles (28) zum anderen Ringkörperteil (29) hin offen ausgebildet ist und durch diesen anderen Ringkörperteil (29) verschließbar ist.