DE102013206397A1

DE102013206397A1 - Energiespeicher

Info

Publication number: DE102013206397A1
Application number: DE102013206397.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Vogt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Energiespeicher (1) zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils (2) aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend eine Ein- und Auslassöffnung (4, 5) zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil (2), so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Energiespeicher (1) das elastische Speicherteil (2) elastisch verformbar ist, wobei das wenigstens eine Speicherteil (2) einen im Volumen variablen Arbeitsraum (8) einschließt und das Hydraulikfluid in dem Arbeitsraum (8) angeordnet ist, so dass mittels eines Einleitens des Hydraulikfluides in den Arbeitsraum (8) bei einer Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes (8) das elastische Feststoffmaterial dehnbar ist und mittels eines Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Arbeitsraum (8) bei einer Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraumes (8) das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 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 Energiespeicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt kann mittels des Hydraulikfluides in dem Energiespeicher von dem hydraulischen Motor die hydraulische Energie in dem Energiespeicher in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Die Hydraulikflüssigkeit dient nur zur Druckübertragung zu dem und in dem Energiespeicher.
Als Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, d. h. eines Hydraulikfluides unter einem erhöhten Druck, sind beispielsweise Gasfederspeicher bekannt. Innerhalb eines Gehäuses ist ein Kolben angeordnet, und ein Gas wird von dem Hydraulikfluid, insbesondere der Hydraulikflüssigkeit bewegt, so dass dadurch der Druck in dem Gas erhöht wird und dadurch hydraulische Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden kann.
Die DE 10 2006 004 120 A1 zeigt einen Hydrospeicher, insbesondere Blasenspeicher, zur Aufnahme mindestens eines Fluidmediums mit einem Druckbehälter und einem ersten Kunststoffmantel und einem dem ersten Kunststoffmantel zumindest teilweise umfassenden zweiten Kunststoffmantel, wobei der erste Kunststoffmantel zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil aufweist, das eine Öffnung für ein Ventil für eine Ansteuerung der Medienzu- und -abfuhr umfasst und wobei das Kragenteil und der zweite Kunststoffmantel sich an einem dazwischen liegenden Außenstützring abstützen, der sich in Richtung einer Spaltöffnung zwischen den genannten Mänteln keilartig verjüngt.
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.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßer Energiespeicher zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend eine Ein- und Auslassöffnung zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil, so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Energiespeicher das elastische Speicherteil elastisch verformbar ist, wobei das wenigstens eine Speicherteil einen im Volumen variablen Arbeitsraum einschließt und das Hydraulikfluid in dem Arbeitsraum angeordnet ist, so dass mittels eines Einleitens des Hydraulikfluides in den Arbeitsraum bei einer Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes das elastische Feststoffmaterial dehnbar ist und mittels eines Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Arbeitsraum bei einer Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraumes das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist. Ein negatives Dehnen ist vorzugsweise eine Kontraktion, insbesondere in den ungespannten Ausgangszustand. Die Energie in dem Energiespeicher wird durch das elastische Verformen des Speicherteiles aus dem elastischen Feststoffmaterial gespeichert, da zum elastischen Verformen des Feststoffmateriales dieses elastisch zu dehnen ist und hierfür mechanische Arbeit aufgebracht werden muss. Durch die Ausbildung des Arbeitsraumes innerhalb des wenigstens einen Speicherteiles und das Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Arbeitsraum, der von dem wenigstens einen Speicherteil eingeschlossen ist, kann dadurch in vorteilhafter Weise das elastische Feststoffmaterial des wenigstens einen Speicherteiles besonders einfach gedehnt und dadurch Energie gespeichert werden oder negativ gedehnt werden und dadurch Energie abgegeben werden aus dem Energiespeicher.
Insbesondere weist das wenigstens eine Speicherteil in einer ersten Richtung eine wesentlich größere Ausdehnung, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größere Ausdehnung, auf als in einer zweiten Richtung und die erste Richtung steht senkrecht auf der zweiten Richtung und/oder das wenigstens eine Speicherteil ist als ein Schlauch aus dem elastischen Feststoffmaterial ausgebildet und innerhalb des Schlauches ist der Arbeitsraum als ein Arbeitskanal ausgebildet. Das wenigstens eine Speicherteil weist eine Längsachse auf und die Längsachse ist dabei parallel zu der ersten Richtung. Dadurch kann das wenigstens eine Speicherteil besonders kompakt in dem Energiespeicher angeordnet werden, insbesondere können dadurch eine Vielzahl von Speicherteilen besonders kompakt an dem Energiespeicher, insbesondere parallel, angeordnet werden, insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Energiespeichers.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Speicherteil in der ersten Richtung wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, dehnbar und negativ dehnbar als in der zweiten Richtung und die erste Richtung steht senkrecht auf der zweiten Richtung. Das wenigstens eine Speicherteil ist in der ersten Richtung wesentlich größer dehnbar oder negativ dehnbar als in der zweiten Richtung, so dass dadurch die Dehnung bzw. die Vergrößerung der Ausdehnung des wenigstens einen Speicherteiles in der ersten Richtung wesentlich größer ist als in der zweiten Richtung. Bei einer Dehnung wird die Ausdehnung des wenigstens einen Speicherteiles in der ersten Richtung vergrößert und bei einer negativen Dehnung wird die Ausdehnung des wenigstens einen Speicherteiles in der ersten Richtung verkleinert. In vorteilhafter Weise erfolgt somit die Größenänderung bzw. die Veränderung der Ausdehnung des wenigstens einen Speicherteiles im Wesentlichen in der ersten Richtung, so dass dadurch der Energiespeicher besonders kompakt aufgebaut werden kann. Das wenigstens eine Speicherteil weist eine Längsachse auf und die erste Richtung ist dabei in Richtung der Längsachse ausgerichtet. Im Allgemeinen ist die Längsachse dabei als eine Gerade ausgebildet. Abweichend hiervon kann die Längsachse des wenigstens einen Speicherteils auch gekrümmt sein, so dass dadurch die erste Richtung entlang dieser gekrümmten Linie, d. h. tangential zu dieser ausgerichtet ist. Dadurch können auch unterschiedliche, gekrümmte Geometrien des Energiespeichers aufgrund einer gekrümmten Längsachse des wenigstens einen Speicherteiles erreicht werden.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist an dem wenigstens einen Speicherteil, vorzugsweise außenseitig oder in das Speicherteil integriert, wenigstens ein Dehnungsbegrenzungsteil, z. B. Ringe, Rohrstutzen, eine Spirale oder ein Rohr, angeordnet zur Begrenzung der Dehnung des wenigstens einen Speicherteils in der zweiten Richtung. Der Druck innerhalb des Arbeitsraumes wirkt in sämtlichen Richtungen von dem Arbeitsfluid auf das wenigstens eine Speicherteil, d. h. die Wandung des Speicherteiles, übertragen. Um die Dehnung und negative Dehnung im Wesentlichen in Richtung der ersten Richtung ausführen zu können, ist eine Begrenzung der Dehnung des wenigstens einen Speicherteiles in der zweiten Richtung erforderlich. Hierzu sind an dem wenigstens einen Speicherteil außenseitig oder in das Speicherteil integriert Dehnungsbegrenzungsteile, insbesondere Ringe, angeordnet, so dass dadurch die Dehnung des wenigstens einen Speicherteils bei einer Erhöhung des Druckes und einer dadurch bedingten Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes nur im Wesentlichen in Richtung der ersten Richtung sich vollzieht. Zweckmäßig ist das wenigstens eine Dehnungsbegrenzungsteil im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig, insbesondere quadratisch, oder kreisförmig ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Volumen des elastischen Feststoffmateriales des wenigstens einen Speicherteils größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7-, 10- oder 30-Fache größer, als das Volumen des Arbeitsraumes und/oder die Dicke einer Wandung des wenigstens einen Speicherteils ist größer als 0,1 cm, 0,5 cm, 1 cm, 2 cm oder 5 cm. Je größer der Anteil des Volumens des elastischen Feststoffmateriales am Gesamtvolumen des Energiespeichers ist, desto größer ist die von dem Energiespeicher speicherbare Energie bezogen auf das Gesamtvolumen des Energiespeichers, da die Energie durch eine Dehnung des elastischen Feststoffmateriales in den Energiespeicher gespeichert wird. Zweckmäßig beträgt dabei der Volumenanteil des elastischen Feststoffmateriales wenigstens 1 %, 3 %, 5 %, 10 % oder 40 % oder 70 % des Volumens des Energiespeichers oder weiterer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Parameter bei einem Druck in dem Arbeitsraum, welcher den Umgebungsdruck an dem Energiespeicher entspricht, d. h. bei einem Energiespeicher in dem keine Energie gespeichert ist. Zweckmäßig ist die Dicke der Wandung des wenigstens einen Speicherteils kleiner als 50 cm, 30cm oder 20 cm.
In einer Variante umfasst der Energiespeicher mehrere Speicherteile, z. B. wenigstens fünf, zehn oder zwanzig Speicherteile, und vorzugsweise sind die Speicherteile in Richtung der zweiten Richtung übereinander bzw. nebeneinander angeordnet. Durch eine große Anzahl von Speicherteilen kann eine größere hydraulische Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden und auch bei einem Schaden an einem Speicherteil kann dadurch weiterhin Energie in dem Energiespeicher mit anderen unbeschädigten Speicherteilen gespeichert werden.
Zweckmäßig weist das wenigstens eine Speicherteil, insbesondere sämtliche Speicherteile, nur je eine Speicheröffnung auf zum Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Arbeitsraum und vorzugsweise ist die Speicheröffnung an einem Ende des wenigstens einen Speicherteils in Richtung der ersten Richtung ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Energiespeicher ein Verteilerelement, welches einen Strömungsraum für das Hydraulikfluid begrenzt, für das Hydraulikfluid und an dem Verteilerelement sind die Ein- und Auslassöffnung zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides und Verteileröffnungen ausgebildet und die Speicheröffnungen der Speicherteile sind fluidleitend mit den Verteileröffnungen verbunden und/oder der Energiespeicher umfasst ein Gehäuse innerhalb dessen das wenigstens eine Speicherteil und vorzugsweise das Verteilerelement und/oder das wenigstens eine Dehnungsbegrenzungsteil angeordnet sind. Mit dem Verteilerelement kann das Hydraulikfluid einfach in die Arbeitsräume der großen Anzahl von Speicherteilen ein- und ausgeleitet werden. Durch eine zentrale Ein- und Auslassöffnung kann das Hydraulikfluid in den Energiespeicher ein- und ausgeleitet werden. Das Gehäuse dient im Allgemeinen zum mechanischen Schutz der Speicherteile innerhalb eines von dem Gehäuse eingeschlossenen Innenraumes und vorzugsweise zur Führung der Speicherteile bei der Dehnung und negativen Dehnung.
Insbesondere ist das Feststoffmaterial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Gummi, insbesondere natürlicher Gummi oder Gummi aus Polyisopren, und/oder Metall, vorzugsweise Molybdän, eine Molybdänlegierung, Titan oder eine Titanlegierung, und/oder das wenigstens eine Speicherteil ist außenseitig mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen und/oder mit dem Energiespeicher ist ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar.
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Energiespeichers, mit den Schritten: Einleiten eines Hydraulikfluides in den Energiespeicher und dadurch ein elastisches Feststoffmaterial des wenigstens eines Speicherteils gedehnt wird, Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher und dadurch ein elastisches Feststoffmaterial des wenigstens eines Speicherteils negativ gedehnt wird, wobei das Hydraulikfluid in einen von dem wenigstens einen Speicherteil eingeschlossenen Arbeitsraum ein- und ausgeleitet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das wenigstens eine Speicherteil beim Einleiten des Hydraulikfluides in den Arbeitsraum in einer ersten Richtung wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, gedehnt als in einer zweiten Richtung und die zweite Richtung steht senkrecht auf der ersten Richtung, insbesondere wird der Druck des Hydraulikfluides in dem Arbeitsraum beim Dehnen des elastischen Feststoffmaterials erhöht.
In einer ergänzenden Variante wird das wenigstens eine Speicherteil beim Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Arbeitsraum in einer ersten Richtung wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, negativ gedehnt als in einer zweiten Richtung und die zweite Richtung steht senkrecht auf der ersten Richtung, insbesondere wird der Druck des Hydraulikfluides in dem Arbeitsraum beim negativen Dehnen des elastischen Feststoffmaterials verringert.
In einer weiteren Variante wird der Ladezustand des Energiespeichers ermittelt indem die Länge des wenigstens einen Speicherteils in der ersten Richtung erfasst wird. Durch die Erfassung der Länge des wenigstens einen Speicherteiles kann der Ladezustand des Energiespeichers besonders einfach ermittelt werden, da das wenigstens eine Speicherteil im Wesentlichen in Richtung der ersten Richtung gedehnt und negativ gedehnt wird.
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, einen Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei der Energiespeicher als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Energiespeicher ausgebildet ist und/oder von dem hydraulischen Hybridsystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines Energiespeichers und
2 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein in 1 dargestellter Energiespeicher 1 wird dazu verwendet, um in einem hydraulischen Hybridsystem 20 (2) 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 Energiespeicher 1 weist eine Vielzahl von als Schläuchen 3 ausgebildete Speicherteile 2 auf und die Schläuche 3 weisen dabei in einer Längsachse 11 eine wesentlich größere Ausdehnung auf als senkrecht zu der Längsachse 11. Eine erste Richtung 12 ist dabei parallel bzw. tangential zu der Längsachse 11 ausgerichtet und eine zweite Richtung 13 senkrecht zu der Längsachse 11. Die Schläuche 3 bzw. die Speicherteile 2, d. h. die Wandungen 7 der Schläuche 3 bestehen aus einem elastisch verformbaren Feststoffmaterial, insbesondere Polyurethan. Die Schläuche 3 begrenzen dabei einen als Arbeitskanal 9 ausgebildeten Arbeitsraum 8 und an dem in 1 dargestellten linken axialen Ende der Schläuche 3 weisen diese jeweils nur eine Speicheröffnung 10 zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, z. B. einem Hydrauliköl, auf. Die Schläuche 3 vergrößern bei einem Erhöhen des Druckes der Hydraulikflüssigkeit in dem Arbeitskanal 9 ihr Volumen, da bei einem Einleiten der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitskanal 9 und einer Erhöhung des Druckes in dem Arbeitskanal 9 sich das Volumen des Arbeitskanales 9 vergrößert. Die Dehnung bei einer Erhöhung des Volumens des Arbeitskanales 9 bzw. des Volumens des Speicherteiles 2 erfolgt dabei im Wesentlichen in der ersten Richtung 12, da außenseitig an den Schläuchen 3 Dehnungsbegrenzungsteile 14, z. B. als Ringe 15 oder Rohrstutzen 16, angeordneten sind. Die Dehnungsbegrenzungsteile 14 sind dabei vollständig umlaufend in radialer Richtung außenseitig mit den Schläuchen 3 verbunden. Beispielsweise erfolgt die Verbindung der Dehnungsbegrenzungsteile 14 mit den Außenseiten der Schläuche 3 durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Klebeverbindung. Die Speicherteile 2 weisen an den in 1 rechts dargestellten Enden je eine Abschlussplatte 30 auf, so dass an den Abschlussplatten 30 im Wesentlichen keine elastische Verformung der Speicherteile 2 auftritt. Die Abschlussplatten 30 dichten den Arbeitsraum 8 fluiddicht ab.
Der Energiespeicher 1 weist ferner ein Verteilerelement 17 aus Metall auf, welches einen Strömungsraum 18 begrenzt. Das Verteilerelement 17 weist dabei eine Ein- und Auslassöffnung 4, 5 zum Ein- und Ausleiten des Hydrauliköles in den Strömungsraum 18 des Verteilerelementes 17 auf. Ferner sind an dem Verteilerelement 17 eine Vielzahl von Verteileröffnungen 19 ausgebildet, wobei die Anzahl der Verteileröffnungen 19 der Anzahl der Schläuche 3 entspricht. An dem Verteilerelement 17 sind somit vier Verteileröffnungen 19 ausgebildet, welche jeweils fluidleitend mit einer Speicheröffnung 10 eines Schlauches 3 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Verteilerelement 17 zu den Schläuchen 3 erfolgt dabei fluiddicht, so dass beim Ein- und Ausleiten des Hydrauliköles von dem Strömungsraum 18 in den Arbeitsraum 8 und umgekehrt keine Hydraulikflüssigkeit in einen von einem Gehäuse 6 eingeschlossenen Innenraum gelangt. Das Gehäuse 6 begrenzt den Innenraum und innerhalb dieses Innenraumes sind die Speicherteile 2 und das Verteilerelement 17 angeordnet. Das Gehäuse 6 aus Metall oder Kunststoff ist dabei erforderlich, um mechanische Beschädigungen an den Speicherteilen 2 aus dem elastischen Polyurethan zu vermeiden.
Zur Speicherung von hydraulischer Energie in dem Energiespeicher 1 wird durch die Einlassöffnung 4 eine Hydraulikflüssigkeit in den Strömungsraum 18 des Verteilerelementes 17 eingeleitet und durch die Verteileröffnungen 19 strömt das Hydraulikfluid in die Arbeitsräume 8 der Speicherteile 2. Beim Einleiten des Hydrauliköles in den Strömungsraum 18 und die Arbeitsräume 8 der Speicherteil 2 wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 8 erhöht. Dadurch wirkt der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Arbeitsräumen 8 gleichmäßig auf die Innenseite der Speicherteile 2. Um eine Dehnung der Speicherteile 2 im Wesentlichen in Richtung der ersten Richtung 12 und nicht in Richtung der zweiten Richtung 13 zu ermöglichen, wobei die erste Richtung 12 senkrecht auf der zweiten Richtung 13 steht, wird die Dehnung der Speicherteile 2 als Schläuche 3 in Richtung der zweiten Richtung 13 durch die Ringe 15 an den Schläuchen 3 begrenzt. Bei der Speicherung von hydraulischer Energie in dem Energiespeicher 1 wird somit der Druck in dem Arbeitsraum 8 erhöht und dadurch erfolgt eine Dehnung des Speicherteiles 2 im Wesentlichen in der ersten Richtung 12, so dass dadurch die Größe bzw. Ausdehnung der Schläuche 3 in der ersten Richtung 12 bzw. in Richtung der Längsachse 11 erhöht wird. Dadurch wird das Volumen des Arbeitskanales 9 im Wesentlichen in Richtung der ersten Richtung 12 bzw. in Richtung der Längsachse 11 vergrößert. Die hydraulische Energie ist somit durch eine elastische Verformung der Wandungen 7 der Speicherteile 2 in dem Energiespeicher 1 gespeichert. Zum Entladen des Energiespeichers 1 wird mittels eines nicht dargestellten Ventiles an der Auslassöffnung 5 Hydraulikflüssigkeit durch den Strömungsraum 18 und aus den Arbeitsräumen 8 ausgeleitet, so dass dadurch der Druck in den Arbeitsräumen 8 reduziert wird und dabei eine negative Dehnung der Wandungen 7 der Speicherteile 2 auftritt. Es tritt somit eine elastische Rückverformung der Speicherteile 2 auf, so dass dadurch der Druck in den Arbeitsräumen 8 reduziert wird.
Die Wandungen 7 der Speicherteile 2 weisen eine große Dicke auf, z. B. im Bereich zwischen 1 cm und 10 cm und der Arbeitskanal 9 weist bei einem Druck in dem Arbeitskanal 9, welcher im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht, d. h. bei einem nichtgeladenen Energiespeicher 1, einen Durchmesser von beispielsweise 0,5 cm bis 1 cm auf. In dem Energiespeicher 1 ist somit der Volumenanteil des elastischen Feststoffmaterials der Wandungen 7 der Speicherteile 2 groß, so dass dadurch in dem Energiespeicher 1 eine große Energiemenge pro Volumeneinheit des Energiespeichers 1 gespeichert werden kann, da der Volumenanteil des elastischen Feststoffmateriales der Speicherteile 2 an dem Energiespeicher 1 groß ist. Die Energiespeicherung in dem Energiespeicher 1 erfolgt durch die elastische Verformung und Dehnung der Wandungen 7 der Speicherteile 2 aus dem elastischen Feststoffmaterial. Der Ladezustand des Energiespeichers 1 kann durch die Ausdehnung oder Länge der Schläuche 3 in Richtung der ersten Richtung 12 bzw. der Längsachse 11 ermittelt werden. Hierzu weist der Energiespeicher 1 einen nicht dargestellten Sensor zur Erfassung der Länge der Schläuche 3 in Richtung der ersten Richtung 12 bzw. der Längsachse 11 auf. Dadurch kann in einfacher Weise der Ladezustand des Energiespeichers 1 erfasst werden. Beispielsweise ist der Sensor ein optischer Sensor, welcher die Dehnung an einer Markierung außenseitig an den Schläuchen 3 erfasst. Abweichend hiervon kann an dem in 1 dargestellten rechten Enden der Schläuche 3 auch ein magnetisches Metallteil angeordnet sein und mittels eines nicht dargestellten Sensors wird der Abstand dieses magnetischen Metallteils bzw. des in 1 dargestellten rechten Endes der Schläuche 3 von dem rechten Ende des Gehäuses 6 mit dem Sensor erfasst.
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. Der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 sind dabei jeweils als Schrägscheibenmaschinen 25 ausgebildet. 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 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 weitere Hydraulikleitungen 26 zu dem Energiespeicher 1 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in den Energiespeicher 1 gespeichert werden. Ferner kann in einem Rekuperationsbetrieb der hydraulische Motor 23 auch als hydraulische Pumpe 24 betrieben werden um dadurch kinetische Energie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit von dem hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Energiespeicher 1 gespeichert werden. Durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter einem höheren Druck von dem Energiespeicher 1 zu dem hydraulischen Motor 23 kann das Kraftfahrzeug angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der Energiespeicher 1 weist eine große Energiedichte aufgrund des großen Volumenanteils des elastischen Feststoffmaterials der Speicherteile 2 auf. Ferner kann die Längsachse 11 auch gekrümmt ausgebildet sein, so dass dadurch der Energiespeicher 1 an unterschiedliche geometrische Anforderungen angepasst werden kann, da dadurch auch eine gekrümmte Ausbildung des Gehäuses 6 des Energiespeichers 1 möglich ist. Der Ladezustand des Energiespeichers 1 kann einfach durch die Ermittlung der Ausdehnung der Speichereile 2 in Richtung der Längsachse 11 bestimmt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006004120 A1 [0004]
DE 10230743 A1 [0005]

Claims

Energiespeicher (1) zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils (2) aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend – eine Ein- und Auslassöffnung (4, 5) zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, – das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil (2), so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Energiespeicher (1) das elastische Speicherteil (2) elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) einen im Volumen variablen Arbeitsraum (8) einschließt und das Hydraulikfluid in dem Arbeitsraum (8) angeordnet ist, so dass mittels eines Einleitens des Hydraulikfluides in den Arbeitsraum (8) bei einer Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes (8) das elastische Feststoffmaterial dehnbar ist und mittels eines Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Arbeitsraum (8) bei einer Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraumes (8) das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist.
Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) in einer ersten Richtung (12) eine wesentlich größere Ausdehnung, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größere Ausdehnung, aufweist als in einer zweiten Richtung (13) und die erste Richtung (12) senkrecht auf der zweiten Richtung (13) steht und/oder das wenigstens eine Speicherteil (2) als ein Schlauch (3) aus dem elastischen Feststoffmaterial ausgebildet ist und innerhalb des Schlauches (3) der Arbeitsraum (8) als ein Arbeitskanal (9) ausgebildet ist.
Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) in der ersten Richtung (12) wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, dehnbar und negativ dehnbar als in der zweiten Richtung (13) und die erste Richtung (12) senkrecht auf der zweiten Richtung (13) steht.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen Speicherteil (2), vorzugsweise außenseitig oder in das Speicherteil (2) integriert, wenigstens ein Dehnungsbegrenzungsteil (14), z. B. Ringe (15), Rohrstutzen (16) oder ein Rohr (16), angeordnet ist zur Begrenzung der Dehnung des wenigstens einen Speicherteils (2) in der zweiten Richtung (13).
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des elastischen Feststoffmateriales des wenigstens einen Speicherteils (2) größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, ist als das Volumen des Arbeitsraumes (8) und/oder die Dicke einer Wandung (7) des wenigstens einen Speicherteils (2) größer als 0,1 cm, 0,5 cm, 1 cm, 2 cm oder 5 cm ist.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) mehrere Speicherteile (2), z. B. wenigstens fünf, zehn oder zwanzig Speicherteile (2), umfasst und vorzugsweise die Speicherteile (2) in Richtung der zweiten Richtung (13) übereinander bzw. nebeneinander angeordnet sind.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2), insbesondere sämtliche Speicherteile (2), nur je eine Speicheröffnung (10) aufweist zum Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Arbeitsraum (8) und vorzugsweise die Speicheröffnung (10) an einem Ende des wenigstens einen Speicherteils (2) in Richtung der ersten Richtung (12) ausgebildet ist.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein Verteilerelement (17), welches einen Strömungsraum (18) für das Hydraulikfluid begrenzt, für das Hydraulikfluid umfasst und an dem Verteilerelement (17) die Ein- und Auslassöffnung (4, 5) zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides und Verteileröffnungen (19) ausgebildet sind und die Speicheröffnungen (10) der Speicherteile (2) fluidleitend mit den Verteileröffnungen (19) verbunden sind und/oder der Energiespeicher (1) ein Gehäuse (6) umfasst innerhalb dessen das wenigstens eine Speicherteil (2) und vorzugsweise das Verteilerelement (17) und/oder das wenigstens eine Dehnungsbegrenzungsteil (14) angeordnet sind.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoffmaterial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Gummi, insbesondere natürlicher Gummi oder Gummi aus Polyisopren, und/oder Metall, vorzugsweise Molybdän, eine Molybdänlegierung, Titan oder eine Titanlegierung, ist und/oder das wenigstens eine Speicherteil (2) außenseitig mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen ist und/oder mit dem Energiespeicher (1) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 10 bis 13 ausführbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers (1), insbesondere eines Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Einleiten eines Hydraulikfluides in den Energiespeicher (1) und dadurch ein elastisches Feststoffmaterial des wenigstens eines Speicherteils (2) gedehnt wird, – Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher (2) und dadurch ein elastisches Feststoffmaterial des wenigstens eines Speicherteils (2) negativ gedehnt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikfluid in einen von dem wenigstens einen Speicherteil (2) eingeschlossenen Arbeitsraum (8) ein- und ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) beim Einleiten des Hydraulikfluides in den Arbeitsraum (8) in einer ersten Richtung (12) wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, gedehnt wird als in einer zweiten Richtung (13) und die zweite Richtung (13) senkrecht auf der ersten Richtung (12) steht, insbesondere der Druck des Hydraulikfluides in dem Arbeitsraum (8) beim Dehnen des elastischen Feststoffmaterials erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) beim Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Arbeitsraum (8) in einer ersten Richtung (12) wesentlich größer, insbesondere um das 1,5-, 2-, 3-, 5-, 7- oder 10-Fache größer, negativ gedehnt wird als in einer zweiten Richtung (13) und die zweite Richtung (13) senkrecht auf der ersten Richtung (12) steht, insbesondere der Druck des Hydraulikfluides in dem Arbeitsraum (8) beim negativen Dehnen des elastischen Feststoffmaterials verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand des Energiespeichers (1) ermittelt wird indem die Länge des wenigstens einen Speicherteils (2) in der ersten Richtung (12) erfasst wird.
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, – einen Energiespeicher (1) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) als ein Energiespeicher (1) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist und/oder von dem hydraulischen Hybridsystem (20) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 10 bis 13 ausführbar ist.