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Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Speicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein hydraulisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Hybridsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Stand der Technik
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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 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 als eigentlichen hydraulischen Energiespeicher in dem hydropneumatischen Speicher.
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Als hydropneumatische Speicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, d. h. eines Hydraulikfluides unter einem erhöhten Druck, sind beispielsweise Kolbenspeicher als Gasfederspeicher mit einem Kolben als Trennelement bekannt. Innerhalb eines Gehäuses ist ein Kolben an einem Zylinder angeordnet und ein 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 Membran- bzw. Blasenspeicher mit einer flexiblen elastischen Membran als Trennelement zur Trennung eines Hydraulikraumes von einem Gasraum bekannt.
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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 Hoch- und Niederdruckspeicher weist ein Gehäuse auf innerhalb dessen die Hydraulikflüssigkeit und auch das gesamte Gas des Gasraumes angeordnet und begrenzt sind.
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Bei einer Ausbildung des Trennelements aus einer Membran aus Kunststoff bzw. Gummi, tritt eine Gasdiffusion von dem Gasraum in dem Hydraulikraum ein. Dadurch kann es zu einer Ansammlung von Gas als Leckagegas in einem geringen Umfang in dem Hydraulikraum kommen. Außerdem können Undichtigkeiten, insbesondere bei der Ausbildung des Trennelements als einem Kolben, auftreten zwischen dem Kolben und dem Gehäuse des hydropneumatischen Speichers. Dadurch kann Gas in den Hydraulikraum eintreten und umgekehrt Hydraulikflüssigkeit in den Gasraum. Gas in dem Hydraulikraum hat besonders negative Einflüsse. Das Gas in der Hydraulikflüssigkeit kann während des Betriebs des hydraulischen Hybridsystems zu Kavitation, Geräuschentwicklung oder Druckpulsation in den verschiedenen Komponenten des hydraulischen Hybridsystems führen. Bei kritisch großen Leckagemengen an Gas oder Hydraulikflüssigkeit in dem jeweils dafür nicht vorgesehenen Gasraum oder Hydraulikraum, ist eine aufwendige und kostenintensive Servicetätigkeit erforderlich, um diese negativen Einflüsse aufzuheben. Dieser Service ist jedoch aufwendig manuell auszuführen.
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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.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßer hydropneumatischer Speicher, insbesondere Nieder- oder Hochdruckdruckspeicher für ein hydraulisches Hybridsystem, zur Speicherung von Energie mittels einer Komprimierung eines Gases, 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 Gehäuse, wobei der Hydraulikraum und der Gasraum mit einem Fluidkanal miteinander verbunden sind und der Fluidkanal mit einem Ventil schließbar und öffenbar ist zum Leiten von Gas aus dem Hydraulikraum in den Gasraum und/oder zum Leiten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum in den Hydraulikraum. Gas als Leckagegas kann damit einfach aus dem Hydraulikraum in den Gasraum wieder zurückgeleitet werden und analog kann Hydraulikflüssigkeit als Leckagehydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum wieder in den Hydraulikraum zurückgeleitet werden. In vorteilhafter Weise ist dadurch ein aufwendiger und kostenintensiver manueller Service zum Ableiten von Gas aus dem Hydraulikraum und/oder zum Ableiten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum nicht mehr erforderlich. Das Leiten bzw. Ableiten von Gas aus dem Hydraulikraum und das Ableiten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum kann dadurch automatisiert und selbstständig von dem hydropneumatischen Speicher ausgeführt werden bzw. ist von diesem ausführbar.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Fluidkanal als eine Leitung ausgebildet. Der Fluidkanal ist damit als eine gesonderte Leitung in Ergänzung zu dem Gehäuse ausgebildet. Abweichend hiervon kann der Fluidkanal auch wenigstens teilweise in das Gehäuse als ein Fluidkanal integriert sein.
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In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst der Speicher wenigstens einen Drucksensor, insbesondere Differenzdrucksensor, zur Erfassung der Differenz des Druckes in dem Gasraum und dem Hydraulikraum. Mit dem wenigstens einen Drucksensor kann die Differenz des Druckes in dem Gasraum und dem Hydraulikraum erfasst werden. Aufgrund der Druckdifferenz kann somit das Gas aus dem Hydraulikraum in den Gasraum bei dem geöffneten Ventil geleitet werden und/oder die Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum in den Hydraulikraum geleitet werden. Abweichend hiervon kann das Gas aus dem Hydraulikraum in den Gasraum auch mit einer Fördereinrichtung aktiv geleitet werden und/oder die Hydraulikflüssigkeit kann aus dem Gasraum in den Hydraulikraum aktiv mit einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer Pumpe, geleitet werden. Bei einem aktiven Leiten von Gas oder Hydraulikflüssigkeit ist eine entsprechende Druckdifferenz zwischen dem Hydraulikraum und dem Gasraum nicht zwingend erforderlich.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist in dem Hydraulikraum ein Sammelteilraum für Gas ausgebildet.
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Zweckmäßig ist der Sammelteilraum für Gas in dem Hydraulikraum als eine obere Auswölbung in dem Gehäuse ausgebildet und/oder an dem Sammelteilraum für Gas ist ein Gassensor als Leckageerfassungsmittel zum Erfassen von Gas in dem Sammelteilraum ausgebildet. Das Gas ist leichter als die Hydraulikflüssigkeit und sammelt sich somit am oberen Endbereich des Hydraulikraumes an. Da die Auswölbung des Sammelteilraumes für Gas am oberen Endbereich des Hydraulikraums ausgebildet ist, sammelt sich somit das gesamte Gas als das Leckagegas in dem Sammelteilraum.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist in dem Gasraum ein Sammelteilraum für Hydraulikflüssigkeit ausgebildet.
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Zweckmäßig ist der Sammelteilraum für Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum als eine untere Auswölbung in dem Gehäuse ausgebildet und/oder an dem Sammelteilraum für Hydraulikflüssigkeit ist ein Hydraulikflüssigkeitssensor als Leckageerfassungsmittel zum Erfassen von Hydraulikflüssigkeit in dem Sammelteilraum ausgebildet. Die Leckagehydraulikflüssigkeit sammelt sich aufgrund der Schwerkraft am unteren Endbereich des Gasraums und aufgrund der Geometrie des Sammelteilraums für die Hydraulikflüssigkeit als eine untere Auswölbung in dem Gehäuse sammelt sich somit die Hydraulikflüssigkeit als Leckage-Hydraulikflüssigkeit in dem Sammelteilraum.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung mündet der Fluidkanal in den Sammelteilraum für Hydraulikflüssigkeit und/oder in den Sammelteilraum für Gas. Der Fluidkanal mündet vorzugsweise an der höchsten Stelle des Hydraulikraums in den Hydraulikraum und mündet vorzugsweise an der niedrigsten Stelle in den Gasraum. Dadurch kann Gas aus dem Hydraulikraum abgeleitet werden und Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum abgeleitet werden durch den Fluidkanal.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Speicher als ein Kolbenspeicher mit einem Kolben als Trennelement ausgebildet oder ist als Membranspeicher mit einer Membran als Trennelement ausgebildet. Der Membranspeicher kann auch als ein Blasenspeicher ausgebildet sein, sodass die blasenförmige Membran den Gasraum einschließt und zwischen dem Gehäuse und der blasenförmigen Membran der Hydraulikraum ausgebildet ist oder umgekehrt.
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Zweckmäßig wird als Ventil jedes Schließorgan zum Öffnen und Schließen des Fluidkanales betrachtet.
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Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einen Hochdruckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, einen Niederdruckspeicher, vorzugsweise zur Speicherung von hydraulischer Energie und/oder vorzugsweise zur Speicherung von Hydraulikflüssigkeit, wenigstens eine Hydraulikleitung zur Verbindung des Hochdruckspeichers mit dem Niederdruckspeicher, wobei der Niederdruckspeicher und/oder der Hochdruckspeicher als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Speicher ausgebildet ist und/oder mit dem hydraulischen Hybridsystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
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Zweckmäßig sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe als eine kombinierte Einheit ausgebildet, insbesondere von zwei Schrägscheibenmaschinen, welche zu der kombinierten Einheit zusammengefügt sind und vorzugsweise ist wenigstens eine Schrägscheibenmaschine als hydraulische Pumpe und/oder als hydraulischer Motor betreibbar.
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Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes hydraulischen Hybridsystems, mit den Schritten: Leiten von Hydraulikflüssigkeit von einem Hochdruckspeicher als hydropneumatischen Speicher in einen hydraulischen Motor und anschließend in einen Niederdruckspeicher als hydropneumatischen Speicher, so dass hydraulischer Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, Leiten von Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher in eine hydraulischen Pumpe und anschließend in den Hochdruckspeicher, so dass mechanische Energie in hydraulische Energie umgewandelt wird, wobei die hydropneumatischen Speicher jeweils einen Gasraum, ein Trennelement und einen Hydraulikraum umfassen, wobei bei einem hydropneumatischen Speicher Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum durch einen Fluidkanal in den Hydraulikraum geleitet wird während ein Ventil in dem Fluidkanal geöffnet ist und vorzugsweise der Druck in dem Gasraum größer ist als in dem Hydraulikraum und/oder bei dem hydropneumatischen Speicher Gas aus dem Hydraulikraum durch den Fluidkanal in den Gasraum geleitet wird während ein Ventil in dem Fluidkanal geöffnet ist und vorzugsweise der Druck in dem Hydraulikraum größer ist als in dem Gasraum.
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Vorzugsweise wird die Differenz des Druckes in dem Gasraum und dem Hydraulikraum des hydropneumatischen Speichers mit wenigstens einem Drucksensor, insbesondere Differenzdrucksensor, erfasst und nur bei einer Differenz des Druckes in dem Gasraum und dem Hydraulikraum, insbesondere oberhalb eines Schwellenwertes, das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet wird und ansonsten das Ventil geschlossen ist.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung wird das Ventil nur geöffnet während eines Stillstandes des Kraftfahrzeuges und/oder das Ventil wird nur geöffnet während keine Hydraulikflüssigkeit in den hydropneumatischen Speicher ein- oder ausgeleitet wird und/oder das Ventil nur geöffnet wird während der hydraulische Motor und/oder die hydraulische Pumpe außer Betrieb ist und/oder das Ventil nur kurzzeitig, insbesondere für einen Zeitraum von weniger als 60 s, 30 s, 20 s, 10 s, 5 s, 3 s, 2 s oder 1 s, geöffnet wird.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die Ansammlung von Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum mit einem Leckageerfassungsmittel erfasst und nur bei der Ansammlung von Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum wird das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet und/oder die Ansammlung von Gas in dem Hydraulikraum wird mit einem Leckageerfassungsmittel erfasst und nur bei der Ansammlung von Gas in dem Hydraulikraum das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet wird.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die Ansammlung von Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum mit einem Leckageerfassungsmittel erfasst und nur bei der Ansammlung von Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Gasraum durch den Fluidkanal in den Hydraulikraum geleitet während das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet ist und der Druck in dem Gasraum größer ist als in dem Hydraulikraum und/oder die Ansammlung von Gas in dem Hydraulikraum mit einem Leckageerfassungsmittel erfasst wird und nur bei der Ansammlung von Gas in dem Hydraulikraum Gas aus dem Hydraulikraum durch den Fluidkanal in den Gasraum geleitet während wird das Ventil in dem Fluidkanal geöffnet ist und der Druck in dem Hydraulikraum größer ist als in dem Gasraum.
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In einer weiteren Variante wird das Ventil mit einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit in Abhängigkeit von der von dem wenigstens einen Drucksensor erfassten Daten und/oder von dem von dem Leckageerfassungsmittel erfassten Daten und/oder in Abhängigkeit von Betriebszustand des hydraulischen Hybridsystems gesteuert und/oder geregelt, insbesondere wird die Öffnungsdauer des Ventils in Abhängigkeit von der Differenz des Druckes zwischen dem Gasraum und dem Hydraulikraum gesteuert und/oder geregelt und/oder die Öffnungsdauer des Ventils desto größer gesteuert und/oder geregelt wird, desto größer die von dem Leckageerfassungsmittel erfasste Menge an Leckageflüssigkeit und/oder Leckagegas ist oder umgekehrt.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe zu einem hydraulischen Getriebe miteinander verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind der hydraulische Motor und die hydraulische Pumpe von je einer Schrägscheibenmaschine gebildet.
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In einer weiteren Variante ist die wenigstens eine Schrägscheibenmaschine, vorzugsweise sämtliche Schrägscheibenmaschinen, als hydraulische Pumpe und/oder als hydraulischer Motor betreibbar.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das hydraulische Hybridsystem einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem hydraulischen Getriebe.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das hydraulische Hybridsystem einen mechanischen Antriebsteilstrang mit einem mechanischen Getriebe zur, vorzugsweise ausschließlichen, mechanischen Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor zu wenigstens einem Antriebsrad.
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Zweckmäßig sind der hydraulische Antriebsteilstrang und der mechanische Antriebsteilstrang mit einem ersten Leistungsverzweigungsgetriebe mit dem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt.
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Zweckmäßig sind der hydraulische Antriebsteilstrang und der mechanische Antriebsteilstrang mit einem zweiten Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Differentialgetriebe mechanisch gekoppelt.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt eines hydropneumatischen Speichers in einem ersten Ausführungsbeispiel als Kolbenspeicher,
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2 einen Längsschnitt des hydropneumatischen Speichers in einem zweiten Ausführungsbeispiel als Membranspeicher,
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3 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydropneumatischen Speichers 1 als Kolbenspeicher 7 abgebildet. Der Kolbenspeicher 7 als ein Hochdruckspeicher 15 wird dazu verwendet, um in einem hydraulischen Hybridsystem 20 (3) 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.
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Der Kolbenspeicher 7 umfasst ein Gehäuse 18 aus Stahl und innerhalb des Gehäuses 18 aus Stahl bildet ein Teil des Gehäuses 18 einen Zylinder 5 zur Lagerung eines beweglichen Kolbens 6 als ein bewegliches Trennelement 4. Der Kolben 6 trennt im Wesentlichen fluiddicht einen Hydraulikraum 2 von einem Gasraum 3 ab. Hierzu ist an dem Kolben 6 aus Metall eine Dichtung 9 ausgebildet. Der Gasraum 3 ist mit einem Verschluss 17 an einer Gasöffnung 10 gasdicht verschlossen. Das Gehäuse 18 des Kolbenspeichers 7 weist eine Hydrauliköffnung 11 auf, welche in den Hydraulikraum 2 mündet. An der Hydrauliköffnung 11 ist eine Hydraulikleitung 26 als eine Hochdruck-Hydraulikleitung 12 angeschlossen.
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Das Gehäuse 18 weist einen Sammelteilraum 34 für Gas als Leckagegas an dem Hydraulikraum 2 auf. Der Sammelteilraum 34 für Gas ist somit an einem oberen Endbereich des Hydraulikraums 2 ausgebildet. Analog weist das Gehäuse 18 an dem Gasraum 3 einen Sammelteilraum 35 für Hydraulikflüssigkeit an dem Gasraum 3 auf. Der Sammelteilraum 35 für Gas ist an einem unteren Endbereich des Gasraums 3 ausgebildet. Jeweils am obersten Endpunkt des Sammelteilraums 34 mündet ein Fluidkanal 30 und dieser Fluidkanal 30 verbindet das obere Ende des Sammelteilraums 34 für Gas mit einem unteren Ende des Sammelteilraums 35 für Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum 3. Der Fluidkanal 30 ist dabei als eine Leitung 31, beispielsweise als ein Schlauch 31, ausgebildet. Ein Ventil 19 als ein Magnetventil ermöglicht ein Öffnen des Fluidkanals 30, sodass dadurch Gas aus dem Sammelteilraum 34 in den Sammelteilraum 35 eingeleitet werden kann oder umgekehrt Hydraulikflüssigkeit aus dem Sammelteilraum 35 in den Sammelteilraum 34 eingeleitet werden kann. Dies ermöglicht somit das Leiten von Gas als Leckagegas von dem Hydraulikraum 2 in den Gasraum 3 oder das Leiten von Hydraulikflüssigkeit als Leckagehydraulikflüssigkeit von dem Gasraum 3 in den Hydraulikraum 2. Als Leckagegas und Leckageflüssigkeit wird Gas oder Hydraulikflüssigkeit betrachtet, welche aufgrund von Undichtigkeiten, beispielsweise aufgrund fehlender Abdichtung und/oder Gasdiffusion, in den dafür nicht vorgesehenen Hydraulikraum 2 oder Gasraum 3 gelangt ist.
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An den Fluidkanal 30 ist außerdem ein Differenzdrucksensor 33 als ein Drucksensor 32 angeordnet. Mittels des Differenzdrucksensors 33 kann der Differenzdruck zwischen dem Hydraulikraum 2 und dem Gasraum 3 erfasst werden. Der Hydraulikraum 2 und der Gasraum 3 weisen im Betrieb des hydraulischen Hybridsystems 20 einen im Wesentlichen gleichen Druck auf. Jedoch können in bestimmten Betriebszuständen des pneumatischen Speichers 1 geringe Druckunterschiede zwischen dem Hydraulikraum 2 und dem Gasraum 3 auftreten. Wird beispielsweise beim Laden des Kolbenspeichers 7 durch die Hydrauliköffnung 11 Hydraulikflüssigkeit in den Gasraum 2 eingeleitet, bewegt sich gemäß der Darstellung in 1 der Kolben 6 nach rechts, sodass dadurch das Gas in dem Gasraum 3 komprimiert wird. Zwischen dem Kolben 6 und dem Gehäuse 18 bzw. dem Zylinder 5 tritt dabei Reibung auf. Zur Überwindung dieser Reibung ist es erforderlich, dass der Druck in dem Hydraulikraum 2 geringfügig größer ist als der Druck in dem Gasraum 3. Während der Bewegung des Kolbens 6 beim Einleiten von Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikraum 2 ist somit der Druck in den Hydraulikraum 2 größer als in dem Gasraum 3. Umgekehrt ist dies beim Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikraum 2 beim Entladen des Speichers 1. Nach der Beendigung des Einleitens von Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikraum 2 führt der Kolben 6 keine Bewegung mehr aus. Da jedoch die Haftreibung zwischen dem feststehenden Kolben 6 und dem Gehäuse 18 im Regelfall größer ist als die Gleitreibung zwischen den bewegten Kolben 6 und dem Gehäuse 18 während der Bewegung des Kolbens 6 ist auch unmittelbar nach dem Einleiten von Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikraum 2 und der Bewegung des Kolbens 6 nach rechts der Druck in dem Hydraulikraum 2 größer als in dem Gasraum 3, weil sich der Kolben 6 nicht nach links bewegt nach der Beendigung des Einleitens von Hydraulikflüssigkeit. Aufgrund der Komprimierung des Gases in dem Gasraum 3 tritt eine Temperaturerhöhung des Gases in dem Gasraum 3 auf und bei einem anschließenden längeren Stillstand des Kolbens 6 kühlt das Gas in dem Gasraum 3 wieder ab, sodass dadurch auch der Druck in dem Gasraum wieder absinkt. Dies kann dazu führen, dass der Druck in dem Gasraum 3 kleiner wird als in dem Hydraulikraum 2 und/oder zusätzlich aufgrund der Druckreduzierung in dem Gasraum 3 sich der Kolben 6 weiter nach rechts bewegt.
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An dem Sammelteilraum 34 für Gas ist ein Gassensor 36 zur Erfassung von Gas in dem Sammelteilraum 34 angeordnet. In analoger Weise ist an dem Sammelteilraum 35 für Hydraulikflüssigkeit an dem Gasraum 3 ein Hydraulikflüssigkeitssensor 37 zur Erfassung von Hydraulikflüssigkeit in dem Sammelteilraum 35 angeordnet. Die Daten des Drucksensors 32, des Gassensors 36 und des Hydraulikflüssigkeitssensors 37 werden von einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit 40 verarbeitet und in Abhängigkeit von den Daten des Drucksensors 32 und/oder das Gassensors 36 und/oder des Hydraulikflüssigkeitssensors 37 wird das Ventil 19 kurzzeitig für wenige Sekunden geöffnet, sofern dies entsprechend erforderlich ist. Bei einer ausreichend großen Menge von Gas in dem Sammelteilraum 34 wird während bestimmter Betriebszustände und einem Druck, bei welchem der Druck in dem Hydraulikraum 2 größer ist als in dem Gasraum 3, das Ventil 19 kurzzeitig geöffnet, sodass dadurch das Leckagegas von dem Sammelteilraum 34 wieder zurück durch den Fluidkanal 30 in den Gasraum 3 eingeleitet werden kann. Der Durchmesser des Fluidkanals 30 ist dabei entsprechend klein ausgewählt, da aus einem vorhergehenden Vorgang in dem Fluidkanal entweder Gas oder Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist. In umgekehrter Weise kann bei einem mit dem Hydraulikflüssigkeitssensor 37 erfassten Hydraulikflüssigkeit in dem Sammelteilraum 35 das Ventil 19 kurzzeitig geöffnet werden, sofern der Druck in dem Gasraum 3 größer ist als in dem Hydraulikraum 2, um dadurch die Hydraulikflüssigkeit als Leckagehydraulikflüssigkeit von dem Gasraum 3 wieder zurück in den Hydraulikraum 2 einleiten zu können.
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Der Gassensor 36 und der Hydraulikflüssigkeitssensor 37 bilden damit ein Leckageerfassungsmittel 38 zur Erfassung von Leckagegas in dem Hydraulikraum 2 und zur Erfassung von Leckagehydraulikflüssigkeit in dem Gasraum 3. Das Leckageerfassungsmittel 38 kann jedoch auch von anderen Mitteln als dem Gassensor 36 und dem Hydraulikflüssigkeitssensor 37 gebildet sein. Gas in dem Hydraulikraum 2 kann beispielsweise auch anhand von Geräuschentwicklungen und systemuntypischer Druckpulsationen in dem hydraulischen Hybridsystem 20, das heißt von Druckpulsationen in den Hydraulikleitungen 26, detektiert werden und die Leckageerfassungsmittel 38 sind hierzu entsprechend ausgebildete Sensoren, um diese Parameter erfassen zu können. Hydraulikflüssigkeit in dem Gasraum 3 bewirkt eine Verringerung des vorhandenen Volumens von Gas in dem Gasraum 3 und auch dies kann von entsprechenden Sensoren als Leckageerfassungsmittel 38 erfasst werden.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des hydropneumatischen Speichers 1 als Membranspeicher 8 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des hydropneumatischen Speichers 1 beschrieben. Als das Trennelement 4 ist anstelle des Kolbens 6 die flexible Membran 14 eingesetzt. Aufgrund einer entsprechenden Hysterese der Membran 14 treten auch an dem Membranspeicher 8 entsprechende Druckunterschiede analog zu dem Kolbenspeicher 7 zwischen dem Gasraum 3 und dem Hydraulikraum 2 auf. In analoger Weise zu dem ersten Ausführungsbeispiel kann dadurch Leckagegas von dem Hydraulikraum 2 in den Gasraum 3 durch den Fluidkanal 30 zurückgeleitet werden oder Leckagehydraulikflüssigkeit von dem Gasraum 3 in den Hydraulikraum 2 zurückgeleitet werden.
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In 3 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).
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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 12 und Niederdruck-Hydraulikleitung 13 und Hydraulikventile 39 von einem Niederdruckspeicher 16 als Membranspeicher 8 zu dem Kolbenspeicher 7 als Hochdruckspeicher 15 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in den Hochdruckspeicher 15 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 16 und durch den hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Hochdruckspeicher 15 zu speichern, 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 15, durch den hydraulischen Motor 23 und zu dem Niederdruckspeicher 16 kann das Kraftfahrzeug hydraulisch angetrieben werden.
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Insgesamt betrachtet, sind mit dem erfindungsgemäßen hydropneumatischen Speicher 1, dem erfindungsgemäßen hydraulischen Hybridsystem 20 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Hybridsystems 20 wesentliche Vorteile verbunden. Leckagehydraulikflüssigkeit in dem Gasraum 3 und Leckagegas in dem Hydraulikraum 2 kann durch den Fluidkanal 30 bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen dem Hydraulikraum 2 und dem Gasraum 3 einfach wieder in den entsprechenden Hydraulikraum 2 oder den Gasraum 3 bei dem geöffneten Ventil 19 geleitet werden. Dadurch ist ein aufwendiger manueller Service zur Beseitigung von Leckagegas und/oder Leckageflüssigkeit nicht erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10230743 A1 [0006]
- DE 102013206397 A1 [0007]
- DE 102010062696 A1 [0008]
