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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einer Niederdruckseite, auf der mindestens ein Niederdruckspeicher angeordnet ist, und mit einer Hochdruckseite, auf der mindestens ein Hochdruckspeicher angeordnet ist, der ein Gasvolumen umfasst, das in dem Hochdruckspeicher von einem Hydraulikmediumvolumen getrennt ist, das über das Hydrauliksystem mit einem Hydraulikmediumvolumen auf der Niederdruckseite in Verbindung steht, das in dem Niederdruckspeicher von einem Gasvolumen getrennt ist.
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Stand der Technik
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Die Druckspeicher sind zum Beispiel als Hydrospeicher mit einem Gasvolumen und einem Ölvolumen ausgeführt. Derartige Hydrospeicher können als Kolbenspeicher, als Blasenspeicher oder als Membranspeicher ausgeführt sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit im Betrieb eines Hydrauliksystems mit einer Niederdruckseite, auf der mindestens ein Niederdruckspeicher angeordnet ist, und mit einer Hochdruckseite, auf der mindestens ein Hochdruckspeicher angeordnet ist, der ein Gasvolumen umfasst, das in dem Hochdruckspeicher von einem Hydraulikmediumvolumen getrennt ist, das über das Hydrauliksystem mit einem Hydraulikmediumvolumen auf der Niederdruckseite in Verbindung steht, das in dem Niederdruckspeicher von einem Gasvolumen getrennt ist, weiter zu erhöhen.
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Die Aufgabe ist bei einem Hydrauliksystem mit einer Niederdruckseite, auf der mindestens ein Niederdruckspeicher angeordnet ist, und mit einer Hochdruckseite, auf der mindestens ein Hochdruckspeicher angeordnet ist, der ein Gasvolumen umfasst, das in dem Hochdruckspeicher von einem Hydraulikmediumvolumen getrennt ist, das über das Hydrauliksystem mit einem Hydraulikmediumvolumen auf der Niederdruckseite in Verbindung steht, das in dem Niederdruckspeicher von einem Gasvolumen getrennt ist, dadurch gelöst, dass der Niederdruckspeicher eine Überdruckbegrenzungseinrichtung umfasst, die bei einem unerwünschten Entweichen von Gas aus dem Gasvolumen in das Hydraulikmediumvolumen in dem Hochdruckspeicher aktiviert wird. Das Gasvolumen in dem Hochdruckspeicher wird zum Beispiel von einer Blase begrenzt. Bei einem Platzen der Blase im Hochdruckspeicher durch einen möglichen Defekt entweicht eine große Menge Gas, insbesondere Stickstoff, über das Hydraulikmediumvolumen des Hochdruckspeichers in das Hydrauliksystem. Diese große Menge Gas, insbesondere Stickstoff, wird aufgrund des herrschenden Druckgefälles von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite gedrückt, so dass der Druck auf der Niederdruckseite stark ansteigt. Durch den starken Druckanstieg auf der Niederdruckseite kann eine Berstsicherung, die dem Niederdruckspeicher zugeordnet ist, ausgelöst werden. Das Auslösen der Berstsicherung des Niederdruckspeichers führt dazu, dass das Gasvolumen, insbesondere der Stickstoff, im Niederdruckspeicher entleert wird. Ein Kolben des vorzugsweise als Kolbenspeicher ausgeführten Niederdruckspeichers wandert dann an einen zugeordneten Anschlag. Wenn sich der Kolben im Niederdruckspeicher an seinem Anschlag befindet, kann kein Überdruck mehr über die ausgelöste Berstsicherung abgeblasen werden, da der Druck nicht am Kolben vorbei entweichen kann. Dann besteht die Gefahr, dass der Niederdruckspeicher beschädigt wird, schlimmstenfalls platzt. Durch die zusätzliche Überdruckbegrenzungseinrichtung des Niederdruckspeichers wird vorteilhaft ein Entweichen von mit Druck beaufschlagtem Gas, insbesondere Stickstoff, aus dem Niederdruckspeicher auch dann ermöglicht, wenn sich der Kolben des Niederdruckspeichers an seinem Anschlag befindet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckbegrenzungseinrichtung mit einer Berstsicherung des Niederdruckspeichers kombiniert ist. Bei der Berstsicherung handelt es sich zum Beispiel um eine Berstscheibe, die eine Druckentlastungsöffnung des Niederdruckspeichers im normalen Betrieb des Hydrauliksystems verschließt. Bei einem unerwünscht starken Druckanstieg im Niederdruckspeicher zerbirst die Berstscheibe, so dass mit Druck beaufschlagtes Gas aus dem Niederdruckspeicher in eine Umgebung entweichen kann. Dabei stellt die Berstscheibe eine Art Sollbruchstelle dar. Bei der Berstscheibe handelt es sich zum Beispiel um eine Membran, die als Folie aus einem metallischen Werkstoff ausgeführt sein kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckbegrenzungseinrichtung mindestens einen Bypass umfasst, der das Hydraulikmediumvolumen in dem Niederdruckspeicher mit der Berstsicherung des Niederdruckspeichers verbindet. Über den Bypass kann der sich an dem Anschlag befindliche Kolben umgangen werden, um einen weiteren Druckabbau im Niederdruckspeicher über das Auslösen der Berstscheibe im Niederdruckspeicher hinaus zu ermöglichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Berstsicherung des Niederdruckspeichers eine Druckentlastungsöffnung umfasst, die von einer Berstscheibe verschlossen wird. Nach dem Auslösen der Berstsicherung wird die Druckentlastungsöffnung nicht mehr von der Berstscheibe verschlossen. Dann kann mit unerwünscht hohem Druck beaufschlagtes Gas und/oder Hydraulikmedium aus dem Hydraulikmediumvolumen des Niederdruckspeichers über die Druckentlastungsöffnung in die Umgebung entweichen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein zwingend notweniger Druckabbau im Niederdruckspeicher ermöglicht und somit die Gefahr eines Niederdruckspeicherplatzens verhindert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckspeicher einen hin und her bewegbaren Kolben umfasst, der das Hydraulikmediumvolumen in dem Niederdruckspeicher von dem Gasvolumen trennt und dem der Bypass der Überdruckbegrenzungseinrichtung zugeordnet ist. Beim Auslösen der Berstsicherung entweicht zunächst das Gas aus dem Gasvolumen des Niederdruckspeichers, bis der Kolben an seinem Anschlag anschlägt. Dann ist das Gasvolumen in dem Niederdruckspeicher annähernd null. Das mit Druck beaufschlagte Gas in dem Hydraulikmediumvolumen kann dann über den Bypass der Überdruckbegrenzungseinrichtung über die von der Berstscheibe freigegebene Druckentlastungsöffnung in die Umgebung entweichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass so mit dem Kolben in dem Niederdruckspeicher kombiniert ist, dass der Bypass die Verbindung zwischen dem Hydraulikmediumvolumen und der Berstsicherung in dem Niederdruckspeicher freigibt, sobald sich der Kolben in dem Niederdruckspeicher in einer Endstellung befindet, in welcher das Hydraulikmediumvolumen in dem Niederdruckspeicher maximal ist. Dann ist das Gasvolumen in dem Niederdruckspeicher gleich null. Der Niederdruckspeicher mit dem Kolben wird auch als Kolbenspeicher bezeichnet. Der Bypass ermöglicht ein Entweichen von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikmedium und/oder Gas an dem Kolben vorbei, allerdings nur, wenn sich der Kolben in seiner Endstellung befindet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass mindestens eine Bypassausnehmung in einem Speicherzylinder des Niederdruckspeichers umfasst. In dem Speicherzylinder ist der Kolben des Niederdruckspeichers hin und her bewegbar aufgenommen. Die Bypassausnehmung umfasst zum Beispiel eine Bypassnut und/oder eine Bypassbohrung, über welche mit Druck beaufschlagtes Hydraulikmedium und/oder Gas aus dem Hydraulikmediumvolumen in die Umgebung entweichen kann. Im normalen Betrieb des Hydrauliksystems ist der Bypass durch den Kolben verschlossen, so dass kein Hydraulikmedium aus dem Hydraulikmediumvolumen des Niederdruckspeichers entweichen kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassausnehmung so ausgeführt und angeordnet ist, dass der Bypass in einem normalen Betrieb des Hydrauliksystems nicht freigegeben wird. Im normalen Betrieb des Hydrauliksystems ist der Bypass durch den Kolben unterbrochen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben eine Federeinrichtung zugeordnet ist, durch die der Kolben im normalen Betrieb des Hydrauliksystems so positioniert wird, dass der Bypass von dem Kolben nicht freigegeben wird. Die Federeinrichtung umfasst zum Beispiel eine Feder, insbesondere eine Rückstellfeder, durch welche der Kolben im normalen Betrieb des Hydrauliksystems von seinem Anschlag weg vorgespannt ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Niederdruckspeicher, insbesondere eine Überdruckbegrenzungseinrichtung, für ein vorab beschriebenes Hydrauliksystem. Der Niederdruckspeicher, gegebenenfalls auch die Überdruckbegrenzungseinrichtung, ist separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Speicherzylinder, einen Kolben, eine Berstsicherung, eine Speicherendscheibe, und/oder eine Federeinrichtung für einen vorab beschriebenen Niederdruckspeicher.
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Bei dem Hydrauliksystem handelt es sich vorzugsweise um das Hydrauliksystem eines hydrostatischen Fahrantriebs. Ein hydrostatischer Fahrantrieb umfasst vorzugsweise mindestens eine Hydraulikmaschine, die an die Niederdruckseite und die Hochdruckseite angeschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hydrauliksystems, insbesondere eines hydrostatischen Fahrantriebs. Durch die Überdruckbegrenzungseinrichtung des Niederdruckspeichers werden besonders vorteilhaft auch dann unerwünschte Beschädigungen oder ein Platzen des Niederdruckspeichers verhindert, wenn eine Blase des als Blasenspeicher ausgeführten Hochdruckspeichers platzen sollte.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 einen vereinfachten Hydraulikschaltplan eines hydrostatischen Fahrantriebs mit einem Hydrauliksystem, das auf einer Niederdruckseite einen Niederdruckspeicher umfasst, und
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2 eine vereinfachte Darstellung des Niederdruckspeichers aus 1 mit einer Überdruckbegrenzungseinrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein hydrostatischer Fahrantrieb 1 vereinfacht in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Der hydrostatische Fahrantrieb 1 kann zum Beispiel in einem Hydraulikhybridantriebsstrang verwendet werden, der neben einem verbrennungsmotorischen Antrieb einen hydraulischen Antrieb umfasst.
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Der verbrennungsmotorische Antrieb ist zum Beispiel als Brennkraftmaschine 4 ausgeführt und wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Der hydraulische Antrieb umfasst zum Beispiel einen Hydrostaten 5, der antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 4 verbunden ist.
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Der durch die Brennkraftmaschine 4 angetriebene Hydrostat 5 umfasst eine Hydraulikpumpe, die verkürzt auch als Hydropumpe bezeichnet wird. Der Hydrostat 5 ist eingangsseitig an einen Niederdruckbereich 6, der auch als Niederdruckseite 6 bezeichnet wird, angeschlossen. Ausgangsseitig ist der Hydrostat 5 an einen Hochdruckbereich 7 angeschlossen, der auch als Hochdruckseite 7 bezeichnet wird.
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Der Niederdruckbereich 6 und der Hochdruckbereich 7 sind Teil eines Fluidsystems 8, das im Betrieb mit einem Hydraulikmedium auch als Hydrauliksystem bezeichnet wird. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich zum Beispiel um Hydrauliköl, das verkürzt auch als Öl bezeichnet wird. Das Hydrauliksystem 8 umfasst nicht näher bezeichnete Hydraulikleitungen und einen Ventilblock 9.
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Der hydrostatische Fahrantrieb 1 umfasst des Weiteren insgesamt vier angetriebene Räder 11 bis 14. Jedem der angetriebenen Räder 11 bis 14 ist ein Hydrostat 21 bis 24 zugeordnet, der an die jeweilige Radnabe des angetriebenen Rades 11 bis 14 angebunden ist. Zwischen die Hydrostaten 21 bis 24 und das angetriebene Rad 11 bis 14 kann jeweils ein Getriebe geschaltet sein.
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Die Hydrostaten 21 bis 24 können vorteilhaft sowohl als Hydraulikpumpe als auch als Hydraulikmotor betrieben werden. Die Hydrostaten 21 bis 24 werden auch als Hydraulikmaschinen bezeichnet und können zum Beispiel als hydraulische Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein.
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Der Niederdruckbereich 6 umfasst einen Niederdruckspeicher 30 mit einem Gasvolumen beziehungsweise einer Gasseite 31 und einer Ölseite beziehungsweise einem Ölvolumen 32, das auch als Hydraulikmediumvolumen bezeichnet wird.
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Die Ölseite 32 des Niederdruckspeichers 30 steht mit dem Eingang des Hydrostaten 5 in Verbindung. Der Niederdruckspeicher 30 stellt ein Hydraulikmediumreservoir dar, aus welchem das Hydrauliksystem 8 mit Hydraulikmedium versorgt wird.
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Der Hochdruckbereich 7 umfasst einen Hochdruckspeicher 40 mit einem Gasvolumen beziehungsweise einer Gasseite 41 und einer Ölseite beziehungsweise einem Ölvolumen 42, das auch als Hydraulikmediumvolumen bezeichnet wird.
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Die Ölseite 42 des Hochdruckspeichers 40 steht mit dem Ausgang des Hydrostaten 5 in Verbindung. Die Ölseite 42 des Hochdruckspeichers 40 steht des Weiteren im Hochdruckbereich 7 mit den Hydrostaten 21 bis 24 in Verbindung. Die Ölseite 32 des Niederdruckspeichers 30 steht im Niederdruckbereich 6 mit den Hydrostaten 21 bis 24 in Verbindung.
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In 2 ist der Niederdruckspeicher 30 aus 1 mit einem abgeschnittenen Ende auf der Ölseite 32 vereinfacht dargestellt. Der Niederdruckspeicher 30 ist als Kolbenspeicher mit einem Speicherzylinder 50 ausgeführt, der auf der Ölseite 32 ein Hydraulikmediumvolumen begrenzt. Daher wird die Ölseite 32 auch als Hydraulikmediumvolumen 32 bezeichnet. Ein in 2 unteres Ende des Speicherzylinders 50 ist durch eine Speicherendscheibe 51 verschlossen.
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In dem Speicherzylinder 50 des Niederdruckspeichers 30 ist ein Kolben 52 in Richtung einer Längsachse 53 hin und her bewegbar aufgenommen. Der Kolben 52 ist mit Dichtungen 54, 55 ausgestattet, um die Gasseite oder ein Gasvolumen 31 in dem Speicherzylinder 50 von der Ölseite oder dem Hydraulikmediumvolumen 32 zu trennen.
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Die Speicherendscheibe 51 umfasst eine zentral angeordnete Druckentlastungsöffnung 56. Die Druckentlastungsöffnung 56 ist an ihrem in 2 unteren Ende durch eine Berstscheibe 58 verschlossen. Die Berstscheibe 58 stellt in der Druckentlastungsöffnung 56 eine Berstsicherung 59 für den Niederdruckspeicher 30 dar.
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Im normalen Betrieb des Hydrauliksystems (8 in 1) ist die Druckentlastungsöffnung 56 durch die Berstscheibe 58 verschlossen. Bei einem Auslösen der Berstsicherung 59 zerbirst die Berstscheibe 58 aufgrund eines Überdrucks im Bereich der Druckentlastungsöffnung 56. Dann kann ein unerwünscht großer Druck über die Druckentlastungsöffnung 56 in dem Speicherzylinder 50 des Niederdruckspeichers 30 in die Umgebung abgebaut werden.
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Wenn eine Blase in dem als Blasenspeicher ausgeführten Hochdruckspeicher (40 in 1) platzt, wird eine große Gasmenge, insbesondere eine große Stickstoffmenge, in den Niederdruck gedrückt, die deutlich größer als das Speichervolumen in dem Speicherzylinder 50 des Niederdruckspeichers 30 ist. Deutlich größer bedeutet, dass die Stickstoffmenge, die beim Platzen der Blase im Hochdruckspeicher 40 in den Niederdruck gedrückt wird, etwa zwanzig- bis dreißigmal so groß wie das Volumen des Speicherzylinders 50 des Niederdruckspeichers 30 ist.
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Durch den damit verbundenen Überdruck im Niederdruckspeicher 30 wird die Berstsicherung 59 mit der Berstscheibe 58 ausgelöst. Die Berstscheibe 58 wird aufgrund des Druckanstiegs in dem Niederdruckspeicher 30 platzen, so dass das Gas, insbesondere der Stickstoff, im Niederdruck über die Druckentlastungsöffnung 56 in die Umgebung entspannen kann.
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Dabei wandert der Kolben 52 im Niederdruckspeicher 30 an seinen geometrischen Anschlag, wie es in 2 dargestellt ist. In diesem Fall kann bei herkömmlichen Niederdruckspeichern kein weiterer Druckabbau über Öl- oder Gasleckage stattfinden, da der Kolben 52 an seinem Anschlag den Niederdruck abdichtet.
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Aus diesem Grund ist die Berstsicherung 59 des Niederdruckspeichers 30 mit einer zusätzlichen Überdruckbegrenzungseinrichtung 60 kombiniert. Die Überdruckbegrenzungseinrichtung 60 umfasst einen Bypass 65, der das Speichervolumen beziehungsweise Hydraulikmediumvolumen 32 in dem Speicherzylinder 50 mit der Druckentlastungsöffnung 56 der Berstsicherung 59 verbindet, wenn sich der Kolben 52, wie es in 2 dargestellt ist, an seinem unteren Endanschlag befindet. Dann kann mit Druck beaufschlagtes Medium, insbesondere Hydraulikmedium und/oder Gas, aus dem Speichervolumen beziehungsweise Hydraulikmediumvolumen 32 des Niederdruckspeichers 30 über den Bypass 65 und die geöffnete Druckentlastungsöffnung 56 in die Umgebung entweichen.
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Der Bypass 65 umfasst eine Bypassausnehmung 70. Die Bypassausnehmung 70 wiederum umfasst eine Bypassnut 71, die sich in dem Speicherzylinder 50 des Niederdruckspeichers 30 parallel zur Längsachse 53 erstreckt. Die Bypassnut 71 hat in Richtung der Längsachse 53 eine etwas größere Abmessung als der Kolben 52.
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An ihrem in 2 oberen Ende mündet die Bypassnut 71 oberhalb des Kolbens 52 in das Hydraulikmediumvolumen 32 des Niederdruckspeichers 30. An ihrem in 2 unteren Ende mündet die Bypassnut 71 in einen Ringraum 72, der an der Speicherendscheibe 51 ausgespart ist. Mindestens eine Radialnut 73 verbindet den Ringraum 72 mit der Druckentlastungsöffnung 56 der Berstsicherung 59.
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Sobald der Kolben 52 im Niederdruckspeicher 30 in seinen in 2 dargestellten unteren Anschlag geht, wird der Bypass 65 zwischen der Ölseite 32 und der Gasseite 31 des Niederdruckspeichers 30 zu der in diesem Fall von der Berstscheibe 58 freigegebenen Druckentlastungsöffnung 56 freigegeben.
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Dann kann der restliche Überdruck auf der Niederdruckseite (6 in 1) abgebaut werden. Dabei sind die Folgen weiterer Öl- oder Gasleckagen in die Umgebung gefahrloser als bei einem Bersten des Niederdruckspeichers 30. Im normalen Betrieb des Hydrauliksystems wird die Bypassausnehmung 70 von dem Kolben 52 nicht freigegeben.
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Eine Federeinrichtung 75 mit einer Feder 76, die in einem Sackloch 77 der Speicherendscheibe 51 aufgenommen ist, dient zur Adaption einer Kolbengrenzposition. Durch die Feder 76 wird der Kolben 52 im normalen Betrieb des Hydrauliksystems so in dem Speicherzylinder 50 positioniert, dass der Bypass 65 nicht freigegeben wird, also verschlossen bleibt.
