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Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher zum Speichern eines Fluids, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Die
EP 0 901 439 B1 offenbart eine elektronisch steuerbare Fahrzeugbremsanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bremsfluid bereitstellenden Zylinder-/Kolbenanordnung, die durch Betätigen eines Bremspedals veranlasst wird, auf eine Bremse des Kraftfahrzeugs wirkendes Bremsfluid bereitzustellen.
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Des Weiteren ist der
EP 1 098 798 B1 eine hydraulische Ansteuereinheit für eine Kraftfahrzeugbremsanlage als bekannt zu entnehmen. Darüber hinaus ist aus der
DE 2 218 475 A1 ein Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuglenkungen bekannt.
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Außerdem ist der
DE 10 2011 081 494 A1 ein Verfahren zum Herstellen einer Balgfeder als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren ist aus der
DE 39 06 530 A1 eine blockiergeschützte, druckmittelbetätigte Bremsanlage mit Antriebsschlupfregelung bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckspeicher und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein Fluid besonders gewichtsgünstig gespeichert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Druckspeicher zum Speichern eines Fluids. Bei dem Fluid kann es sich um ein Gas oder aber vorzugsweise um eine Flüssigkeit handeln. Somit kann der Druckspeicher insbesondere genutzt werden, um hydraulische Energie zu speichern. Hierzu wird das beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildete Fluid unter Druck in dem Druckspeicher gespeichert.
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Der Druckspeicher weist darüber hinaus wenigstens ein Gehäuseelement auf, welches die Speicherkammer teilweise begrenzt. Mit anderen Worten ist die Speicherkammer teilweise durch das Gehäuseelement begrenzt. Vorzugsweise ist das Gehäuseelement eigensteif und somit formstabil. Mit anderen Worten ist das Gehäuseelement ein Festkörper und dabei eigensteif, wobei das Gehäuseelement vorzugsweise nicht gummielastisch verformbar ist. Der Druckspeicher weist außerdem einen Kolben auf, welcher die Speicherkammer teilweise begrenzt. Mit anderen Worten ist die Speicherkammer teilweise durch den Kolben begrenzt. Der Kolben ist vorzugsweise eigensteif und somit formstabil. Mit anderen Worten ist der Kolben ein Festkörper, welcher vorzugsweise eigensteif ist. Vorzugsweise ist der Kolben nicht gummielastisch, insbesondere nicht elastisch, verformbar. Dies bedeutet, dass der Kolben vorzugsweise keine elastisch verformbare Membran, sondern ein demgegenüber starrer, eigensteifer Festkörper ist. Der Kolben ist, insbesondere entlang einer Bewegungsrichtung, relativ zu dem Gehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar. Durch relativ zu dem Gehäuseelement erfolgendes Bewegen des Kolbens ist die Speicherkammer in ihrem Volumen veränderbar. Mit anderen Worten, da der Kolben die Speicherkammer teilweise begrenzt und relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere translatorisch, bewegbar ist, ist durch relativ zu dem Gehäuseelement erfolgendes Bewegen des Kolbens eine Volumenveränderung der Speicherkammer bewirkbar.
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Wird beispielsweise das Fluid in die Speicherkammer eingeleitet, so wird dadurch beispielsweise der Kolben in eine parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende erste Richtung relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere translatorisch, bewegt. Wird das Fluid beispielsweise aus der Speicherkammer abgeführt und somit herausgeleitet, so resultiert daraus beispielsweise eine relativ zu dem Gehäuseelement und in eine parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung erfolgende, insbesondere translatorische, Bewegung des Kolbens. Außerdem umfasst der Druckspeicher eine Balgfeder, welche durch Relativbewegungen zwischen dem Kolben und dem Gehäuseelement elastisch verformbar ist. Wird beispielsweise der Kolben in die erste Richtung relativ zu dem Gehäuseelement bewegt, so wird dadurch die eine, insbesondere mechanische, Feder bildende Balgfeder gespannt. Hierdurch kann beispielsweise das in die Speicherkammer eingeleitete Fluid unter Druck in den Druckspeicher gespeichert werden. Durch Spannen der Balgfeder stellt diese eine Federkraft bereit, welche beispielsweise, insbesondere über den Kolben, sowie vorzugsweise entlang der Bewegungsrichtung und dabei beispielsweise in die zweite Richtung auf das in der Speicherkammer aufgenommene Fluid wirkt.
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Aus der Federkraft resultiert ein auf das in der Speicherkammer aufgenommene Fluid wirkender Druck, mit welchem das Fluid in der Speicherkammer und somit in dem Druckspeicher zu speichern ist beziehungsweise gespeichert wird. Durch das in der Speicherkammer aufgenommene und dadurch gespeicherte Fluid wird beispielsweise die Balgfeder gespannt gehalten. Wird beispielsweise das Fluid dann aus der Speicherkammer abgeführt, das heißt wird ein Ausströmen des Fluids aus der Speicherkammer zugelassen, so kann sich in der Folge die Balgfeder zumindest teilweise entspannen. Hierdurch wird beispielsweise der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere in die zweite Richtung, bewegt. Mit anderen Worten wird beispielsweise durch Entspannen der Balgfeder der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere in die zweite Richtung, und vorzugsweise translatorisch bewegt. Dadurch kann beispielsweise das Fluid mit dem zuvor genannten Druck von dem Druckspeicher bereitgestellt und für wenigstens eine Anwendung genutzt werden.
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Um nun das Fluid auf besonders gewichtsgünstige Weise in dem Druckspeicher speichern zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Balgfeder aus einem faserverstärkten Kunststoff, das heißt aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), gebildet ist. Daher wird die Balgfeder auch als FKV- Balgfeder oder FKV- Balgfeder bezeichnet.
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Die Balgfeder ist ein elastisch verformbarer Falten- oder Federbalg, welcher durch relativ zu dem Gehäuseelement erfolgende, insbesondere translatorische, Bewegungen des Kolbens elastisch verformbar und dadurch beispielsweise zu spannen ist. In gespanntem Zustand stellt der als die Balgfeder ausgebildete Faltenbalg die zuvor genannte Federkraft bereit. Da die Balgfeder nun aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, kann einerseits das Gewicht des Druckspeichers besonders gering gehalten werden. Somit kann der erfindungsgemäße Druckspeicher als ein Leichtbaudruckspeicher zur Speicherung von, insbesondere hydraulischer, Energie ausgebildet sein. Andererseits weist ein faserverstärkter Kunststoff und somit der faserverstärkte Kunststoff, aus welchem die Balgfeder gebildet ist, ein besonders hohes spezifisches Energieaufnahmevermögen auf. Dadurch kann das vorzugsweise als Flüssigkeit ausgebildete Fluid mit einem sehr hohen Druck in dem Druckspeicher gespeichert werden, wobei gleichzeitig der Bauraumbedarf und das Gewicht des Druckspeichers besonders gering gehalten werden können.
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Grundsätzlich wäre es denkbar, die Balgfeder derart auszugestalten, dass die Balgfeder einen, vorzugsweise dünnen, Metallkern aufweist. Der Metallkern ist ein Kern, welcher aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Der Metallkern ist beispielsweise in einen Kunststoff eingebettet und somit von dem Kunststoff, insbesondere allumfangsseitig, umgeben. Insbesondere ist der Kern mit dem Kunststoff umspritzt. Bei dem Kunststoff kann es sich insbesondere um den zuvor genannten faserverstärkten Kunststoff handeln. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn die Balgfeder frei von einem Metallkern und somit zumindest nahezu ausschließlich aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Dadurch können das Gewicht und der Bauraumbedarf der Balgfeder und somit des Druckspeichers insgesamt besonders gering gehalten werden. Außerdem kann ein besonders hohes spezifisches Energieaufnahmevermögen der Balgfeder realisiert werden, sodass das Fluid besonders bauraumgünstig mit einem hohen Druck in der Speicherkammer gespeichert werden kann.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Druckspeicher finden in unterschiedlichen Technikbereichen Anwendung. Meist dienen die Druckspeicher zur Speicherung hydraulischer Energie. Oft werden hierzu federbelastete Kolbenspeicher eingesetzt. Außerdem ist es denkbar, bei einem Kolbendruckspeicher eine Gasfeder, eine Tellerfeder oder eine Schraubendruckfeder zu verwenden, um den jeweiligen Kolben vorzuspannen, das heißt federzubelasten.
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Gasfedern sind gewichtsgünstig, weisen jedoch eine starke Temperaturabhängigkeit auf. Weiterhin ist ein die jeweilige Gasfeder bildendes Gas, welches in der Regel Stickstoff ist, flüchtig. In der Folge kann es durch Permeation zu Druckverlusten über die Lebenszeit kommen. Bei Tellerfederspeichern kommen Tellerfedern zum Einsatz. Der nutzbare Federweg einer solchen, einzelnen Tellerfeder ist jedoch sehr gering. Um einen für einen Druckspeicher erforderlichen, hinreichend großen Federweg zu realisieren, müssen üblicherweise mehrere Tellerfedern aufeinander gestapelt werden. Daraus resultiert eine Tellerfedersäule. Zur Führung einer Tellerfedersäule bedarf es eines Dorns oder einer Hülse, sodass ein solcher Tellerfederspeicher einen großen Bauraumbedarf und/oder ein großes Gewicht, eine große Teileanzahl und hohe Kosten aufweist. Außerdem sind Reibungsverhalten und die Masse solcher Tellerfederspeicher ungünstig. Metallische Schraubendruckfedern sind ebenfalls gewichtsintensiv und neigen zum Ausknicken. Daher werden auch hierfür Führungen und Federteller benötigt. Dies führt zu einer hohen Teileanzahl und somit zu hohen Kosten, einen hohen Bauraumbedarf und zu einem hohen Gewicht.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch den erfindungsgemäßen Druckspeicher vermieden werden. Da der erfindungsgemä-ße Druckspeicher die Balgfeder nutzt, um den Kolben vorzuspannen, das heißt federzubelasten und somit einen Druck auf das zu speichernde Fluid auszuüben beziehungsweise einen Druck des Fluids einzustellen, kann das Gewicht des Druckspeichers besonders gering gehalten werden. Ein Verfahren zum Herstellen einer FKV-Balgfeder ist beispielsweise der
DE 10 2014 222 978 A1 als bekannt zu entnehmen.
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Um das Gewicht des Druckspeichers besonders gering halten zu können, ist es vorgesehen, dass der Kolben separat von der Balgfeder ausgebildet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit der Balgfeder verbunden ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Kolben auch separat von dem Gehäuseelement ausgebildet ist.
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Um auf bauraumgünstige Weise einen besonders großen Bewegungsbereich realisieren zu können, in welchem der Kolben relativ zu dem Gehäuse, insbesondere translatorisch, bewegbar ist, ist es außerdem vorgesehen, dass der Kolben mit einer mit dem Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere translatorisch, mitbewegbaren Kolbenstange verbunden ist, welche einen geringeren Außenumfang, insbesondere einen geringeren Außendurchmesser, als der Kolben aufweist. Dabei ist der Kolben unter Vermittlung der Kolbenstange mit der Balgfeder verbunden. Die Kolbenstange ist beispielsweise einstückig mit dem Kolben ausgebildet. Alternativ ist es denkbar, dass die Kolbenstange separat von dem Kolben ausgebildet und mit dem Kolben verbunden ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Balgfeder als eine Zugfeder ausgebildet ist, welche eine durch ein Einleiten des Fluids in die Speicherkammer bewirkbare und relativ zu dem Gehäuseelement erfolgende, insbesondere translatorische, Bewegung des Kolbens expandierbar und dadurch zu spannen und auf Zug belastbar ist. Mit anderen Worten ist unter dem Merkmal, dass die Balgfeder vorzugsweise als eine Zugfeder ausgebildet ist, zu verstehen, dass dann, wenn das Fluid in die Speicherkammer eingeleitet wird, der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere in die erste Richtung, derart bewegt wird, dass hierdurch die als Zugfeder ausgebildete Balgfeder mittels des Kolbens expandiert, das heißt gedehnt und dadurch gespannt und, insbesondere ausschließlich, auf Zug und nicht etwa auf Druck belastet wird. Hierdurch können Führungselemente zum Führen der Balgfeder vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Druckspeichers in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Außerdem können die Komplexität und die innere Reibung des Druckspeichers vermieden werden, sodass der Druckspeicher einfach und somit kostengünstig hergestellt und das Fluid besonders energieeffizient gespeichert werden kann.
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Das Merkmal, dass die Balgfeder aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, ist auch insofern vorteilhaft, dass der Druckspeicher besonders sicher betrieben werden kann. Durch die Ausgestaltung der Balgfeder aus FKV bricht die einfach auch als Feder bezeichnete Balgfeder nicht komplett, sodass auch bei einem etwaigen Schaden der Balgfeder eine Restfederkraft bestehen bleibt, die von der Balgfeder bereitgestellt wird. Dadurch kann eine Art Notlauf oder Notfunktion des Druckspeichers sichergestellt werden. Außerdem weist der faserverstärkte Kunststoff eine sehr hohe Energiespeicherdichte und eine sehr geringe Temperaturabhängig auf und ist korrosionsunanfällig. Des Weiteren kann eine Federkennlinie des Druckspeichers durch eine entsprechende Formgebung der Balgfeder gut beeinflusst, das heißt bedarfsgerecht eingestellt werden. Außerdem ist eine zumindest nahezu konstante Federkraft über dem Federweg darstellbar. Mit anderen Worten ist die zuvor genannte, von der Balgfeder bereitgestellte oder bereitstellbare Federkraft in einem gesamten Bewegungsbereich, in welchem der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere translatorisch, bewegbar ist, zumindest nahezu konstant. Durch die vorzugsweise vorgesehene Ausgestaltung der Balgfeder als Zugfeder ist eine definierte Federvorspannung des Kolbens möglich, da eine Zugfeder gegenüber einer Druckfeder vorgespannt auslegbar ist. Außerdem kann durch den erfindungsgemäßen Druckspeicher gegenüber einem Gasdruckspeicher eine geringe Hysterese realisiert werden. Aufgrund der geringen Temperaturabhängigkeit der Balgfeder gegenüber einer Gasfeder sind beispielsweise das als Zylinder ausgebildete Gehäuseelement und der Kolben deutlich kleiner auslegbar, was insbesondere für Anwendungen in Bereichen mit einer großen Temperaturspanne wie beispielsweise in einem Getriebe besonders vorteilhaft ist. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Öl beziehungsweise um eine Hydraulikflüssigkeit handeln, mittels welchem beziehungsweise welcher eine Antriebskomponente eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs zu schmieren und/oder zu kühlen und/oder zu betätigen ist. Bei der Antriebskomponente handelt es sich beispielsweise um das zuvor genannte Getriebe.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Balgfeder separat von dem Gehäuseelement ausgebildet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit der Balgfeder verbunden ist. Dadurch können die Komplexität und somit die Kosten des Druckspeichers besonders gering gehalten werden.
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Der Kolben ist ein erstes Bauteil des Druckspeichers. Mit anderen Worten wird der Kolben auch als erstes Bauteil bezeichnet. Dabei ist das Gehäuseelement ein zweites Bauteil des Druckspeichers. Mit anderen Worten wird das Gehäuseelement auch als zweites Bauteil bezeichnet. Der Druckspeicher weist dabei ein separat von den Bauteilen ausgebildetes Dichtungselement auf, welches vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere aus einem Elastomer beziehungsweise Gummi, gebildet sein kann. Das Dichtungselement ist einerseits direkt an einem der Bauteile befestigt und andererseits direkt an dem anderen Bauteil abgestützt. Dadurch können die Bauteile gegeneinander besonders gut abgedichtet werden, sodass übermäßige Leckagen vermieden werden können.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das eine Bauteil eine Ausnehmung, insbesondere eine Nut, aufweist, in welcher zum Befestigen des Dichtungselements an dem einen Bauteil das Dichtungselement, insbesondere zumindest teilweise, aufgenommen ist. Beispielsweise ragt das Dichtungselement teilweise aus der Ausnehmung heraus, sodass das Dichtungselement andererseits direkt an dem anderen Bauteil abgestützt ist. Vorzugsweise ist das eine Bauteil der Kolben, wobei das andere Bauteil das Gehäuseelement ist. Alternativ ist es denkbar, dass das eine Bauteil das Gehäuseelement ist, sodass das andere Bauteil der Kolben ist.
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Um den Bauraumbedarf des Druckspeichers besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Kolben und/oder die Speicherkammer, insbesondere in jeder Stellung, in die der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement, insbesondere translatorisch, bewegbar ist, in der Balgfeder und vorzugsweise in dem Gehäuseelement, insbesondere vollständig, aufgenommen ist.
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Um auf bauraumgünstige Weise besonders große Federwege des Kolbens realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Kolben und/oder die Speicherkammer, insbesondere in jeder Stellung, in die der Kolben relativ zu dem Gehäuseelement bewegbar, insbesondere verschiebbar, ist, außerhalb der Balgfeder und dabei vorzugsweise in dem Gehäuseelement, insbesondere vollständig, angeordnet ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen erfindungsgemäßen Druckspeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckspeichers beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Längsschnittansicht eines nicht zur Erfindung gehörenden Druckspeichers gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Seitenansicht des Druckspeichers gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Längsschnittansicht des Druckspeichers gemäß einer zur Erfindung gehörenden, zweiten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Seitenansicht des Druckspeichers gemäß der zweiten Ausführungsform; und
- 5 ein Balkendiagramm zur Veranschaulichung einer Eigenschaft von faserverstärkten Kunststoffen gegenüber metallischen Werkstoffen.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen Druckspeicher 10 zum Speichern eines Fluids, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform. Dies bedeutet beispielsweise, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Druckspeicher 10 aufweist. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, welche mittels des Druckspeichers 10 beziehungsweise im Druckspeicher 10 unter Druck gespeichert wird beziehungsweise zu speichern ist. Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise einen Antriebsstrang auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Der Antriebsstrang umfasst dabei wenigstens eine Antriebskomponente, mittels welcher oder über welche das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Bei der Antriebskomponente handelt es sich beispielsweise um ein Getriebe. Der Druckspeicher 10 wird beispielsweise verwendet, um die Antriebskomponente mit dem in dem Druckspeicher 10 gespeicherten und vorzugsweise den Druck aufweisenden Fluid zu versorgen. Die Antriebskomponente wird mittels des Fluids beispielsweise gekühlt und/oder geschmiert und/oder betätigt. Unter dem Merkmal, dass die Antriebskomponente mittels des Fluids betätigt wird, kann insbesondere verstanden werden, dass wenigstens ein Bauelement der Antriebskomponente mittels des Fluids relativ zu einem Gehäuse der Antriebskomponente, insbesondere translatorisch, bewegt und somit betätigt wird.
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Der Druckspeicher 10 weist eine Speicherkammer 12 auf, in welcher das Fluid unter Druck zu speichern ist beziehungsweise gespeichert wird. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, weist die Speicherkammer 12 ein veränderbares Volumen auf, welches beispielsweise in 1 minimal ist. Der Druckspeicher 1 umfasst dabei ein eigensteifes und nicht gummielastisch verformbares Gehäuseelement 14, durch welches die Speicherkammer 12 teilweise begrenzt ist. Das Gehäuseelement 14 umfasst beispielsweise einen Zylinder 16, dessen Inneres 18 in axialer Richtung des Zylinders 16 auf wenigstens einer Seite durch einen Boden 20 des Gehäuseelements 14 begrenzt ist. Der Boden 20 ist vorzugsweise einstückig mit dem Zylinder 16 ausgebildet. Dabei ist die Speicherkammer 12 zumindest ein Teil des Inneren 18 des Zylinders 16 und dabei teilweise durch den Zylinder 16 und den Boden 20 begrenzt.
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Das Gehäuseelement 14 weist wenigstens einen Anschluss 22 auf, welcher wenigstens oder genau eine Durchgangsöffnung 24 aufweist. Die Durchgangsöffnung 24 mündet einerseits in die Speicherkammer 12 und andererseits an eine Umgebung 26 des Druckspeichers 10. Die Durchgangsöffnung 24 ist ein Kanal, durch welchen das Fluid hindurchströmen kann. Über die Durchgangsöffnung 24 ist das Fluid in die Speicherkammer 12 einleitbar. Außerdem kann das in der Speicherkammer 12 aufgenommene Fluid über den Kanal 24 und somit über den Anschluss 22 aus der Speicherkammer 12 abgeführt beziehungsweise herausgeführt und somit herausgeleitet werden.
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Der Druckspeicher 10 weist darüber hinaus einen eigensteifen und nicht gummielastisch verformbaren Kolben 28 auf, welcher relativ zu dem Gehäuseelement 14 entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulichten Bewegungsrichtung translatorisch bewegbar und somit verschiebbar ist. Der Kolben 28 begrenzt die Speicherkammer 12 teilweise, sodass das Volumen der Speicherkammer 12 dadurch veränderbar ist, dass der Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben wird. Insbesondere ist der Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 in einem auch als Verstellbereich bezeichneten Bewegungsbereich verschiebbar, wobei der Bewegungsbereich durch zwei Endstellungen des Kolbens 28 begrenzt ist. Der Kolben 28 kann dabei von Endstellung zu Endstellung, nicht jedoch über die jeweilige Endstellung hinaus entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben werden. In 1 ist eine erste der Endstellungen des Kolbens 28 gezeigt. In der ersten Endstellung ist das Volumen der Speicherkammer 12 bezogen auf den Verstellbereich und somit auf die Stellung, in die der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben werden kann, minimal, wobei die jeweilige Stellung zu dem Verstellbereich beziehungsweise Bewegungsbereich gehört und somit eine Stellung des Bewegungsbereichs ist. In der in den Fig. nicht gezeigten zweiten Stellung ist das Volumen der Speicherkammer 12 maximal, insbesondere bezogen auf jede Stellung des Verstellbereichs. In der zweiten Endstellung ist der Kolben 28 bezogen auf jede Stellung des Bewegungsbereichs entlang der Bewegungsrichtung maximal von dem Boden 20 beabstandet. In der ersten Endstellung ist der Kolben 28 bezogen auf jede Stellung des Bewegungsbereichs entlang der Bewegungsrichtung am nächsten zu dem Boden 20 angeordnet.
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Wird beispielsweise der Kolben 28 ausgehend von der ersten Endstellung in eine parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende und in 1 durch einen Pfeil 32 veranschaulichte erste Richtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben und dabei von dem Boden 20 weggeschoben, so wird dadurch eine Vergrößerung des Volumens der Speicherkammer 12 bewirkt. Wird jedoch beispielsweise der Kolben 28 ausgehend von der zweiten Endstellung in eine parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufende, der ersten Richtung entgegengesetzte und in 1 durch einen Pfeil 34 veranschaulichte zweite Richtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben und dabei auf den Boden 20 zugeschoben, so geht damit eine Verkleinerung des Volumens des Speicherkammer 12 einher.
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Der Druckspeicher 10 weist darüber hinaus eine Balgfeder 36 auf, welche durch entlang der Bewegungsrichtung erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Kolben 28 und dem Gehäuseelement 14 elastisch verformbar und dadurch zu spannen ist. Wird beispielsweise das Fluid über die Durchgangsöffnung 24 und somit über den Anschluss 22 in die Speicherkammer 12 eingeleitet, so wird dadurch der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 in die erste Richtung verschoben. Hierdurch wird die Balgfeder 36 gespannt. In der Folge stellt die Balgfeder 36 eine Federkraft bereit, die über den Kolben 28 auf das in der Speicherkammer 12 aufgenommene Fluid wirkt und somit einen auf das in der Speicherkammer 12 aufgenommene Fluid wirkenden Druck des in der Speicherkammer 12 aufgenommenen Fluids bewirkt. Wird das in der Speicherkammer 12 aufgenommene und den Druck aufweisende Fluid über die Durchgangsöffnung 24 und somit über den Anschluss 22 aus der Speicherkammer 12 herausgeleitet, so kann sich in der Folge die Balgfeder 36 zumindest teilweise entspannen. Hierdurch wird der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 in die zweite Richtung verschoben, sodass der Druckspeicher 10 das den Druck aufweisende Fluid über die Durchgangsöffnung 24 bereitstellt.
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Um nun das Gewicht und den Bauraumbedarf des Druckspeichers 10 besonders gering halten zu können, ist die Balgfeder 36, insbesondere zumindest überwiegend und vorzugsweise vollständig, aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Bei dem faserverstärkten Kunststoff handelt es sich beispielsweise um einen kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder um einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK). Außerdem ist die Balgfeder 36 als eine Zugfeder ausgebildet, welche dadurch, dass durch Einleiten des Fluids in die Speicherkammer 12 der Kolben 28 in die zweite Richtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben wird, expandiert und dadurch gespannt und auf Zug belastet wird.
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Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass der Kolben 28 außenumfangsseitig zumindest überwiegend als Zylinder ausgebildet ist. Ein erster Längenbereich einer in axialer Richtung des Kolbens 28 verlaufenden Länge des Kolbens 28, dessen axiale Richtung mit der Bewegungsrichtung zusammenfällt, ist massiv ausgebildet und bildet einen, insbesondere massiven, Boden 38 des Kolbens 28. Ein sich in axialer Richtung des Kolbens 28 an den ersten Längenbereich anschließender zweiter Längenbereich der Länge des Kolbens 28 ist hohl ausgebildet und beispielsweise in die zweite Richtung durch den Boden 38 begrenzt beziehungsweise verschlossen. Der Kolben 28 an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, ist derart ausgebildet, dass der zweite Längenbereich in die erste Richtung offen und somit unbegrenzt ist. Dabei erstreckt sich der zweite Längenbereich über mehr als die Hälfte der Länge. Mit anderen Worten beträgt der zweite Längenbereich mehr als die Hälfte der gesamten Länge. In der in 1 gezeigten ersten Endstellung ist der Kolben 28 zumindest überwiegend in dem Gehäuseelement 14, insbesondere in dem Zylinder 16, aufgenommen. In der zweiten Endstellung ist der Kolben 28 vorzugsweise überwiegend außerhalb des Gehäuseelements 14, insbesondere des Zylinders 16, angeordnet. Der Kolben 28 ist dabei separat von dem Gehäuseelement 14 und separat von der Balgfeder 36 ausgebildet. Außerdem ist der Kolben 28, insbesondere der zweite Längenbereich, zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit der Balgfeder 36 verbunden. Die Balgfeder ist außerdem zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäuseelement 14 verbunden. Dadurch wird die Balgfeder 36 dann, wenn der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben wird, mit dem Kolben 28 zumindest teilweise mitbewegt und somit expandiert beziehungsweise gedehnt und gespannt.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Kolben 28, insbesondere in dem ersten Längenbereich, eine Ausnehmung in Form einer Nut 40 auf. Dabei umfasst der Druckspeicher 10 ein separat von der Balgfeder 36, separat von dem Kolben 28 und separat von dem Gehäuseelement 14 ausgebildetes und beispielsweise als O-Ring ausgebildetes Dichtungselement 40, welches teilweise in der Ausnehmung (Nut 40) aufgenommen ist und teilweise, insbesondere in radialer Richtung des Kolbens 28, aus der Nut 40 herausragt. Dabei ist das Dichtungselement 42 insbesondere in radialer Richtung des Kolbens 28 nach außen in direkt an dem Gehäuseelement 14, insbesondere an dem Zylinder 16, abgestützt. Hierdurch ist das Dichtungselement 42 an dem Kolben 28 befestigt und somit mit dem Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 translatorisch mitbewegbar. Werden somit der Kolben 28 und mit diesem das Dichtungselement 42 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben, so gleitet das Dichtungselement 42 an dem Gehäuseelement 14, insbesondere an dem Zylinder 16 und ganz insbesondere an einer in radialer Richtung des Kolbens 28 dem Kolben 28 zugewandten, innenumfangsseitigen Mantelfläche 44 des Zylinders 16, ab. Alternativ dazu wäre es denkbar, dass das Dichtungselement 42, welches beispielsweise als eine Dichtung ausgebildet ist, an dem Gehäuseelement 14 befestigt ist, sodass der Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 und relativ zu dem an dem Gehäuseelement 14 befestigten Dichtungselement 42 translatorisch bewegbar ist. Wird dann der Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 und insbesondere relativ zu dem Dichtungselement 42 bewegt, so gleitet dann das Dichtungselement 42 an dem Kolben 28, insbesondere an einem in radialer Richtung des Kolbens 28 nach außen hin dem Gehäuseelement 14, insbesondere dem Zylinder 16 und ganz insbesondere der innenumfangsseitigen Mantelfläche 44 zugewandte, außenumfangsseitige Mantelfläche 46 des Kolbens 28, an dem Dichtungselement 42 ab. Dies erfolgt dann ähnlich eines Kolbens in einem Bremssattel einer Reibbremse eines Kraftfahrzeugs.
Bei der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform des Druckspeichers 10 ist eine radiale Anordnung des Kolbens 28 und des Gehäuseelements 14 bezogen auf die Balgfeder 36 vorgesehen. Dies bedeutet, dass der Kolben 28 und die Speicherkammer 12 in jeder Stellung, in die der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschiebbar ist, in der Balgfeder 36, insbesondere vollständig, aufgenommen sind. Vorzugsweise ist das Gehäuseelement 14 zumindest überwiegend in der Balgfeder 36 aufgenommen. Insbesondere ist der Zylinder 16 vollständig in der Balgfeder 36 aufgenommen. Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass die Balgfeder 36 ein Faltenbalg ist, welcher dadurch, dass der Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschoben wird, elastisch verformbar ist und dadurch die zuvor genannte Federkraft bereitstellen kann.
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3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des Druckspeichers 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine axiale Anordnung der Balgfeder 36 bezogen auf den Kolben 28 und das Gehäuseelement 14 vorgesehen. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Kolben 28 in jeder Stellung, in die der Kolben 28 relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschiebbar ist, außerhalb der Balgfeder 36 und innerhalb des Gehäuseelements 14, insbesondere vollständig, angeordnet. Dabei ist die Balgfeder 36 zumindest überwiegend außerhalb des Gehäuseelements 14 angeordnet beziehungsweise das Gehäuseelement 14 ist zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, außerhalb der Balgfeder 36 angeordnet. Außerdem ist es vorgesehen, dass die Balgfeder 36 und das Gehäuseelement 14 koaxial zueinander angeordnet sind, wobei sich das Gehäuseelement 14 in axialer Richtung des Kolbens 28 beziehungsweise entlang der Bewegungsrichtung zumindest überwiegend an die Balgfeder 36 anschließt.
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Während beispielsweise bei der ersten Ausführungsform der Kolben 28 direkt mit der Balgfeder 36 verbunden ist, ist es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass der Kolben 28 über eine Kolbenstange 48 mit der Balgfeder 36 verbunden ist. Die Kolbenstange 48 ist außenumfangsseitig beispielsweise zylindrisch ausgebildet. Die Kolbenstange 48 ist mit dem Kolben 28 verbunden und somit mit dem Kolben 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuseelement 14 verschiebbar. Die Kolbenstange 48 kann einstückig mit dem Kolben 28 ausgebildet sein, oder der Kolben 28 und die Kolbenstange 48 sind separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten.
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Besonders gut aus 4 ist erkennbar, dass das Gehäuseelement 14 zumindest überwiegend außerhalb der Balgfeder 36 angeordnet ist und sich in axialer Richtung des Kolbens 28 zumindest überwiegend an die Balgfeder 36 anschließt. Insbesondere kann die Anordnung der einfach auch als Feder bezeichneten Balgfeder 36 insbesondere je nach verfügbarem Bauraum variieren und somit radial oder axial erfolgen.
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Wird über den Anschluss 22 das Fluid in die auch als Fluidraum bezeichnete Speicherkammer 12 eingeleitet, insbesondere gepresst, so beaufschlagt das in die Speicherkammer 12 einströmende Fluid eine wirksame Kolbenfläche 50 des Kolbens 28. Die wirksame Kolbenfläche 50 erstreckt sich in einer Ebene, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung verläuft. In der Folge wird der Kolben 28 über seine wirksame Kolbenfläche 50 mit Druck beaufschlagt. Der Kolben 28 verschiebt sich durch den auf ihn wirkenden Druck in die erste Richtung und somit entgegen der von der Balgfeder 36 bereitgestellten Federkraft. Der Moment beziehungsweise der Druck, in beziehungsweise ab dem sich der Kolben 28 ausgehend von der ersten Endstellung von dem Boden 20 abhebt, lässt sich durch Vorspannen der Balgfeder 36, das heißt durch deren Federvorspannung, einstellen. Dabei weist die Balgfeder 36 ihre Federvorspannung in der ersten Endstellung des Kolbens 28 auf. Dabei kann die Balgfeder 36 bereits mit Vorspannung gefertigt und/oder durch ihren Einbau vorgespannt werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Kolben 28 und/oder die Kolbenstange 48, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff beziehungsweise aus einem Kompositwerkstoff gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Gehäuseelement 14, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aus einem faserverstärkten Kunststoff beziehungsweise aus einem Kompositwerkstoff gebildet sein. Dadurch kann das Gewicht des Druckspeichers 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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5 zeigt ein Schaubild, auf dessen Abszisse 52 das spezifische Energieaufnahmevermögen von Werkstoffen, insbesondere in der Einheit Joule pro Gramm, aufgetragen ist. Ein in das in 5 gezeigte Diagramm eingetragener Balken 54 veranschaulicht das spezifische Energieaufnahmevermögen von kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einem Faservolumenanteil von 60 Prozent. Ein Balken 56 veranschaulicht das spezifische Energieaufnahmevermögen eines glasfaserverstärkten Kunststoffes mit einem Faservolumenanteil von 60 Prozent. Ein Balken 58 veranschaulicht das spezifische Energieaufnahmevermögen eines zweiten glasfaserverstärkten Kunststoffes mit einem Faservolumenanteil von 60 Prozent. Ein Balken 60 veranschaulicht das spezifische Energieaufnahmevermögen von Federstahl, und ein Balken 62 veranschaulicht das spezifische Energieaufnahmevermögen von Titan. Aus 5 ist erkennbar, dass faserverstärkte Kunststoffe, welche auch als Faserverbundkunststoffe bezeichnet werden, ein enorm hohes spezifisches Energieaufnahmevermögen im Vergleich zu metallischen Werkstoffen aufweisen. Verantwortlich hierfür ist die Kombination aus hoher Festigkeit und hoher Bruchdehnung der Faserverstärkung. Insgesamt ist erkennbar, dass durch die Ausgestaltung zumindest der Balgfeder 36 aus einem faserverstärkten Kunststoff das Gewicht des Druckspeichers 10 besonders gering gehalten werden kann. Außerdem kann das Fluid mit einem hohen Druck in der Speicherkammer 12 gespeichert werden.
