DE3139600C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenspeicher entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Kolbenspeicher der vorgenannten Art hat einen fliegend gelagerten Kolben, der den unter einem bestimmten Druck stehenden Gasraum von dem Flüssigkeitsraum trennt (Werner Dieter "Ölhydraulikfibel", Krausskopf-Verlag Wiesbaden, 1960, Seite 202). In der deutschen Zeitschrift o & p "ölhydrau­ lik und pneumatik" 22 (1978) Nr. 4 ist auf Seite 197 ein Schaltplan einer Hydraulikanlage dargestellt, die der Energie­ rückgewinnung beim Abbremsen eines Fahrzeuges dient und die einen Hochdruck-Blasenspeicher und einen davon getrennten Niederdruck-Blasenspeicher aufweist. Beim Betrieb derartiger Hydraulikanlagen hat sich gezeigt, daß die Verwendung von Blasenspeichern auf Grund von Volumenveränderungen in diesen Speichern, die durch Temperaturschwankungen od. dgl. bedingt sind, nicht zu optimalen Ergebnissen führt. Mit dem Kolbenspeicher der gattungsgemäßen Art könnte man diese Blasenspeicher nicht ersetzen, da er nur einen einen Gasraum von einem Flüssigkeitsraum trennenden Kolben aufweist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kolbenspeicher der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die an einer Stelle in den Kolbenspeicher eingespeiste Flüssigkeitsmenge aus diesem an anderer Stelle zugleich entnommen werden kann und umgekehrt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kolbenspeicher durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Infolge der Verbindung der beiden Kolben mittels der Kolbenstange führen beide Kolben jeweils die gleiche Bewegung gegenüber dem sie jeweils umgebenden Zylindermantel aus. Eine der zum Bewegen des ersten Kolbens in den diesen Kolben umgebenden Zylindermantel eingespeisten Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssigkeitsmenge wird beim Bewegen des ersten Kolbens vom zweiten Kolben aus dem diesen umgebenden Zylindermantel verdrängt und umgekehrt. Hierdurch ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Kolbenspeicher die beiden Blasenspeicher in einer Hydraulikanlage, die der Energierückgewinnung beim Abbremsen eines Fahrzeuges dienen, ohne weiteres zu ersetzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8.

Die Merkmale des Anspruchs 4 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß aus dem dem ersten Kolben zugeordneten Gaspolster Gas in den durch den Kolben getrennten angrenzenden Flüssigkeits­ raum eindringen kann.

In der Zeichnung ist ein Kolbenspeicher als Ausführungsbei­ spiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt,

Fig. 2 ein Schaltbild.

Ein erster Kolben 1 ist mittels einer Kolbenstange 2 mit einem zweiten Kolben 3 fest verbunden. Der erste Kolben 1 ist in einem ersten Zylindermantel 4 und der zweite Kolben 3 ist in einem zweiten Zylindermantel 5 bewegbar. Die beiden Kolben 1, 3 haben jeweils gleiche Außendurchmesser und die Zylindermäntel 4 und 5 jeweils gleiche Innendurchmesser und sind infolge der festen Verbindung durch die Kolbenstange 2 jeweils in gleicher Weise zusammen bewegbar. Zwischen den beiden Zylinder­ mänteln 4 und 5 ist ein Zylinderdeckel 6 sowohl für den ersten Zylindermantel 4 als auch für den zweiten Zy­ lindermantel 5 vorgesehen. Der Zylinderdeckel 6 hat zwei radiale Flüssigkeitsanschlüsse 7 und 8, wovon der Flüssigkeitsanschluß 7 mit einer Flüssigkeitskammer 9 verbunden ist, die von dem ersten Kolben 1, dem ersten Zylindermantel 4 und dem Zylinderdeckel 6 begrenzt ist und wovon der Flüssigkeitsanschluß 8 mit einer Flüs­ sigkeitskammer 10 verbunden ist, die vom zweiten Kolben 3, vom zweiten Zylindermantel 5 und vom Zylinderdeckel 6 begrenzt ist. Der Zylinderdeckel 6 ist von der Kol­ benstange 2 durchsetzt. Der Spalt zwischen der Kolben­ stange 2 und dem Zylinderdeckel 6 ist durch eine erste Stopfbuchse 11 abgedichtet, auf die ein vorstehender Bund einer am Zylinderdeckel 6 befestigbaren Druck­ scheibe 12 drückt. Der Spalt zwischen der Druckscheibe 12 und der Kolbenstange 2 ist durch eine zweite Stopf­ buchse 13 abgedichtet, auf die ein vorstehender Bund einer an der Druckscheibe 12 befestigten Druckscheibe 45 drückt. Zwischen den beiden Stopfbuchsen 11, 13 ist eine im Zylinderdeckel 6 und in der Druckscheibe 12 radial nach außen geführte und mit einem nicht darge­ stellten Vorratsbehälter verbundene Entlastungsbohrung 46 angeordnet.

Der Flüssigkeitskammer 9 liegt eine vom ersten Kolben 1 getrennte und vom Zylindermantel 4 und einem Zylin­ derdeckel 14 begrenzte erste Gaskammer 15 gegenüber. In einer Bohrung 16 des Zylinderdeckels 14 ist ein nicht dargestelltes Gasventil einschraubbar, mit dem die erste Gaskammer 15 mit einem unter Druck stehenden Gas, insbesondere Stickstoff, gefüllt werden kann.

Der zweiten Flüssigkeitskammer 10 liegt eine vom zwei­ ten Kolben 3 getrennte und von dem zweiten Zylinder­ mantel 5 und einem Zylinderdeckel 17 begrenzte zweite Gaskammer 18 gegenüber. In dem Zylinderdeckel 17 be­ findet sich eine Bohrung 19 für den Anschluß an eine Niederdruckgasquelle. Beim Ausführungsbeispiel ist die zweite Gaskammer 18 über ein in die Bohrung 19 einge­ schraubtes Luftfilter 20 mit der Umgebungsluft ver­ bunden. Die beiden Zylinderdeckel 14 und 17 sind die endseitigen Begrenzungen des Kolbenspeichers und jeweils mittels Ringschrauben in den sie aufnehmenden Zylindermänteln 4 bzw. 5 befestigt.

In den ersten Kolben 1 ist ein abgestufter Schraubbol­ zen 21 eingesetzt, der mittels einer Mutter 22 im ersten Kolben 1 unter Verwendung von Dichtringen dicht befestigt ist. An einem auf der von der Mutter 22 abgewandten Seite des Schraubbolzens 21 angebrachten Gewindestück 23 ist die hohle Kolbenstange 2 befestigt. Das Gewindestück 23 und eine etwa bis zur Mitte des Schraubbolzens 21 reichende Bohrung 24 ist mit einer radial nach außen geführten Querbohrung 25 verbunden, die in eine Ringnut auf dem Außenumfang des Schraub­ bolzens 21 mündet. Zu dieser Ringnut ist eine im we­ sentlichen radial verlaufende Schrägbohrung 26 im ersten Kolben 1 geführt, die von einer auf dem Außen­ umfang und etwa in der Mitte des ersten Kolbens 1 angeordneten Ringnut 27 ausgeht. Die Ringnut 27 liegt zwischen üblichen Dichtringen 28 und 29 des ersten Kolbens 1. Dieser hat auf seiten der Kolbenstange 2 einen kegelstumpfförmigen Vorsprung 50, dessen größter Durchmesser gleich dem Durchmesser einer dem Vorsprung zu offenen, koaxialen zylindrischen Bohrung 51 im Zylinderdeckel 6 ist, wodurch die Bewegung des ersten Kolbens 1 gedämpft wird, wenn dieser sich dem Zylin­ derdeckel 6 nähert und in die Bohrung 51 einzudringen beginnt.

Der Spalt zwischen dem zweiten Kolben 3 und dem zweiten Zylindermantel 5 ist in üblicher Weise mittels Dicht­ ringen abgedichtet. Zur Befestigung des mit Spiel auf der Kolbenstange 2 angeordneten zweiten Kolbens 3 dient eine auf die Kolbenstange 2 aufgeschobene Haltescheibe 30, die auf seiten des Kolbens 2 an einer Schulter der Kolbenstange 2 ansteht und auf der davon abgewandten Seite mittels einer auf die Kolbenstange 2 aufge­ schraubten Haltemutter 31 festgelegt ist. Die Halte­ scheibe 30 ist mittels achsparallel zur Kolbenstange 2 angeordneter Halteschrauben 32 mit dem zweiten Kolben 3 verbunden. Der Spalt zwischen der Kolbenstange 2 und der Haltescheibe 30 und der Spalt zwischen der Halte­ scheibe 30 und dem zweiten Kolben 3 ist je durch einen Dichtring abgedichtet. Der zweite Kolben 3 hat eine achsparallele Bohrung 47, in die auf seiten der Gas­ kammer 18 eine Hohlschraube 48 eingeschraubt ist, zwischen der und dem Grund einer Aufnahmebohrung eine Berstscheibe 49 eingelegt ist, wodurch verhindert wird, daß die Niederdruckseite mit einem höheren Druck als dem vorgesehenen maximalen Betriebsüberdruck im Nie­ derspeicher beaufschlagt werden kann.

Steht die erste Gaskammer 15 unter Druck, so liegt der erste Kolben 1 an dem Zylinderdeckel 6 an. Wird durch den Flüssigkeitsanschluß 7 der Flüssigkeitskammer 9 Druckflüssigkeit zugeführt, deren Druck die von dem in der ersten Gaskammer 15 befindlichen Gas auf den ersten Kolben ausgeübte Kraft überwindet, so bewegt sich der erste Kolben 1 in Richtung zum Zylinderdeckel 14 und nimmt den zweiten Kolben 3 infolge der Verbindung der beiden Kolben 1 und 3 mittels der Kolbenstange 2 mit. Dadurch wird aus der zweiten Flüssigkeitskammer 10 eine Flüssigkeitsmenge entfernt, die der in die erste Flüs­ sigkeitskammer 9 eingespeisten Flüssigkeitsmenge ent­ spricht. Das Umgekehrte gilt, wenn aus der Flüssig­ keitskammer 9 unter der Wirkung des Gasdruckes in der ersten Gaskammer 15 Flüssigkeit entfernt und einer dieser Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssigkeits­ menge in die zweite Flüssigkeitskammer 10 eingespeist wird.

Der vorstehend beschriebene und in Fig. 1 dargestellte Kolbenspeicher ist in Fig. 2 im Zusammenhang mit einem geschlossenen Kreislauf gezeigt. Dieser hat eine steu­ erbare Pumpe 34, die über Leitungen 35 und 36 mit einem Motor 37 verbunden ist, der im Falle seines mechani­ schen Antriebes als Pumpe wirkt. Die erste Flüssig­ keitskammer 9 des Kolbenspeichers 33 ist mit der Lei­ tung 36 und die zweite Flüssigkeitskammer 10 des Kol­ benspeichers 33 ist mit der Leitung 35 verbunden. An die Leitung 36 ist ein Druckbegrenzungsventil 38 ange­ schlossen, dessen Auslaß mit der Leitung 35 verbunden ist.

Zur Aufrechterhaltung der Flüssigkeitsmenge im ge­ schlossenen Kreislauf 34 bis 37 dient eine Speisepumpe 39, die über eine Leitung 40 mit der Leitung 35 ver­ bunden ist und infolge Undichtigkeiten aus dem Kreis­ lauf abgeflossene Druckflüssigkeit ersetzt. An die Verbindung der Leitungen 35 und 40 ist ein Druckbe­ grenzungsventil 42 angeschlossen, dessen Auslaß über eine Leitung 43 mit einem Vorratsbehälter 44 verbunden ist, an den auch die Saugseite der Speisepumpe 39 angeschlossen ist.

Wird von der Pumpe 34 kein Druckmittel befördert, dann fördert die Speisepumpe 39 über das Druckbegrenzungs­ ventil 42 im wesentlichen in den Vorratsbehälter 44.

Wird von der Pumpe 34 Druckmittel über die Leitung 36 zum Motor 37 gefördert, so fördert die Speisepumpe 39 Druckflüssigkeit in die Leitung 35, wobei überschüssige Druckflüssigkeit über das Druckbegrenzungsventil 42 in den Vorratsbehälter 44 fließt.

Durch den Druck in der Leitung 36 wird der erste Kolben 1 des Kolbenspeichers 33 in die in der Zeichnung darge­ stellt Lage gebracht, wobei einer der in die Kammer 9 eingespeisten Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssig­ keitsmenge aus der Kammer 10 entfernt wird. Sinkt der Druck in der Leitung 36, so bewegt sich unter der Wirkung des Druckes in der ersten Gaskammer 15 der erste Kolben 1 in der Zeichnung nach links, wodurch aus der Flüssigkeitskammer 9 Druckflüssigkeit in die Lei­ tung 36 und aus der Leitung 35 Druckflüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 10 fließt. Wird infolge entsprechen­ der Vergrößerung der zweiten Flüssigkeitskammer 10 der Leitung 35 eine entsprechende Menge entnommen, so wird unter entsprechender Verkleinerung der ersten Flüssig­ keitskammer 9 Flüssigkeit in die Leitung 36 eingespeist und umgekehrt je nach der gleichen Bewegung der beiden Kolben 1 und 3.

Wenn der Motor 37 von außen in Gegendrehrichtung ange­ trieben und als Pumpe wirkt, so fördert er über die Leitung 36 Druckflüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 9, die dem Kreislauf durch Verkleinerung der zweiten Flüssigkeitskammer 10 über die Leitung 35 wieder zuge­ führt wird. Auf diese Weise kann Bremsenergie ausge­ nützt werden.

In der eingangs genannten deutschen Zeitschrift o & p "ölhydraulik und pneumatik" 22 (1978) Nr. 4 ist auf Seite 197 ein Schaltplan einer Hydraulikanlage dargestellt, die der Energierückgewinnung beim Abbremsen eines Fahrzeuges dient und die einen Hochdruck-Blasenspeicher und einen davon getrennten Niederdruck-Blasenspeicher aufweist. Anstelle der beiden Blasenspeicher kann der vorstehend beschriebene Kolbenspeicher verwendet werden, wobei der Flüssigkeitsanschluß für den Hochdruckblasenspeicher mit der ersten Flüssigkeitskammer 9 und der Flüssig­ keitsanschluß für den Niederdruck-Blasenspeicher mit der zweiten Flüssigkeitskammer 10 des vorstehend be­ schriebenen Kolbenspeichers 33 verbunden wird.

Claims (8)

1. Kolbenspeicher mit einem Zylindermantel (4), mit einem darin verschiebbaren Kolben (1), mit je einem auf jeder Seite des Kolbens (1) angeordneten Zylinderdeckel (6, 14), mit einem Druckgasanschluß (16) und mit einem Druckflüssigkeitsanschluß (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) über eine Kolbenstange (2) mit einem zweiten Kolben (3) gleichen Durchmessers verbunden ist, der in einem koaxial zum ersten Zylindermantel (4) angeordneten zweiten Zylindermantel (5) gleichen Durchmessers bewegbar gelagert ist, daß der zwischen den beiden Kolben (1, 3) befindliche Zylinderdeckel (6) von der Kol­ benstange (2) dichtend durchsetzt ist und daß die dem ersten Kolben (1) zugewandte Seite des zweiten Kolbens (3) von einer Flüssigkeit und die gegenüberlie­ gende Seite dieses Kolbens von einem Gas beauf­ schlagbar ist.

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der von der Kolbenstange (2) durchsetzte Zylinderdeckel (6) jeweils einen Druckflüssigkeitsanschluß (7, 8) für je einen der beiden von den Kolben (1, 3) begrenzten Flüssig­ keitsräume (9, 10) aufweist.

3. Kolbenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den zweiten Kolben (3) beaufschlagende Gas die Umgebungsluft ist.

4. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (1) auf seinem Außenumfang eine zwischen Dichtringen (28, 29) angeordnete Ringnut (27) aufweist, die über je eine Bohrung (26, 24) im Kolben (1) und in der Kolbenstange (2) mit der Gasseite (18) des zweiten Kolbens (3) verbunden ist.

5. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (3) mit radialem Spiel auf der Kolbenstange (2) angeordnet und mittels eines abgedichteten Halteringes (31) an der Kolbenstange (2) befestigt ist.

6. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Kolben (1, 3) befindliche Zylinderdeckel (6) zwischen zwei Dichtstellen (11, 13) eine Entlastungsbohrung (46) aufweist.

7. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (3) eine achsparallele Durchgangs­ bohrung (47) aufweist, die mit einer Berstsiche­ rung (49) versehen ist.

8. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Kolben (1) und dem zwischen den beiden Kolben (1, 3) befindlichen Zylinder­ deckel (6) eine Dämpfungseinrichtung (50, 51) vorgesehen ist.