DE3705642C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydromechanische Energiespeicher- und -abgabeeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 29 04 572 bekannt. Bei einer hiernach in Verbindung mit ei­ nem Nutzfahrzeug realisierten Einrichtung treten aufgrund der Tatsache, daß eine relativ große Hydraulikölmenge, z. B. 50 bis 100 Liter, vom Niederdruck-Hydrospeicher zum Hochdruck- Hydrospeicher bzw. zurück in relativ kurzer Zeit, z. B. in bis 10 Sekunden, gefördert werden muß, gewisse Probleme auf. Um den Niederdruck-Hydrospeicher in brauchbarer Größe zu haben, muß dessen Speicherinhalt auf einen bestimmten Druck vorbe­ lastet werden. Bei einer Ölentnahme aus dem Niederdruck- Hydrospeicher für Aufladung des Hochdruck-Hydrospeichers er­ gibt sich ein relativ starker Druckabfall auf einen relativ niedrigen Druck, der unterhalb des normalen Förderdruckes des hydrostatischen Wandlers liegt. Dies führt aufgrund der in einer relativ kurzen Zeit geförderten Ölmenge zu Kavitationserschei­ nungen, verbunden mit einer relativ hohen Geräuschentwicklung.

Der Aufbau und die Wirkungsweise von Hydrospeichern sind grundsätzlich bei­ spielsweise auch aus der DE-Zeitschrift "DerKonstrukteur", 12/1984, Seiten 51-59 bekannt.

Der Volltständigkeit halber sei noch auf die DE-AS 16 00 402 verwiesen, aus der es bekannt ist, einen Niederdruck­ speicher als Vorspannspeicher für eine Pumpe zu verwenden, wobei der Druckhub durch Entspannung eines ebenfalls von der Pumpe her vorgespannten Hochdruckspeichers gesteuert wird. Die Pumpe ist aber an keine energieabgebende- und -aufnehmende Einrichtung angeschlossen, so daß diese bekann­ te Einrichtung gattungsfern ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß große Flüssig­ keitsmengen in kürzester Zeit zwischen den Speichern hin- und hertreibbar sind, ohne daß bei Flüssigkeitsentnahme aus dem Niederdruck-Hydrospeicher der Druck in dessen Speicher­ raum auf einen zu niedrigen Wert absinken könnte, was Kavi­ tation und Lärm im Hydrowandler und Leitungssystem hervorru­ fen würde, und ohne daß der Niederdruck-Hydrospeicher trotz vorstehender Forderungen zu groß bauen würde.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Teleskop-Druckzylin­ ders und dessen Druckbeaufschlagung mit dem im hydraulischen Raum des Hochdruck-Hydrospeichers herrschenden Druckniveau wird bei Ölentnahme aus dem Niederdruck-Hydrospeicher oder dessen Rückbefüllung der in letzterem herrschende Druck ge­ zielt so gesteuert, daß er nie unter ein vorgegebenes rela­ tiv hohes Druckniveau von beispielsweise 20 bar absinkt und immer um einen etwas höheren Druckmittelwert um gleiche Wer­ te nach oben und unten hin- und herpendelt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung, mit der diese Funktion erzielbar ist, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorzugsweise hat der Kolben des Niederdruck-Hydrospeichers eine domartige Form, an welche die Form des vorderen Spei­ cherraumendes angepaßt ist. Außerdem ist der das hintere Ende des Niederdruck-Hydrospeichers bildende Speicherboden vom Umfangsrand des zylindrischen Gehäuseabschnittes ausge­ hend ebenfalls domartig bzw. kegelstumpfartig ins Speicher­ innere eingezogen und weist einen zentrisch angeordneten Aufnahmetopf für den Teleskop-Druckzylinder auf. Damit er­ gibt sich ein raummäßig trotz des angebauten Teleskop- Druckzylinders relativ kleiner Niederdruck-Hydrospeicher. Außerdem ergibt sich mit dieser Ausgestaltung eine sehr gute Druckstabilität des Niederdruck-Hydrospeichers sowie eine kraftmäßig günstige Abstützung für den an- bzw. eingebauten Teleskop-Druckzylinder. Ferner ermöglicht es diese Bauweise, daß der zwischen Kolben und Speicherboden gegebene Raum als zusätzlicher Ölvorratsraum herangezogen werden kann. Dieser Raum muß hierzu eine Entlüftungseinrichtung, über die der mit der Atmosphäre in Verbindung steht, sowie einen Anschluß aufweisen, über den er mit einer zum normalen Ölvorratstank führenden Leitung in Verbindung steht. Dies bedeutet, daß beispielsweise der normale Ölvorratstank volumenmäßig klei­ ner bemessen werden kann.

Aus fertigungstechnischen und montagetechnischen Gründen er­ weist es sich auch als zweckmäßig, wenn das innerste Hubteil des Teleskop-Druckzylinders nicht direkt, sondern über eine Verbindungsstange gelenkig mit dem Druckkolben des Nieder­ druck-Hydrospeichers verbunden ist. Dadurch lassen sich Maß­ ungenauigkeiten und nicht exakt fluchtende Achsen zwischen zylindrischen Gehäuseteil und eingebautem Teleskop-Druckzy­ linder ausgleichen und Verkantungen oder sonstige nachteili­ ge Auswirkungen vermeiden.

Die Druckleitung, über die der Teleskop-Druckzylinder mit Hydrauliköl und Druck beaufschlagbar ist, ist einenendes am Boden des Aufnahmetopfes hinter der am äußersten Hubteil des Teleskop-Druckzylinders gegebenen Druckplatte angeschlossen und zweigt andernendes von jenem zwischen Hochdruck-Hydro­ speicher und vorgeschaltetem Absperrventil liegenden Teil der zum Hydrowandler führenden Druckleitung ab. Hierdurch lassen sich einfache und drucksichere, schnell montierbare Anschlüsse schaffen.

Die Hubteile des Teleskop-Druckzylinders können auf jeweils gleiche Eigenhubwege oder gestaffelt jeweils kleiner werdende Eigenhubwege ausgelegt sein.

Die wirksamen Druckflächen der Hubteile des Teleskop-Druck­ zylinders können außerdem entsprechend einer Ausführungsform so aufeinander abgestimmt sein, daß bei Ölentnahme aus dem vollen Niederdruck-Hydrospeicher während der Ladung des Hoch­ druck-Hydrospeichers und dementsprechend steigender Druckbe­ aufschlagung des Teleskop-Druckzylinders über die Drucklei­ tung der Druck im Speicherraum des Niederdruck-Hydrospeichers bei Wirksamsein der ersten, größten Druckfläche am äußersten Hubteil vom Minimum ausgehend zunimmt und bei vollem Eigen­ hubweg (h ₂₇) dieses Hubteiles sein Maximum erreicht, dann bei Wirksamwerden der nach Abheben des nächsten Hubteiles mit der nächst kleineren Druckfläche sofort wieder auf das Minimum abfällt und mit zunehmendem Hub dieses Hubteiles (h ₂₈) wie­ der zunimmt und bei dessen vollem Eigenhub das Druckmaximum wieder erreicht ist, und so fort, unter Wiederholung des zu­ letztgenannten Zyklus für alle folgenden Hubteile, so daß der Druck im Speicherraum des Niederdruck-Hydrospeichers je­ weils um gleiche Werte um einen Mittelwert zwischen einem konstanten Minimumwert und einem konstanten Maximumwert hin- und herpendelt.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform können die wirk­ samen Druckflächen der Hubteile des Teleskop-Druckzylinders jedoch auch so aufeinander abgestimmt sein, daß bei Ölent­ nahme aus dem vollen Niederdruck-Hydrospeicher während der Ladung des Hochdruck-Hydrospeichers und dementsprechend der Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders über die Druckleitung der Druck im Speicherraum des Niederdruck- Hydrospeichers um gleiche Werte jeweils um einen Mittel­ wert zwischen einem mit zunehmendem Druckhub geringer wer­ denden Minimumwert und einem mit zunehmendem Druckhub größer werdenden Maximumwert hin- und herpendelt, wobei bei Wirksamwerden der ersten, größten Druckfläche am äußersten Hubteil der Druck vom Minimum aus­ gehend zunimmt und bei vollem Eigenhubweg (h ₂₇) dieses Hub­ teils das Maximum erreicht ist, dann der Druck bei Wirksam­ werden der bedingt durch den Hubbeginn des nächsten Hubtei­ les mit der nächst kleineren Druckfläche sofort wieder auf ein Mini­ mum abfällt, das kleiner als das vorherige ist, sowie mit zunehmendem Hub dieses Hubteiles wieder zunimmt und bei vol­ lem Eigenhub (h ₂₈) desselben ein gegenüber dem vorherigen Druckmaximum ein größeres Druckmaximum erreicht wird und so fort, unter Wie­ derholung des letztgenannten Zyklus für alle folgenden Hub­ teile, wobei bei Wirksamwerden der jeweiligen nächstkleine­ ren Druckfläche ein Druckabfall auf ein jeweils gegenüber dem vorherigen Druckminimum niedrigeres Niveau sowie ein nachfolgender Wiederanstieg des Druckes auf ein gegenüber dem vorherigen Druckmaximum größeres Druckmaximum stattfindet.

In die Druckleitung zwischen Hochdruck-Hydrospeicher und Teleskop-Druckzylinder kann ein steuerbares Absperrventil eingeschaltet sein, das in abgesperrter Stellung den Raum hinter dem Teleskop-Druckzylinder drucklos macht und so Leckagen vermeiden hilft.

Um ein sehr rasches Rückladen bzw. Wiederauffüllen des Nie­ derdruck-Hydrospeichers bei Entladung des Hochdruck-Hydro­ speichers zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, dem Teleskop-Druckzylinder eine Druckentlastungseinrichtung mit steuerbarem Absperrventil zuzuordnen, das bei geöffnetem Zu­ stand eine Entlastung über eine zum Tank führende Entla­ stungsleitung ermöglicht.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Einrichtung beispiel­ haft anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in Prinzipdarstellung eine Energiespeicher- und -abgabeeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfin­ dungsgemäßen Niederdruck-Hydrospeicher,

Fig. 3, 4 und 5 je eine einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Niederdruck-Hydrospeichers zuge­ ordnetes Druck-Weg-Diagramm, in dem ein vollstän­ diger Entladezyklus des Niederdruck-Hydrospeichers dargestellt ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Energiespeicher- und -abgabeein­ richtung umfaßt eien Hochdruck-Hydrospeicher 1 üblicher Bauart, einen Niederdruck-Hydrospeicher 2 erfindungsgemäß­ er Bauart und wenigstens einen hydrostatischen Wandler, nachfolgend als Hydrowandler 3 bezeichnet.

Der Hydrowandler 3 ist an eine fallweise energieabgebende bzw. energieaufnahmende Einrichtung E angeschlossen, bei der es sich beispielsweise um eine Elektromaschine oder um den Antriebsstrang eines Fahrzeuges handeln kann. Im zuletzt ge­ nannten Fall könnte die Energiespeicher- und -abgabeeinrich­ tung als Bremsenergierückgewinnungseinrichtung verwendet werden. Der dargestellte Hydrowandler 3 ist umsteuerbar, und zwar von (+) über eine Neutralstellung nach (-) und zurück. Es wäre alternativ hierzu jedoch auch die Verwendung eines selbst nicht umsteuerbaren Hydrowandlers möglich, dem dann aber für die Beherrschung der Umsteuervorgänge für Ladung und Entladung des Hochdruck-Hydrospeichers 1 eine spezielle Umsteuereinrichtung zugeordnet wäre. Beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel arbeitet der selbst umsteuerbare Hydrowand­ ler 3 bei Ladung des Hochdruck-Hydrospeichers 1 vom Nieder­ druck-Hydrospeicher 2 aus als Pumpe und bei Entladung des Hochdruck-Hydrospeichers 1 in den Niederdruck-Hydrospeicher 2 zurück als Motor. Diese Vorgänge erfolgen über eine Druck­ leitung 4, in die ein steuerbares Absperrventil 5 einge­ schaltet ist und die zwischen dem Hochdruck-Hydrospeicher 1 und dem einen Anschluß 6 des Hydrowandlers 3 verlegt ist, sowie über eine Druckleitung 7, die am anderen Anschluß 8 des Hy­ drowandlers 3 angeschlossen ist und zum Niederdruck- Hydrospeicher 2 hinführt. In die Druckleitung 7 ist für den Fall ein steuerbares Absperrventil 9 eingeschaltet, daß das im Niederdruck-Hydrospeicher 2 herrschende Druckniveau über dem Förderdruckniveau des Hydrowandlers 3 liegt. Dieser Fall ist in der Zeichnung dargestellt.

Für die Grundladung dieses Speichersystems, d. h. aller hy­ draulischen Räume und Leitungswege, ist eine Konstantdruck­ speisepumpe 10 vorgesehen, die über eine Saugleitung 11 mit einem Hydrauliköl beinhaltenden Tank 12 in Verbindung steht und deren Ausgang über eine Leitung 13 mit eingeschaltetem, nur in Förderrichtung durchlässigem Rückschlagventil 14 an den zwischen Hydrowandler 3 und Absperrventil 9 liegenden Teil der zum Niederdruck-Hydrospeicher 2 führenden Drucklei­ tung 7 angeschlossen ist. Von besagter Leitung 13 zweigt strömungsmäßig vor dem Rückschlagventil 14 einen zum Tank 12 rückführende Kurzschlußleitung 15 ab, in die ein steuerbares Absperrventil 16 zur Auf- und Zusteuerung dieser Leitung 15 eingeschaltet ist.

Der Niederdruck-Hydrospeicher 2 ist durch einen Kolbenspei­ cher gebildet, der aus einem Gehäuse mit einem innen zylin­ drischen Gehäuseabschnitt 17 und einem darin dicht geführten, den Speicherraum 18 begrenzenden Kolben 19 sowie einer Betä­ tigungseinrichtung für letzteren besteht. Der Kolben 19 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 weist eine domartige Form mit konvex gewölbter Druckfläche auf, an die die Innenfläche des Speicherraums 18 an dem dem Speicherboden 20 gegenüber­ liegenden vorderen Ende 21 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 formmäßig angepaßt ist. Der den hinteren Abschluß des Gehäu­ ses bildende Speicherboden 20 ist aus Stabilitätsgründen ebenfalls vom Umfangsrand 22 des Gehäuses ausgehend domartig oder kegelstumpfartig ins Speicherinnere eingezogen und weist einen zentral angeordneten Aufnahmetopf 23 für die Be­ tätigungseinrichtung des Kolbens 19 auf. Bei dieser Betäti­ gungseinrichtung handelt es sich um einen Teleskop-Druckzy­ linder 24, der einenends am Speicherboden 20, dort an der ebenen Bodenfläche des im dargestellten Beispiel durch eine Bodenplatte 25 verstärkten Aufnahmetopfes 23 abgestützt und andernendes rückseitig am Kolben 19 angeschlossen ist. Im einzelnen besteht der Teleskop-Druckzylinder 24 - wie im De­ tail aus Fig. 2 ersichtlich - aus einem zentralen, inner­ sten Hubteil 26 und wenigstens einem weiteren mit diesem te­ leskopartig zusammenwirkenden Hubteil. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind drei Hubteile 26, 27, 28 gege­ ben, wobei das äußere mit 27, das innerste mit 26 und das mittlere mit 28 bezeichnet ist. Das Hubteil 26 ist gelenkig über eine bewegliche Verbindungsstange 29 mit beispielsweise in Gelenkpfannen gefaßten Kugelgelenken an der konkaven Rückseite des Druckkolbens 19 angekoppelt und weist an sei­ nem gegenüberliegenden hinteren Ende eine gegenüber dem zy­ lindrischen Abschnitt durchmessergrößere Druckplatte 30 mit stirnseitiger Druckfläche 31 auf. Das äußere Hubteil 27 weist einen zylindrischen Führungsmantel 32 auf, der einen­ endes durch eine im eingefahrenen Zustand des Teleskop- Druckzylinders 24 mit ihrer Stirnfläche 33 an der Bodenplat­ te 25 anliegende Druckplatte 34 mit zentraler Öldurchlaßboh­ rung 35 begrenzt und andernendes durch eine den Hub des mittleren Hubteiles 28 begrenzende Hubbegrenzungsplatte 36 mit zentraler Durchgangsbohrung 36/1 begrenzt ist. Die ge­ genüber dem Führungsmantel 32 durchmessergrößere Druckplat­ te 34 ist bei dargestellten Beispiel für druckdichte Füh­ rung innerhalb der zylindrischen Wand 37 des Aufnahmetop­ fes 23 ausgebildet. Zur Hubbegrenzung für das äußere Hub­ teil 27 ist das innere Ende des Aufnahmetopfes 23 mit einem Hubbegrenzungsrand 38 versehen, dessen Durchgangsbohrung 39, gegebenenfalls mit einer Dichtung versehen, für druckdichte Führung des Führungsmantels 32 ausgebildet ist. Das mittlere Hubteil 28 weist einen zylindrischen Führungsmantel 40 auf, der einenendes durch eine im eingefahrenen Zustand des Teleskop-Druckzylinders 24 mit ihrer Stirnfläche 41 an der Druckplatte 34 des äußeren Hubteiles 27 anliegende Druck­ platte 42 mit zentraler Öldurchlaßbohrung 43 begrenzt und andernendes durch eine den Hub des innersten Hubteiles 26 begrenzende Hubbegrenzungsplatte 44 begrenzt ist. Außerdem ist der Führungsmantel 40 in der gegebenenfalls mit einer Dichtung versehenen Durchgangsbohrung 36/1 im Hubbegren­ zungsrand 36 druckdicht geführt. Die gegenüber dem Führungs­ mantel 40 durchmessergrößere Druckplatte 42 ist für druck­ dichte Führung innerhalb des Führungsmantels 32 des äußeren Hubteiles 27 ausgebildet. Die Hubbegrenzungsplatte 44 ist mit ihrer zentralen Durchgangsbohrung 45 gegebenenfalls mit einer Dichtung versehen, für druckdichte Führung des inner­ sten Hubteiles 26 ausgebildet; dessen Druckplatte 30 ist für druckdichte Führung im Führungsmantel 40 des mittleren Hub­ teiles 28 ausgestaltet.

Zwischen dem Kolben 19 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 und dem Speicherboden 20 verbleibt unabhängig vom Betätigungszu­ stand des Teleskop-Druckzylinders 24 immer ein Raum 46, der über ein Entlüftungsrohr 47 mit der Atmosphäre und über eine Leitung 48 mit dem Tank 12 in Verbindung steht. Dieser Raum 46 kann zumindest teilweise mit Hydrauliköl gefüllt sein und bildet dann einen drucklosen Zusatz-Ölvorratsraum, der je nach Volumen eine entsprechend raummäßige kleinere Bemessung des Tankes 12 gestattet.

Der Teleskop-Druckzylinder 24 ist über eine Druckleitung 49, in die ein steuerbares Absperrventil 50 eingeschaltet ist, an den hydraulischen Raum des Hochdruck-Hydrospeichers 1 für Druckbeaufschlagung angeschlossen bzw. anschließbar. Das Ab­ sperrventil 50 dient nur Sicherheitszwecken und ist nicht zwingend notwendig, insbesondere dann nicht, wenn der Tele­ skop-Druckzylinder 24 im Aufnahmetopf 23 zuverlässig zum Raum 46 hin abgedichtet ist. Vorzugsweise zweigt die Druck­ leitung 49 von jenem zwischen Hochdruck-Hydrospeicher 1 und Absperrventil 5 liegenden Teil der zum Wandler 3 hinführenden Druckleitung 4 ab. Andernendes ist die Druckleitung 49 am Boden 25 des Aufnahmetopfes 23 im Bereich hinter der Druck­ platte 34 des äußeren Hubteiles 27 angeschlossen.

Über die Druckleitung 49 erfolgt bei auf Durchlaß geschalte­ tem Absperrventil 50 vom Hochdruck-Hydrospeicher 1 her eine Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders 24. Die diesbezügliche Wirkung ist weiter hinten anhand der Funk­ tionsbeschreibung näher erläutert. Die Hubteile 26, 27, 28 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel so aufeinander abgestimmt, daß jedes derselben bei Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders 24 den gleichen Hubweg zurücklegen kann. Dieser Fall ist im Diagramm gemäß Fig. 3 verdeut­ licht, wobei der Eigenhub des Hubteiles 26 mit h ₂₆, der Ei­ genhub des Hubteiles 27 mit h ₂₇ und der Eigenhub des Hubtei­ les 28 mit h ₂₈ bezeichnet sind. Der Gesamthub L, den der Kolben 19 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 in dessen Gehäuse­ abschnitt 17 bei Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzy­ linders 24 bei vollständiger Ausfahrung aller Hubteile 26, 27, 28 zurücklegen kann, ergibt sich aus der Summe h ₂₇ + h ₂₈ + h ₂₆ dieser Einzelhübe.

Alternativ hierzu können die Hubteile 26, 27, 28 jedoch auch so aufeinander abgestimmt sein, daß die aufeinanderfolgenden Hubwege gestaffelt jeweils kleiner werden, d. h. der Hubweg h ₂₇ des Hubteiles 27 am größten, der Hubweg h ₂₈ des Hubteiles 28 demgegenüber kleiner und der Hubweg h ₂₆ des Hubteiles 26 noch kleiner ist. Dieser Fall liegt dem Diagramm gemäß Fig. 4 zugrunde. Die Addition dieser Hübe h ₂₇, h ₂₈ und h ₂₆ ergibt wieder den Gesamthub L, den der Kolben 19 des Niederdruck- Hydrospeichers 2 im Gehäuseabschnitt 17 bei Druckbeaufschla­ gung des Teleskop-Druckzylinders 24 zurücklegen kann.

Den Diagrammen gemäß Fig. 3 und 4 liegt ferner eine Ausbil­ dung des Teleskop-Druckzylinders 24 zugrunde, bei der die wirksame Druckfläche 31 am Hubteil 26 sowie die wirksame Druckfläche 41 am Hubteil 28 und die wirksame Druckfläche 33 am Hubteil 27 so aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck im Speicherraum 18 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 bei Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders 24 vom Hoch­ druck-Hydrospeicher 1 her um gleiche Werte nach oben und un­ ten um einen Mittelwert zwischen einem konstanten Minimum­ wert von beispielsweise 20 bar und einem konstanten Maximum­ wert von beispielsweise 26 bar hin- und herpendeln kann.

In den Diagrammen gemäß Fig. 3 und 4 sind der besagte kon­ stante Druck-Maximumwert durch die mit max. bezeichnete gestrichelte Linie und der besagte Druck-Minimumwert durch die mit min. bezeichnete gestrichelte Linie markiert.

Wenn der Hochdruck-Hydrospeicher 1 leer, d. h. auf seinem niedrigsten Druckniveau von beispielsweise 170 bar gehalten ist, und der Niederdruck-Hydrospeicher 2 voll ist und wenn der Hochdruck-Hydrospeicher 1 vom Niederdruck-Hydrospeicher 2 her über den Hydro-Wandler 3 wieder aufgeladen, d. h. auf ei­ nen höheren Druck gebracht werden soll, dann werden zunächst das Absperrventil 5 und - falls vorhanden - die Absperrven­ tile 9 und 50 von einer nicht dargestellten Steuervorrich­ tung auf Durchlaß geschaltet. Dies hat zur Folge, daß dann der Teleskop-Druckzylinder 24 insgesamt über seine äußerste, größte Druckfläche 33 am äußeren Hubteil 27 mit dem im hy­ draulischen Raum des Hochdruck-Hydrospeichers 1 gegebenen niedrigsten Druckniveau von beispielsweise 170 bar beauf­ schlagt wird. Dieser auf diese Fläche 33 wirkende Druck reicht jedoch nicht aus, um den Teleskop-Druckzylinder 24 auszufahren, weil im Speicherraum 18 des Niederdruck- Hydrospeichers 2 noch der höchste normale Speicherdruck auf den flächenmäßig erheblich größeren Kolben 19 wirkt und so­ mit diese Kraft überwiegt. Dieser Zustand ändert sich erst, wenn der dann als Pumpe arbeitende Hydrowandler 3 Öl aus dem Speicherrraum 18 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 pumpt und über die Druckleitungen 7 und 4 in den Hochdruck- Hydrospeicher 1 fördert, weil dann Öl mit gleichem Druck entsprechend der Druckzunahme im Hochdruck-Hydrospeicher 1 auch dem Teleskop-Druckzylinder 24 zugeführt wird. Sobald die Kraft, die aus dem auf die Druckfläche 33 wirkenden Druck resultiert, die speicherraumseitig auf den Kolben 19 wirkende, abnehmende Gegenkraft überwiegt, wird der Teleskop-Druckzylinder 24 ausgefahren. Dabei werden zunächst alle Hubteile 26, 27, 28 desselben gemeinsam bewegt, wobei das äußere Hubteil 27 sei­ nen Eigenhub h ₂₇ ausführt, die anderen Hubteile 28, 26 noch keinen Eigenhub ausführen. Dabei steigt der Druck im Spei­ cherraum 18 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 an, was im Dia­ gramm gemäß den Fig. 3 und 4 durch den Linienabschnitt 51 markiert ist. Der Punkt 52 markiert den Fall, wo das äußere Hubteil 27 seinen Eigenhub h ₂₇ beendet hat, d. h. am Hubbe­ grenzungsrand 38 des Aufnahmetopfes 23 zur Anlage kommt. Da dann bei weiterer druckerhöhender Ölzufuhr zum Teleskop- Druckzylinder 24 nur mehr die beiden inneren Hubteile 28, 26 gemeinsam weiterbewegt werden können, wird dann nur mehr die gegenüber der Druckfläche 33 flächenmäßig kleinere Druckflä­ che 41 am mittleren Hubteil 28 wirksam, mit der Folge, daß der im Speicherraum 18 wirksame Gegendruck schlagartig auf das Minimum-Niveau absinkt, was durch den Linienabschnitt 53 und den Punkt 54 in den Diagrammen gemäß Fig. 3 und 4 mar­ kiert ist. Bei weiterer Druckbeaufschlagung des Teleskop- Druckzylinders 24, also wenn der Hochdruck-Hydrospeicher 1 weiterhin geladen wird, baut sich währed des Eigenhubes h ₂₈ des mittleren Hubteiles 28 ein wieder bis zum Maximum gehen­ der Gegendruck im Speicherraum 18 des Niederdruck-Hydro­ speichers 2 auf. Dies ist in Fig. 3 und 4 durch den Linien­ abschnitt 55 markiert. Der Punkt 56 markiert wiederum die Stelle, an der das mittlere Hubteil 28 seinen Eigenhub h ₂₈ beendet hat, also mit seiner Druckplatte 42 an der Hubbegren­ zungsplatte 36 des schon hubbegrenzten, äußeren Hubteiles 27 zur Anlage kommt. Da dann bei weiterer druckerhöhender Ölzu­ fuhr zum Teleskop-Druckzylinder 24 nur mehr das innerste Hubteil 26 ausgefahren werden kann, wird dann auch nur mehr die gegenüber der Druckfläche 41 flächenmäßig kleinere Druckfläche 31 an diesem Hubteil 26 wirksam, mit der Folge, daß der im Speicherraum 18 wirksame Gegendruck wieder schlag­ artig auf das Minimum-Niveau absinkt, was durch den Linien­ abschnitt 57 und den Punkt 58 in Fig. 3 und 4 markiert ist. Bei weiterer Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders 24, also bei weiterer Beladung des Hochdruck-Hydrospeicher 1, baut sich während des Eigenhubes h ₂₆ des Hubteiles 26 ein wieder­ um bis zum Maximum gehender Gegendruck im Speicherraum 18 auf. Dies ist in Fig. 3 und 4 durch den Linienabschnitt 59 markiert. Der Punkt 60 markiert den in voll ausgefahrener Endstellung des Teleskop-Druckzylinders 24 gegebenen Druck.

Wie durch einen Vergleich von Fig. 5 mit Fig. 4 ersicht­ lich wird, liegt dem Diagramm gemäß Fig. 5 ein Teleskop-Druck­ zylinder 24 zugrunde, dessen Hubteile 26, 27, 28 die gleichen Hubwege h ₂₇, h ₂₈, h ₆₂ wie jene bei dem Diagramm gemäß Fig. 4 ausführen. Unterschiedlich ist demgegenüber jedoch, daß bei dem dem Diagramm gemäß Fig. 5 zugrundelie­ genden Teleskop-Druckzylinder 24 die wirksamen Druckflä­ chen 33 am äußeren Hubteil 27 bzw. 41 am mittleren Hubteil 28 bzw. 31 am innersten Hubteil 26 so aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck im Speicherraum 18 des Niederdruck-Hydro­ speichers 2 aufgrund der Druckbeaufschlagung des Teleskop- Druckzylinders 24 bei Ladung des Hochdruck-Hydrospeichers 1 zwar hier auch um gleiche Werte nach oben und unten um einen Mittelwert, aber zwischen einem mit zunehmendem Druckhub kleiner werdenden Minimumwert (gestrichelte mit min. be­ zeichnete Linie in Fig. 5) und einen größer werdenden Maxi­ mumwert (gestrichelte, mit max. bezeichnete Linie in Fig. 5) hin- und herpendeln kann. Der minimale Druck im Speicherraum 18 beträgt bei Beginn der Auslenkung des Teleskop-Druckzylinder 24 beispielsweise 20 bar und am Ende der vollständigen Ausfahrung des Teleskop-Druckzylinders 24 etwa 18 bar. Der maxima­ le Druck steigt während dieses Vorganges im Speicherraum 18 von etwa 26 auf etwa 28 bar. Ansonsten ist der Bewegungsab­ lauf beim diesbezüglichen Teleskop-Druckzylinder 24 und die Wirkung aufgrund der Ausfahrung seiner einzelnen Hubteile 26, 27, 28 gleich wie in den vorbeschriebenen Fällen. Deshalb sind im Diagramm gemäß Fig. 5 gleiche bzw. relevante Linien­ züge und Punkte mit gleichem Bezugszeichen wie in Fig. 3 und 4 versehen.

Aus dem vorstehend geschilderten Funktionsabläufen wird ersicht­ lic, daß durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines an den hydraulischen Raum des Hochdruck-Hydrospeicher 1 angeschlos­ senen bzw. anschließbaren Teleskop-Druckzylinders 24 im Speicherraum 18 des Niederdruck-Hydrospeichers 2 ein schäd­ licher Druckabfall vermeidbar und damit auch der Zeit- und Energieaufwand für ein Rückladen des Niederdruck-Hydrospei­ chers 2 mit günstigeren Werten als bei bekannten Einrichtun­ gen dieser Art durchführbar ist. Zum Vergleich: Bei herkömm­ lichen Niederdruck-Hydrospeichern sank der Druck im Spei­ cherraum, ausgehend von einem Maximum bei etwa 24 bar auf etwa ¹/₃, also bis zu 8 bar ab. Bei der erfindungsgemäß­ en Lösung dagegen pendelt der Druck immer nur um einen Mit­ telwert von beispielsweise 23 bar zwischen einem minimalen Druck von beispielsweise 20 bar und einem maximalen Druck von 26 bar hin und her.

Damit eine sehr rasche Rückladung des Niederdruck-Hydrospei­ chers 2 durchführbar ist, kann dem Teleskop-Druckzylinder 24 eine Druckentlastungseinrichtung zugeordnet sein. Diese be­ steht aus einer von dem strömungsmäßig nach dem in diesem Fall notwendigen Absperrventil 50 liegenden Teil der Druck­ leitung 49 abzweigenden und zum Tank 12 führenden Entla­ stungsleitung 61 mit eingeschaltetem Absperrventil 62. Die­ ses Absperrventil 62 wird nur für den Fall einer gewünschten sehr raschen Entlastung des Teleskop-Druckzyinders 24 von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung auf Durchlaß ge­ schaltet, ansonsten jedoch in Sperrstellung gehalten. Bei der Rückladung des Niederdruck-Hydrospeichers 2 kann somit die Druckseite des Teleskop-Druckzylinders 24 schnell entla­ stet und das anstehende Hydrauliköl bei geschlossenem Ab­ sperrventil 50 über die Entlastungsleitung 61 zum Tank 12 rückgeleitet werden.

Was die Ausbildung des Teleskop-Druckzylinders 24 anbelangt, so sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 2 nur eine mögliche Ausführungsform dargestellt ist. Insbesondere muß der Auf­ nahmetopf 23 nicht notwendigerweise selbst Teil dieses Teleskop-Druckzylinders 24 sein, sondern kann auch nur als Aufnahmeraum für einen dann in diesem, insbesondere am Boden befestigten, eigenständigen Teleskop-Druckzylinder 24 die­ nen.

Claims (11)

1. Hydromechanische Energiespeicher- und -abgabeeinrichtung mit einem Hochdruck-Hydrospeicher und einem Niederdruck-Hydrospeicher, die beide leitungsmäßig mit einem hydrostatischen Wandler (Hydrowandler) verbunden sind, der mit seiner Welle an eine fallweise energieabgebende bzw. energieaufnehmende Ein­ richtung angeschlossen ist und bei Ladung des Hochdruck- Hydrospeichers vom Niederdruck-Hydrospeicher aus als Pump­ pe und bei Entladung des Hochdruck-Hydrospeichers zurück in den Niederdruck-Hydrospeicher als Motor arbeitet, wo­ bei in die zwischen Hochdruck-Hydrospeicher und Hydro­ wandler vorhandene Druckleitung ein steuerbares Absperr­ ventil eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (18) im Niederdruck-Hydrospeicher (2) durch einen Kolben (19) veränderbar ist, der rückseitig mit ei­ nem am Speicherboden (20) abgestützten Teleskop-Druckzy­ linder (24) verbunden ist, der über eine Druckkleitung (49) an den hydraulischen Raum des Hochdruck-Hydrospeichers (1) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19) des Niederdruck-Hydrospeichers (2) eine domartige Form hat, an die die Form des Speicherraumes (18) an seinem vorderen Ende angepaßt ist, und daß der das hintere Ende des Niederdruck-Hydrospeichers (2) bildende Speicherboden (20) vom Umfangsrand (22) des zylindrischen Gehäuseabschnitts (17) ausgehend ebenfalls domartig bzw. kegelstumpfartig ins Speicherinnere eingezogen ist und einen zentrisch angeordneten Aufnahmetopf (23) für den Teleskop-Druckzylinder (24) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innerste Hubteil (26) des Teleskop-Druckzylinders (24) über eine Verbindungsstange (29) gelenkig mit dem Kolben (19) des Niederdruck-Hydrospeichers (2) verbunden ist und daß die Hubwege (h ₂₆, h ₂₇, h ₂₈) der teleskopartig ineinander geführten Hubteile (26, 27, 28) durch Anschlagplatten (36, 38, 44), die Druckplatten (30, 34, 42) an den Hubtei­ len (26, 27, 28) hintergreifen, begrenzt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei für die Grundladung der hydraulischen Räume und Leitungswege mit Hydrauliköl eine letzteres aus einem Tank (12) ansaugende Konstantdruck­ speisepumpe (10) vorgesehen ist, deren Ausgang über eine Leitung (13) mit eingeschaltetem, nur in Förderrichtung durchlässigem Rückschlagventil (14) an den zwischen Hy­ drowandler (3) und Absperrventil (9) gegebenen Teil der zum Niederdruck-Hydrospeicher (2) führenden Druckleitung (7) angeschlossen ist, und daß von der Leitung (13) strömungsmäßig vor dem Rückschlagventil (14) eine zum Tank (12) rückführende Kurzschlußleitung (15) mit steuer­ barem Absperrventil (16) abzweigt, dadurch gekennzeich­ net, daß der zwischen dem Kolben (19) und dem Speicherbo­ den (20) des Niederdruck-Hydrospeichers (2) gegebene Raum (46) mit der Atmosphäre in Verbindung steht sowie über eine Leitung (48) mit dem Tank (12) in Verbindung steht und einen zusätzlichen Ölvorratsraum bildet.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckleitung (49) am Boden des Aufnah­ metopfes (23) hinter der am äußersten Hubteil (27) des Teleskop-Druckzylinders (24) vorhandenen Druckplatte (34) angeschlossen ist und andernendes von jenem zwischen Hochdruck-Hydrospeicher (1) und dem Absperrventil (5) liegendem Teil der zum Hydrowandler (3) führenden Druck­ leitung (4) abzweigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubteil (26, 27, 28) des Teleskop-Druckzylinders (24) auf gleiche Eigenhubwege (h ₂₆, h ₂₇, h ₂₈) ausgelegt sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubteile (26, 27, 28) des Teleskop-Druckzylinders (24) auf gestaffelt jeweils kleiner werdende Eigenhubwege (h ₂₆, h ₂₇, h ₂₈) ausgelegt sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wirksamen Druckflächen (31, 33, 41) an den Hubteilen (26, 27, 28) des Teleskop-Druckzylinders (24) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Ölentnahme aus dem vollen Niederdruck-Hydrospeicher (2) während der Ladung des Hochdruck-Hydrospeichers (1) und dementsprechend steigender Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders (24) über die Druckleitung (49) vom Hochdruck-Hydrospeicher (1) her der Druck im Speicherraum (18) des Niederdruck-Hydrospei­ chers (2) bei Wirksamsein der ersten, größten Druckfläche (33) am äußersten Hubteil (27) vom Minimum ausgehend zunimmt und bei vollem Eigenhubweg (h ₂₇) dieses Hubteiles (27) sein Maximum erreicht, dann bei Wirksamwerden der nach Abheben des nächsten Hubteiles (28) mit der nächstkleineren Druckfläche (41) sofort wieder auf das Minimum abfällt und mit zunehmendem Hub dieses Hubteiles (28) wieder bis zum Maximum zunimmt und so fort, unter Wiederholung des zuletztgenannten Zy­ klus für alle folgenden Hubteile, so daß der Druck im Speicherraum (18) des Niederdruck-Hydrospeichers (2) je­ weils um gleiche Werte um einen Mittelwert zwischen einem konstanten Minimumwert und einem konstanten Maximumwert hin- und herpendelt.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wirksamen Druckflächen (31, 33, 41) der Hubteile (26, 27, 28) des Teleskop-Druckzylinders (24) so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Ölentnahme aus dem vollen Niederdruckhydrospeicher (2) während der Ladung des Hochdruck-Hydrospeichers (1) und dementsprechender Druckbeaufschlagung des Teleskop-Druckzylinders (24) über die Druckleitung (49) der Druck im Speicherraum (18) des Niederdruck-Hydrospeichers (2) um gleiche Werte jeweils um einen Mittelwert zwischen einem mit zunehmendem Druck­ hub geringer werdenden Minimumwert und einem mit zunehmendem Druckhub größer wer­ dendem Maximumwert hin- und herpendelt, wobei bei Wirk­ samwerden der ersten, größten Druckfläche (33) am äußer­ ten Hubteil (27) der Druck vom Minimum ausgehend zunimmt und bei vollem Eigenhubweg (h ₂₇) dieses Hubteils (27) das Maximum erreicht ist, dann der Druck bei Wirksamwerden der bedingt durch den Hubbeginn des nächsten Hubteiles (28) mit der nächstkleineren Druckfläche (41) sofort wieder auf ein Mini­ mum abfällt, das kleiner als das vorherige ist, sowie mit zu­ nehmendem Hub dieses Hubteiles (28) wieder zunimmt und bei vollem Eigenhub (h ₂₈) desselben gegenüber dem vorhe­ rigen Druckmaximum ein größeres Druckmaximum erreicht wird und so fort, unter Wiederholung des letztgenannten Zyklus für alle folgenden Hubteile, wobei Wirksamwerden der jeweils nächst kleineren Druckfläche ein Druckabfall auf ein je­ weils gegenüber dem vorherigen Druckminimum niedrigeres Niveau sowie ein nachfolgender Wiederanstieg des Druckes auf ein gegen­ über dem vorherigen Druckmaximum größeres Druckmaximum stattfindet.

10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckleitung (49) ein steuerbares Absperrventil (50) eingeschaltet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Teleskop-Druckzylinder (24) eine Druckentlastungseinrichtung mit steuerbarem Ab­ sperrventil (62) zugeordnet ist.