EP2529121B1 - Kolbenspeicher - Google Patents

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EP2529121B1
EP2529121B1 EP10800950.7A EP10800950A EP2529121B1 EP 2529121 B1 EP2529121 B1 EP 2529121B1 EP 10800950 A EP10800950 A EP 10800950A EP 2529121 B1 EP2529121 B1 EP 2529121B1
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cylinder
piston
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gas
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EP10800950.7A
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Ralph Engelberg
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/24—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with rigid separating means, e.g. pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
    • F15B2201/31—Accumulator separating means having rigid separating means, e.g. pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/40—Constructional details of accumulators not otherwise provided for
    • F15B2201/405—Housings

Definitions

  • the present invention relates to a piston accumulator.
  • a piston accumulator which has a pressure vessel and a cylinder, wherein the cylinder is disposed within the pressure vessel. Between the pressure vessel and the cylinder, a gap is formed.
  • a separating piston is movably provided in the cylinder, a hydraulic fluid acting on a first side of the separating piston and a gas on a second side of the separating piston, and the gas in fluid communication with the gap and the hydraulic fluid in fluid communication with a port on the cylinder stands.
  • Piston accumulators are typically used to store large amounts of energy.
  • piston accumulators are used to store energy generated, for example, during braking of the wheels, and to release energy required, for example, when accelerating the vehicle.
  • Such a piston accumulator is for example in the document DE 10 2006 060 078 A1 described.
  • the defined in claim 1 piston accumulator offers over conventional solutions has the advantage that the cylinder is under no significant tension, as applied to the inside and outside of the cylinder, the same pressure.
  • the cylinder can be formed from a non-pressure-stable and therefore lightweight material. Due to the fact that the cylinder does not deform, a tight seal is also ensured between the cylinder and the moving piston in this movable. Further, a leak in the cylinder does not leak hydraulic fluid into the environment because the hydraulic fluid is caught by the pressure vessel. Further, escapes in a leak in the pressure vessel only gas, such as nitrogen, which is harmless to the environment.
  • the sole figure of the drawing shows in a longitudinal section a piston accumulator 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the piston accumulator 1 has a pressure vessel 2.
  • the pressure vessel 2 is composed of a base body 3 with a substantially annular cross-section and lids 4, 5, which close the base body 3 at its opposite ends.
  • a cylinder 6 is arranged within the pressure vessel 2.
  • the cylinder 6 preferably extends along the longitudinal axis 7 of the pressure vessel 2.
  • the cylinder 6 is composed of a base body 11 with a substantially annular cross-section and a lid 13 closing the base body 11 at its one end 12.
  • a separating piston 14 is provided movably.
  • the separating piston 14 is, as indicated by the double arrow in the figure, along the longitudinal axis 7 movable.
  • the separating piston 14 separates a hydraulic fluid 15 from a gas 16.
  • the hydraulic fluid 15 is located in a space 17 which is delimited by the main body 11, the cover 13 and an end face 18 of the separating piston 14.
  • the hydraulic fluid 15 can be supplied to the space 17 by means of a connection 22 or can be discharged therefrom. This makes it possible to pressurize the piston accumulator 1 with hydraulic fluid 15, for example, to store energy in this. Furthermore, it is possible to discharge hydraulic fluid 15 from the piston accumulator 1 in order thus to supply a load with energy.
  • the gas 16 is located in a space 24, which is bounded by an end face 18 opposite the end face 23 of the separating piston 14 and the base body 11.
  • the space 24 is connected to a gap 25 by means of an opening 26, so that the gas 16 between the space 24 and the gap 25 can flow.
  • the gap 25 is formed between the cylinder 6 and the pressure vessel 2.
  • the intermediate space 25 comprises an annular space 27, which surrounds the cylinder 6 along the longitudinal axis 7. Furthermore, the intermediate space 25 comprises spaces 31 and 32 in the region of the cover 4 or 5.
  • the intermediate space 25 can also be connected by means of a connection 33 to the pressure vessel 2, in particular to the cover 5, with a further, not shown, pressure vessel.
  • this hydraulic fluid 15 is supplied under pressure.
  • This causes the separating piston 14 to move to the right in the figure.
  • the separating piston 14 compresses the gas 16 present at the end face 23 of the separating piston 14.
  • this not only leads to a compression of the gas 16 in the space 24, but also to a compression of the gas 16 in the intermediate space 25, in particular the annular space 27.
  • This has the effect that on the cylinder 6 throughout the same pressure on the inside and outside is present. Accordingly, the cylinder 6 advantageously does not deform under the action of the hydraulic fluid 15.
  • the intermediate space 25 for receiving a comparatively large amount of gas 16 is ready.
  • This comparatively large amount of gas has a positive effect on the charging characteristics of the piston accumulator 1.
  • charging characteristic is meant in the present case the course of the pressure in the hydraulic fluid 15 or in the gas 16 as a function of the charge state, ie the degree of filling of the cylinder 6.
  • the gap 25 can be achieved that the pressure change, which is to be applied to the hydraulic fluid 15 in order to further compress the gas 16, is comparatively low.
  • the gas volume which can be received in the intermediate space 25 is at least 1.5 times, preferably at least 2 times, larger than the gas volume which can be accommodated in the space 24.
  • gas post-switching volume The volume of gas received in the intermediate space 25 is referred to herein as a gas post-switching volume.
  • gas afterglow volume is meant in the present case a gas volume which is dimensioned such that it is suitable for substantially influencing the charging characteristic of the piston accumulator 1.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher.
  • Aus der DE 3920030 A1 ist ein Kolbenspeicher bekannt, welcher einen Druckbehälter und einen Zylinder aufweist, wobei der Zylinder innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist. Zwischen dem Druckbehälter und dem Zylinder ist ein Zwischenraum gebildet. Ein Trennkolben ist in dem Zylinder beweglich vorgesehen, wobei auf eine erste Seite des Trennkolbens eine Hydraulikflüssigkeit und auf eine zweite Seite des Trennkolbens ein Gas wirkt und wobei das Gas in fluidischen Verbindung mit dem Zwischenraum und die Hydraulikflüssigkeit in fluidischer Verbindung mit einem Anschluss an dem Zylinder steht.
  • Ähnliche Kolbenspeicher sind aus der US 2,829,672 A , der DE 3617957 A1 und der US 2,742,929 A bekannt.
  • Kolbenspeicher werden typischerweise dazu verwendet, grosse Mengen Energie zu speichern. Beispielsweise werden bei Hydraulikhybridfahrzeugen Kolbenspeicher dazu verwendet, Energie, die beispielsweise beim Abbremsen der Räder erzeugt wird, zu speichern und Energie, die beispielsweise beim Beschleunigen des Fahrzeugs benötigt wird, freizusetzen. Ein derartiger Kolbenspeicher ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 060 078 A1 beschrieben.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der in Anspruch 1 definierte Kolbenspeicher bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil, dass der Zylinder unter keiner nennenswerten Spannung steht, da an dem Zylinder innenseitig und außenseitig der gleiche Druck anliegt. Dadurch kann der Zylinder aus einem nicht druckstabilen und dafür leichten Material gebildet werden. Aufgrund des Umstandes, dass sich der Zylinder nicht verformt, wird auch ein dichter Abschluss zwischen dem Zylinder und dem in diesem beweglichen Trennkolben gewährleistet. Ferner führt ein Leck in dem Zylinder nicht zu einem Austreten von Hydraulikflüssigkeit in die Umgebung, da die Hydraulikflüssigkeit von dem Druckbehälter aufgefangen wird. Ferner entweicht bei einem Leck in dem Druckbehälter nur Gas, beispielsweise Stickstoff, was unschädlich für die Umwelt ist.
  • Die in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstands der Erfindung.
    • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt einen Kolbenspeicher 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Der Kolbenspeicher 1 weist einen Druckbehälter 2 auf. Der Druckbehälter 2 setzt sich aus einem Grundkörper 3 mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und Deckeln 4, 5 zusammen, welche den Grundkörper 3 an seinen gegenüberliegenden Enden verschließen. Innerhalb des Druckbehälters 2 ist ein Zylinder 6 angeordnet.
  • Der Zylinder 6 erstreckt sich vorzugsweise entlang der Längsachse 7 des Druckbehälters 2. Der Zylinder 6 setzt sich aus einem Grundkörper 11 mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und einem den Grundkörper 11 an seinem einen Ende 12 verschließenden Deckel 13 zusammen. In dem Zylinder 6 ist ein Trennkolben 14 beweglich vorgesehen. Der Trennkolben 14 ist, wie durch den Doppelpfeil in der Figur angedeutet, entlang der Längsachse 7 beweglich.
  • Der Trennkolben 14 trennt eine Hydraulikflüssigkeit 15 von einem Gas 16. Die Hydraulikflüssigkeit 15 befindet sich in einem Raum 17, welcher von dem Grundkörper 11, dem Deckel 13 und einer Stirnseite 18 des Trennkolbens 14 begrenzt wird. Die Hydraulikflüssigkeit 15 ist mittels eines Anschlusses 22 dem Raum 17 zuführbar bzw. von diesem abführbar. Dadurch ist es möglich, den Kolbenspeicher 1 mit Hydraulikflüssigkeit 15 zu beaufschlagen, um so beispielsweise Energie in diesem zu speichern. Ferner ist es möglich, Hydraulikflüssigkeit 15 aus dem Kolbenspeicher 1 abzuführen, um somit einen Verbraucher mit Energie zu versorgen.
  • Das Gas 16 befindet sich in einem Raum 24, welcher von einer der Stirnseite 18 gegenüberliegenden Stirnseite 23 des Trennkolbens 14 und dem Grundkörper 11 begrenzt wird. Der Raum 24 ist mit einem Zwischenraum 25 mittels einer Öffnung 26 verbunden, so dass das Gas 16 zwischen dem Raum 24 und dem Zwischenraum 25 fließen kann. Der Zwischenraum 25 wird zwischen dem Zylinder 6 und dem Druckbehälter 2 gebildet. Der Zwischenraum 25 umfasst einen Ringraum 27, welcher den Zylinder 6 entlang der Längsachse 7 umgibt. Ferner umfasst der Zwischenraum 25 Räume 31 und 32 im Bereich der Deckel 4 bzw. 5.
  • Der Zwischenraum 25 kann weiterhin mittels eines Anschlusses 33 an dem Druckbehälter 2, insbesondere an dem Deckel 5, mit einem weiteren, nicht dargestellten Druckbehälter verbunden sein.
  • Nach dieser im Wesentlichen konstruktiven Beschreibung des Kolbenspeichers 1 folgt nun eine Darstellung von dessen Funktionsweise.
  • Soll beispielsweise Energie in dem Kolbenspeicher 1 gespeichert werden, so wird diesem Hydraulikflüssigkeit 15 unter Druck zugeführt. Dies führt dazu, dass sich der Trennkolben 14 in der Figur nach rechts bewegt. Der Trennkolben 14 komprimiert in der Folge das an der Stirnseite 23 des Trennkolbens 14 anstehende Gas 16. Dies führt aber nicht nur zu einer Komprimierung des Gases 16 in dem Raum 24, sondern auch zu einer Komprimierung des Gases 16 in dem Zwischenraum 25, insbesondere in dem Ringraum 27. Dies wiederum hat den Effekt, dass an dem Zylinder 6 durchwegs der gleiche Druck innenseitig und außenseitig ansteht. Demnach verformt sich der Zylinder 6 vorteilhaft nicht unter der Einwirkung der Hydraulikflüssigkeit 15.
  • Vorteilhaft steht vorliegend neben dem Raum 24 der Zwischenraum 25 zur Aufnahme einer vergleichsweise großen Gasmenge 16 bereit. Diese vergleichsweise große Gasmenge wirkt sich positiv auf die Ladecharakteristik des Kolbenspeichers 1 aus. Mit "Ladecharakteristik" ist vorliegend der Verlauf des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit 15 oder in dem Gas 16 in Abhängigkeit von dem Ladezustand, d. h. von dem Grad der Befüllung des Zylinders 6, gemeint. Mittels des Zwischenraums 25 kann erreicht werden, dass die Druckänderung, mit welcher die Hydraulikflüssigkeit 15 zu beaufschlagen ist, um das Gas 16 weiter zu komprimieren, vergleichsweise gering ist. Für eine günstige Ladecharakteristik des Kolbenspeichers 1 ist das in dem Zwischenraum 25 aufnehmbare Gasvolumen wenigstens 1,5 mal, vorzugsweise wenigstens 2 mal größer als das in dem Raum 24 aufnehmbare Gasvolumen.
  • Das in dem Zwischenraum 25 aufgenommene Gasvolumen wird vorliegend als Gasnachschaltevolumen bezeichnet. Mit "Gasnachschaltevolumen" ist vorliegend ein Gasvolumen gemeint, welches derart dimensioniert ist, dass es dazu geeignet ist, die Ladecharakteristik des Kolbenspeichers 1 wesentlich zu beeinflussen.
  • Mittels des nicht dargestellten Druckbehälters, welcher mittels des Anschlusses 33 mit dem Zwischenraum 25 verbunden ist, lässt sich das Gasnachschaltevolumen noch weiter vergrößern.
  • Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen vorliegend konkret beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims (4)

  1. Kolbenspeicher (1), aufweisend:
    einen Druckbehälter (2), der sich aus einem ersten Grundkörper (3) mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und einem ersten Deckel (4) und einem zweiten Deckel (5) zusammensetzt, welche den Grundkörper (3) an seinen gegenüberliegenden Enden verschließen;
    einen Zylinder (6), der innerhalb des Druckbehälters (2) angeordnet ist und der sich aus einem zweiten Grundkörper (11) mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt und einem den zweiten Grundkörper (11) an seinem einen Ende (12) verschließenden dritten Deckel (13) zusammensetzt;
    einen zwischen dem Druckbehälter (2) und dem Zylinder (6) ausgebildeten Zwischenraum (25), der einen Ringraum (27) umfasst, welcher den Zylinder (6) entlang einer Längsachse (7) des Zylinders (6) umgibt, und der weiterhin einen ersten Raum (31) im Bereich des ersten Deckels (4) und einen zweiten Raum (32) im Bereich des zweiten Deckels (5) umfasst;
    einen Trennkolben (14), welcher in dem Zylinder (6) beweglich vorgesehen ist, wobei auf eine erste Seite (18) des Trennkolbens (14) eine Hydraulikflüssigkeit (15) und auf eine zweite Seite (23) des Trennkolbens (14) ein Gas (16) wirkt;
    wobei sich die Hydraulikflüssigkeit (15) in einem ersten Raum (17) befindet, welcher von dem zweiten Grundkörper (11), dem dritten Deckel (13) und einer ersten Stirnseite (18) des Trennkolbens (14) begrenzt ist und wobei die Hydraulikflüssigkeit (15) mittels eines Anschlusses (22), der durch den dritten Deckel (13) und durch den ersten Deckel (4) geführt ist, dem ersten Raum (17) zuführbar bzw. von dem ersten Raum (17) abführbar ist; und
    wobei sich das Gas (16) in einem zweiten Raum (24) befindet, welcher von einer der ersten Stirnseite (18) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (23) des Trennkolbens (14) und dem zweiten Grundkörper (11) begrenzt ist, wobei der zweite Raum (24) mit dem Zwischenraum (25) mittels einer Öffnung (26) verbunden ist, sodass das Gas (16) in fluidischer Verbindung mit dem Zwischenraum (25) steht.
  2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, wobei der Zwischenraum (25) mittels eines Anschlusses (33) an dem Druckbehälter (2) mit einem weiteren Druckbehälter verbindbar ist.
  3. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, wobei der Anschluss (33) an dem zweiten Deckel (5) vorgesehen ist.
  4. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Zwischenraum (25) ein Gasnachschaltevolumen aufweist, dass wenigstens 1,5 mal, vorzugsweise wenigstens 2 mal, größer ausgebildet ist, als ein maximales Gasvolumen (16) in dem Zylinder (6).
EP10800950.7A 2010-01-26 2010-12-29 Kolbenspeicher Not-in-force EP2529121B1 (de)

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EP2529121A1 EP2529121A1 (de) 2012-12-05
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