HRP20090351A2 - Hidraulična energetska stanica-baterija - Google Patents

Abstract

Hidraulička energetska stanica-baterija je kompaktni spremnik hidrauličke energije, prvenstveno namijenjen ugradnji u transmisije hidrauličkih hibridnih vozila. U svojoj osnovi predstavlja standardni hidropneumatski akumulator (1) na koji je navučen elastični elastomerni mijeh (19). Hidropneumatski akumulator služi da bi se pohranilo ulje pod visokim pritiskom, a prostor (20) između vanjske stijenke hidropneumatskog akumulatora (1) i unutarnje stijenke elastičnog elastomernog mijeha (19) služi da bi se pohranilo ulje pod niskim pritiskom. Zahvaljujući vanjskoj elastičnoj stijenci hidraulička energetska stanica-baterija se može lako prilagoditi raspoloživom prostoru te će je biti lakše uklopiti u hidrostatičke transmisije nego li dosadašnja rješenja koja su se oslanjala na odvojenim spremnicima ulja za visoki odnosno niski pritisak.

Description

Područje na koje se izum odnosi

Ovaj se izum odnosi na područje pohrane energije u hidrauličnim hidrostatskim transmisijskim sistemima, sa naročitim naglaskom na hibridna vozila.

Tehnički problem

U mnogim primjenama hidrostatskih transmisijskih sistema (u nastavku hidrostatska transmisija), a naročito u primjenama u hibridnim vozilima, dolazi do situacija kada je poželjno imati sistem za pohranu energije npr. WO2005061904. Karakteristične situacije kod hibridnih vozila su kočenje i ubrzavanje. Prilikom kočenja kinetička energija vozila se transformira u povišeni pritisak ulja/plina unutar spremnika visokog pritiska, odnosno potencijalnu energiju stlačenog plina. Potencijalna energija pohranjena u spremniku visokog pritiska, koristi se prilikom sljedećeg ubrzanja čime se direktno smanjuje potrošnja goriva. Količina ulja koja se pri tome prebacuje iz hidrauličnih vodova u spremnik visokog pritiska se nadoknađuje iz spremnika niskog pritiska. Zbog ograničenog prostora, naročito u primjenama u hibridnim vozilima, poželjno je da spomenuti spremnici visokog i niskog pritiska budu što manjih dimenzija. Također je poželjno da budu što manje mase.

Stanje tehnike

U poznatom stanju tehnike, spomenuti spremnici visokog i niskog pritiska su uglavnom visokotlačni spremnici cilindričnog tipa. Volumen spomenutih spremnika je pomičnim brtvenim elementom podijeljen na dva dijela. Jedan dio ja napunjen stlačenim plinom a drugi dio se puni/prazni hidrauličnim uljem. Prilikom punjenja uljem, pomični brtveni element se pomiče na način da se dio napunjen uljem povećava nauštrb dijela punjenog stlačenim plinom. Kako je hidraulično ulje praktični nestlačivo sva energija se pohranjuje u vidu stlačenog plina. Pokretni brtveni dio može biti slobodni klip odnosno gumena ili metalna membrana. Plin koji se standardno koristi je dušik. Spremnici su uglavnom izrađeni od čelika ili kompozitnog materijala.

Zbog ograničenog prostora na vozilima, poželjno je da sistem za pohranu energije bude što manjih dimenzija. Do sada su se uglavnom koristili istovjetni odvojeni spremnici i za pohranu hidrauličkog ulja pod visokim i niskim pritiskom. Korištenje dvaju odvojenih spremnika zahtijeva relativno velik prostor za ugradnju a i komplicira sam proces ugradnje, jer je posebnim tlačnim vodovima potrebno povezati navedene spremnike sa ostatkom hidrostatske transmisije. Pod potrebnim prostorom za ugradnju misli se na dužinu, visinu i širinu kvadratičnog volumena potrebnog da se smjeste spomenuti spremnici. Da bi se smanjio ugradbeni prostor, u rješenju opisanom u patentu WO2005061904, predloženo je da se spremnik visokog pritiska integrira u spremnik niskog pritiska. Integracija je izvršena na način da se spremnik visokog pritiska smješta unutar, prvenstveno cilindričnog i krutog većeg spremnika, tvoreći jedan integralni spremnik hidrauličke energije. Ovim, prostor između vanjske stijenke spremnika visokog pritiska i unutarnje stijenke većeg spremnika, u koji je smješten spomenuti spremnik visokog pritiska, postaje spremnik niskog pritiska. Pošto su oba spremnika kruta, ulje u spremniku niskog pritiska u potpunosti ispunjava raspoloživi prostor, samo u specijalnom slučaju, kada je spremnik visokog pritiska potpuno ispražnjen. Slijedi, da kada je spremnik visokog pritiska djelomično ispražnjen i spremnik niskog pritiska će biti dejlomično ispunjen hidrauličkim uljem, dok će ostatak prostora biti ispunjen plinom. Kako se radi prvenstveno o spremniku koji će biti ugrađen u vozila, djelovanje inercijskih sila će dovesti do gibanja slobodne površine hidrauličkog ulja koje se nalazi u spremniku niskog pritiska. Da bi se izbjeglo da zrak ili neki drugi plin, koji ispunjava prostor iznad slobodne površine ulja, uđe u tlačne vodove hidrostatičke transmisije bit će potrebno predvidjeti veću količinu ulja od one koju može apsorbirati spremnik visokog pritiska, što će rezultirati većim volumenom čitavog rješenja. Nadalje, da pritisak u spremniku niskog pritiska nebi pretjerano porastao, kada spomenuti prostor primi svo ulje iz spremnika visokog pritiska, potrebno je predvidjeti dodatni volumen koji će primiti plin iz spremnika niskog pritiska. U spomenutom patentu WO2005061904 za ovo je predviđena dodatna, zasebna, tlačna posuda. Jasno je da se dodavanjem zasebne tlačne posude povećava ugradbeni volumen i kompleksnost rješenja. Dodatno, zbog postojanja slobodne površine, odnosno direktnog kontakta između ulja i plina u spremniku niskog pritiska, poznato rješenje je osjetljivo na položaj ugradnje. Vertikalna ugradnja će biti više poželjna zbog lakšeg razdvajanja talačnog voda, kojim spremnik niskog pritiska fluidički komunicira sa ostatkom hidrostatičke transmisije i plina koji ispunjava slobodni prostor u spremniku niskog pritiska, iznad slobodne površine hidrauličkog ulja.

Izlaganje suštine izuma

Primarni cilj je unaprijediti rješenje opisano u WO2005061904 na način da se smanji ukupni ugradbeni volumen, da se smanji broj elemenata za ugradnju, da se pojednostavni konstrukcija te da se kreira integralni spremnik hidrauličke energije koji jednako dobro funkcionira i u vertikalnom i u horizontalnom položaju.

Navedeni ciljevi će se postići umetanjem većeg dijela spremnika visokog pritiska u elastomerni elastični mijeh. Elastomerni elastični mijeh je manjih dimenzija nego li spremnik visokog pritiska te će umetanje spomenutog spremnika visokog pritiska, u spomenuti elastični elastomerni mijeh, rezultirati generiranjem vlačnog naprezanja u istom. Prostor između vanjske stijenke spremnika visokog pritiska i unutarnje stijenke elastičnog elastomernog mijeha tvori fleksibilni spremnik niskog pritiska. Vlačno naprezanje u elastomernom elastičnom mijehu će generirati nadtlak potreban za funkcioniranje hidrostatičke transmisije, bez obzira na inercionu i gravitacijsku silu koje djeluju na hidrauličko ulje u spremniku niskog pritiska za vrijeme vožnje, čime se dobiva rješenje koje će jednako dobro funkcionirati i u vertikalnom i u horizontalnom položaju.

Dodatno, fleksibilni spremnik niskog pritiska se prilagođava količini hidrauličkog ulja koje se nalazi u njemu te nema potrebe za plinom i dodatnim spremnikom istog kako bi se pratila promjena nivoa ulja u spremniku niskog pritiska. Ovim se postiže smanjenje broja elemenata za ugradnju.

Nadalje, elastomerni elastični mijeh se svojim oblikom može prilagoditi raspoloživom prostoru čime se smanjuje potrebni ugradbeni volumen predloženog rješenja.

Daljnje smanjenje ugradbenog volumena hidrauličke energetske stanice-baterije, kao i kompletnog rješenja hidrostatičke transmisije, na koju je ista priključena, može se ostvariti integriranjem elemenata hidrostatičke transmisije u hidrauličku energetsku stanicu-bateriju.

Predloženo rješenje hidrauličke energetske stanice-baterije može se ostvariti korištenjem bilo kojeg tipa, struci poznatih spremnika visokog pritiska u vidu standardnih hidropneumatskih akumulatora.

Kratak opis crteža

Sl. 1 Prikazuje standardni hidropneumatski akumulator sa elastičnim elastomernim mijehom kao pokretnim brtvenim elementom.

Sl. 2 Prikazuje standardni hidropneumatski akumulator sa klipom kao pokretnim brtvenim elementom.

Sl. 3 Prikazuje osnovnu izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije bazirane na hidropneumatskom akumulatoru sa elastičnim elastomernim mijehom kao pokretnim brtvenim elementom.

Sl. 4 Prikazuje osnovnu izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije bazirane na hidropneumatskom akumulatoru sa klipom kao pokretnim brtvenim elementom.

Sl. 5 Prikazuje izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije bazirane na hidropneumatskom akumulatoru sa elastičnim elastomernim mijehom kao pokretnim brtvenim elementom, uz dodatak pneumatske kompenzacije.

Sl. 6 Prikazuje izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije bazirane na hidropneumatskom akumulatoru sa klipom kao pokretnim brtvenim elementom uz dodatak pneumatske kompenzacije.

Sl. 7 Prikazuje izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije bazirane na hidropneumatskom akumulatoru sa klipom kao pokretnim brtvenim elementom uz dodatak pneumatske kompenzacije i obostranog prolaza za radni fluid.

Sl. 8 Prikazuje izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije direktno povezane sa hidrostatičkom transmisijom.

Sl. 9 Prikazuje izvedbu hidrauličke energetske stanice-baterije sa zaštitnim kućištem.

Sl. 10 Prikazuje poprečni presjek izvedbe hidraulička energetske stanica-baterije sa zaštitnim kućištem.

Detaljan opis nekih načina ostvarivanja izuma

Sl. 1. Prikazuje standardnu izvedbu hidropneumatskog akumulatora 1 sa elastičnim elastomernim mijehom 2 kao pokretnim brtvenim elementom, koji dijeli unutarnji volumen tijela akumulatora 3 na promjenjivi podvolumen sa stlačenim plinom 4 i promjenjivi podvolumen sa hidrauličkim uljem 5. Anti-ekstruzijski ventil 6 služi da spriječi ekstruziju elastičnog elastomernog mijeha 2 kroz prolaz 6 u trenutku kada je svo hidrauličko ulje istisnuto iz hidropneumatskog akumulatora 1 odnosno kada promjenjivi podvolumen 4 praktički iščezne. Prolaz 7 omogućuje fluidičku komunikaciju između promjenjivog podvolumenu 4 i tlačnog voda hidrostatičke transmisije, kada je na nju priključen spomenuti hidropneumatski akumulator. Ventil 8 služi za punjenje/pražnjenje plina u/iz promjenjivog podvolumena 3.

Sl. 2. Prikazuje standardnu izvedbu hidropneumatskog akumulatora 9 sa klipom 10 kao pokretnim brtvenim elementom, koji dijeli unutarnji volumen tijela akumulatora 11, na promjenjivi podvolumen sa stlačenim plinom 12 i promjenjivi podvolumen sa hidrauličkim uljem 13. Prolaz 14 u elementu za zatvaranje 15 omogućuje fluidičku komunikaciju između promjenjivog volumena 13 i tlačnog voda hidrostatičke transmisije, kada je na nju priključen spomenuti hidropneumatski akumulator. Ventil 16, montiran na element za zatvaranje 17, služi za punjenje/pražnjenje plina u/iz promjenjivog podvolumena 12.

Sl. 3. Prikazuje hidrauličku energetsku stanicu – bateriju 18 u svojoj osnovnoj varijanti, a baziranoj na hidropneumatskom akumulatoru 1 sa elastičnim elastomernim mijehom. Hidropneumatski akumulator 1 nalazi se unutar vanjskog elastičnog elastomernog mijeha 19. Na slici je prikazano stanje kada je hidropnemuatski akumulator 1 gotovo u potpunosti ispražnjen tako da se većina hidrauličkog ulja nalazi u spremniku niskog pritiska 20, koji je formiran između vanjske stijenke hidropneumatskog akumulatora 1 i unutarnje stijenke elastičnog elastomernog mijeha 19. Prostor spremnika niskog pritiska 20 zatvoren je elementom za zatvaranje 21 na kojem se nalazi i prolaz 22 kojim spremnik niskog pritiska 20 komunicira sa vodom niskog pritiska hidrostatičke transmisije, kada je na nju priključen. Vanjski elastični elastomerni mijeh 19 je, u ovoj varijanti, povezan sa elementom za zatvaranje 21, posredstvom kombinacije odgovarajućih kružnih ispupčenja i udubljenja. U prikazanom rješenju kružno udubljenje 23, elementa za zatvaranje 21, ulazi u kružno ispupčenje 24, elastičnog elastomernog mijeha 19, a kružno ispupčenje 25, elementa za zatvaranje 21, ulazi u kružno udubljenje 26 elastičnog elastomernog mijeha 19. Ovako ostvarena veza osigurana je pritisnim elementom 27 koji je u traženom položaju fiksiran maticom 28. Pritisnom pločom 29 elastični elastomerni mijeh 19 je pritisnut na vanjsku stijenku hidropnematskog akumulatora kako bi se osiguralo brtveljnje na ovom dijelu gdje dio ventila 8 prolazi kroz elastični elastomerni mijeh 29.

Sl. 4. Prikazuje hidrauličku energetsku stanicu-bateriju 30 u jednoj od osnovnih varijanti, a baziranoj na hidropneumatskom akumulatoru 9 sa klipom. U ovom slučaju hidropneumatski akumulator 9, se svojim većim dijelom nalazi unutar vanjskog elastičnog elastomernog mjeha 31. Slikom je prikazano stanje kada je hidropneumatski akumulator 9 gotovo u potpunosti ispražnjen tako da se većina hidrauličkog ulja nalazi u spremniku niskog pritiska 32 formiranog između vanjske stijenke hidropneumatskog akumulatora 9 i unutarnje stijenke elastičnog elastomernog mijeha 31. Elastični elastomerni mijeh 31 povezan je sa hidropneumatskim akumulatorom 9 korištenjem kombinacije kružnih ispupčenja i udubljenja koji se nalaze u odgovarajućem rasporedu na elementima za zatvaranje 33 i 34 te na oba kraja elastičnog elastomernog mijeha 31, a na način koji je već opisan prethodnom slikom 3. Na elementu za zatvaranje 33 nalazi se žlijeb 35 preko kojeg spremnik niskog pritiska 32 fluidički komunicira sa prolazom 36, a time i sa vodom niskog pritiska hidrostatičke transmisije, kada je na nju priključen.

Sl. 5 Prikazuje jednu varijantu hidrauličke energetske stanice-baterije 37 baziranoj na hidropneumatskom akumulatoru sa elastičnim elastomernim mjehom. Ova se varijanta razlikuje od varijante opisane na slici 4 utoliko što vanjski elastomerni mjeh 38 ima dva sloja i to radni 39 i korekcijski 40. Prostor između vanjske stijenke radnog sloja 39 i unutrašnje stijenke korekcijskog sloja 40 ispunjen je plinom pod pritiskom, koji služi kako bi se korigirao pritisak ulja u spremniku niskog pritiska 20. Korekcija može imati svrhu da nadoknadi gubitak pritiska koji je nastao uslijed trajnog istezanja, zamora, materijala radnog sloja 39 i/ili da bi se u spremniku niskog pritiska generirao viši pritisak nego li je to moguće ostvariti samo elastičnim rastezanjem radnog sloja 39. Radni sloj 39 je izrađen od elastičnog elastomernog materijala. Korekcijski sloj 40 izrađen je od elastičnog elastomernog materijala u slučaju kada je potrebno korigirati gubitak pritiska uslijed trajnog istezanja radnog sloja 39. U slučaju kada u spremniku niskog pritiska 20 treba generirati pritisak veći od pritiska koji se može generirati elastičnim istezanjem radnog sloja 39 korekcijski sloj može biti izveden od elastomernog materijala ojačanog kompozitnim ili čeličnim vlaknima čime zadržava mogućnost deformiranja ali postaje praktički neelastičan. Korekcijski sloj, na jednom svom dijelu prelazi u kanal 41 u kojem je smješten ventil 42. Ventil 42 služi za punjenje/pražnjenje plina u prostor između vanjske stijenke radnog sloja 39 i unutarnje stijenke korekcijskog sloja 40.

Sl. 6 Prikazuje varijantu hidrauličke energetske stanice-baterije 43 baziranoj na hidropneumatskom akumulatoru sa klipom. I na ovoj je slici prikazano rješenje sa dvoslojnim vanjskim elastomernim mijehom 44, odnosno sa radnim 45 i korekcijskim 46 slojem. U ovom prikazu korekcijski sloj 46, na jednom svom dijelu, prelazi u kanal 47 kojim je fluidički, preko tlačnog voda 48 povezan sa dodatnim spremnikom 49. Spremnik 49 može biti krute izvedbe od npr čelika ili kompozitnog materijala, deformabilne izvedbe od npr. elastomernog materijala ojačanog čeličnim/kompozitnim vlaknima ili elastične izvedbe od npr. elastomernog materijala ali bez ikakvog dodatnog ojačavanja koje bi ograničilo njegovu prirodnu elastičnost. Dodatno na jednom svom dijelu prelazi u kanal 50 u kojem je smješten ventil 42 koji u ovom slučaju služi za punjenje i pražnjenje plina u/iz dodatni/og spremnik/a 49.

Sl. 7 Prikazuje rješenje hidrauličke energetske stanice 51 koja ima dva prolaza 52 i 53, po jedan na svakom kraju. Spomenuti prolazi omogućuju, kao i u prethodno opisanim rješenjima, fluidičku komunikaciju spremnika niskog pritiska 54 sa ostatkom hidrostatičke transmisije, kad ja spomenuta hidraulička energetska stanica 51 na nju priključena. Ali u ovom slučaju mogu imati i dodatnu funkciju transporta hidrauličkog ulja od jednog kraja na drugi i obrnuto ali bez pohrane hidrauličkog ulja. Naime, u dosad opisanim rješenjima prolaz hidrauličkog ulja kroz otvor npr. 22 na Sl. 3 bio je povezan sa promjenom volumena spremnika niskog pritiska 20, odnosno količine hidrauličkog ulja sadržanog u njemu. U ovom slučaju, za razliku od prethodno opisanih, hidrauličko ulje pod niskim pritiskom može prolaziti između prolaza 52 i 53 bez da se mijenja volumen samog spremnika niskog pritiska 54 čime spremnik niskog pritiska postaje vod niskog pritiska izuzetno velikog poprečnog presjeka što je povoljno sa stanovišta smanjenja hidrauličkih gubitaka. Isto vrijedi i za dio hidrauličke energetske stanice-baterije 51 koja služi za pohranu hidrauličkog ulja pod visokim pritiskom koja također ima dva prolaza 55 i 56, po jedan na svakom kraju. Slijedi da prolazi 55 i 56 imaju dvostruku funkciju. Prva je da omoguće fluidičku komunikaciju dijela spremnika visokog pritiska, koji sadrži hidrauličko ulje pod visokim pritiskom 57, sa ostatkom hidrostatičke transmisije, kada je hidraulička energetska stanica-baterija na nju priključena. Druga funkcija je da služe za prolazak hidrauličkog ulja sa jednog kraja hidrauličke energetske stanice-baterije na njezin drugi kraj, i obrnuto, korištenjem tlačnog voda 58.

Sl. 8. Prikazuje jedan od mogućih načina integracije/ugradnje hidrauličke energetske stanice-baterije 30, opisane na Sl. 4, u hidrostatičku transmisiju 59. Ovo je primjer jednostavne hidrostatičke transmisije, namijenjene pohrani energije kočenja te korištenje iste prilikom ponovnog ubrzanja, a koja se sastoji od spomenute hidrauličke energetske stanice 30, priključene direktno na hidraulički motor/pumpu promjenjive dobave 60. Veza je ostvarena preko zajedničkog razvodnog bloka 61. Zbog jasnoće prikaza na slici je dan pojednostavljen prikaz, gdje nisu prikazani ventili za kontroliranje dobave i zaštite od nadrpitiska koji su u pravilu sastavni dijelovi modernih hidrauličkih motora/pumpi promjenjive dobave, kako je to poznato stručnjacima iz područja. Iz ovog prikaza postaju jasne i dodatne prednosti predloženog rješenja, naime, kako je slikom prikazano, integriranje hidropneumatskog akumulatora 9 u spremnik niskog pritiska 32 rezultira kompaktnom izvedbom spremnika hidrauličke energije u vidu hidrauličke energetske stanice-baterije 30, koju je moguće direktno priključiti na hidrauličku pumpu/motor 61. Ovim se postižu dodatne uštede u potrebnom ugradbenom prostoru, jer tlačni vodovi, poznati u gradnji hidrostatičkih transmisija, postaju suvišni. Nadalje, direktnom vezom između hidrauličke stanice-baterije 30 i hidrauličkog motora/pumpe 61 smanjuje se rizik od curenja, odnosno, bit će moguće koristiti više maksimalne pritiske za prijenos snage. Korištenjem viših maksimalnih pritisaka, a za pohranu iste količine energije, biti će dostatan spremnik visokog pritiska manjih dimenzija što će opet za posljedicu imati daljnje smanjenje ugradbenih dimenzija. Smanjenjem ugradbenih dimenzija predloženo rješenje će omogućiti primjenu hidrostatičke transmisije u izradi hibridnih hidrauličkih pogona namijenjenih tržištu osobnih automobila. Ovako izvedena hidrostatička transmisija se preko osovine 62 mehanički povezuje sa transmisijom automobila, koji nije prikazan, Prilikom zaustavljanja okretanje kotača, odnosno mehanička energija, će se prenijeti na osovinu 62 te će hidraulička pumpa/motor 61, radeći kao pumpa, transformirati spomenutu mehaničku energiju u hidrauličku energiju pohranjenu u hidropneumatskom akumulatoru 9. Prilikom ubrzanja hidraulička energija, pohranjena u hidropneumatskom akumulatoru 9, će se posredstvom hidrauličke pumpe/motora 61 pretvoriti u mehaničku energiju koja će se preko osovine 62 prenijeti transmisiju automobila odnosno njegovim kotačima.

Sl. 9. Prikazuje hidrauličku energetsku stanicu–bateriju 30 smještenu unutar zaštitnog kućišta 63. Kućište može biti izrađeno od metala ili kompozita, a može biti kružnog ili kvadratičnog poprečnog presjeka. Na slici je prikazano kućište sa kvadratičnim poprečnim presjekom koje omogućuje maksimalno smanjenje ugradbenih dimenzija. Na predstavljenom rješenju zaštitno kućište 63 štiti elastični elastomerni mijeh 19, a pritisak u prostoru 64, između elastičnog elastomernog mijeha 19 i zaštitnog kućišta 63, je uvijek jednak atmosferskom pritisku. Iako to slikom nije prikazano potrebno je naglasiti da spomenuti prostor 64 može biti ispunjen plinom pod pritiskom, te u tom slučaju zaštitno kućište 63 preuzima ulogu korekcijskog sloja, kako je i opisano na Sl. 5 i SL. 6. Kada zaštitno kućište 63 preuzme ulogu i korekcijskog sloja kružni poprečni presjek će omogućiti rješenje sa najmanjom masom. Slijedi da kada je prostor 64 ispunjen plinom pod pritiskom, na kućištu 63 potrebno je predvidjeti kanal za kontrolu, punjenje i pražnjenja spomenutog plina, kao što je opisano na Sl. 5 i Sl. 6. Dodatno, spomenuti kanal, kao što je to prikazano na Sl. 5 i Sl. 6, može fluidički povezivati prostor 64 sa dodatnim spremnikom ili biti opremljen ventilom za kontrolu, punjenje i pražnjenje plina u/iz prostora 64. I kvadratično kućište može biti tlačno opterećeno, a radi izvedbe sa što većom krutosti uz što manje mase, poželjno je da stjenke budu izvedene kao kompozitni ‘sendwich’.

Sl. 10. Prikazuje poprečni presjek A-A hidrauličko energetske stanice-baterije 30 smještene unutar kućišta 63. Kada se radi o kvadratičnom kućištu, kao u ovom slučaju, mjesta, na kojima se spajaju stranice kvadratičnog kućišta 63 koje dolaze u kontakt sa elastičnim elastomernim mijehom 19, izvedena su sa radijusom 65 kako bi se izbjegla lokalna koncentrirana opterećenja, odnosno zamor materijala, stijenke elastičnog elastomernog mijeha 19.

Dodatno, slikom je predstavljena ušteda na ugradbenom volumenu, koju je moguće postići predloženim rješenjem. Ušteda je predstavljena smanjenjem ugradbene površine odnosno površinom pravokutnika koji obuhvaća poprečni presjek pojedinog rješenja. Kao referentna površina odnosno 100%, (nije prikazana na slici) uzeta je površina pravokutnika potrebnog za obuhvaćanje poprečnog presjeka dvaju hidropneumatskih akumulatora predstavljenih na Sl. 1 i Sl. 2 što odgovara poprečnom presjeku danas standardnih rješenja. Kružnicom 66 predstavljen je kružni presjek rješenja opisanih na Sl. 5 i Sl. 6, dok je kvadratom 67 predstavljena ugradbena površina spomenutog rješenja. Površina kvadrata 67 predstavlja 80% spomenute referentne površine. Kružnicom 68 predstavljen je poprečni presjek rješenja opisanih na Sl. 3 i Sl. 4, a kvadratom 69 odgovarajuća ugradbena površina. Površina kvadrata 69 predstavlja 75% posto referentne površine. Kvadrat 70 predstavlja ugradbenu površinu zaštitnog kućišta 63 i predstavlja 65% referentne površine.

Potrebno je naglasiti da rješenja predstavljena na Sl. 2 i Sl. 3 mogu biti ugrađena u vozilo gdje konstrukcija vozila predstavlja zaštitno kućište te će u tom slučaju ugradbena površina biti jednaka površini kvadrata 71 koji ima 60% referentne površine.

Ovim je završen osnovni prikaz potreban za razumijevanja predloženog rješenja hidrauličke energetske stanice-baterije. Ipak potrebno je naglasiti da će stručnjaku iz područja biti jasno da su mnoge moguće varijacije predloženog rješenja bez da se napusti duh izuma sadržanom u činjenici da je ostvaren integralni spremnik za pohranu hidrauličke energije korištenjem elastičnog elastomernog mijeha kao spremnika niskog pritiska, navučenog na hidropneumatski akumulator koji služi kao spremnik visokog pritiska.

Način primjene izuma

Navedeni izum, hidraulička energetska stanica-baterija, se primjenjuje za pohranu hidrauličke energije, prvenstveno u aplikacijama gdje je bitna ušteda prostora. Hidraulička energetska stanica-baterija će stoga biti naročito interesantna za primjenu u transmisijama hidrauličkih hibridnih vozila kao spremnik energije u koji će biti pohranjena kinetička energija vozila absorbirana prilikom kočenja. Prilikom ubrzanja, pohranjen energija biti će transformirana natrag u kinetičku energiju vozila. Transformacija energije se vrši korištenjem hidrauličkog stroja promjenjive dobave, koji može funkcionirati i kao pumpa i kao motor. Prilikom kočenja, mehanička energija, oslobođena na kotačima povezanima sa transmisijom, prenosi se na osovinu spomenutog hidrauličkog stroja promjenjive dobave. Prilikom kočenja, hidraulički stroj, radeći kao pumpa, transformirat će mehaničku energiju u hidrauličku energiju. Generirana hidraulička energija pohraniti će se u hidrauličkoj energetskoj stanici-bateriji u obliku potencijalne energije stlačenog plina. Prilikom ubrzanja, hidraulički stroj će raditi kao motor, pretvarajući hidrauličku energiju, pohranjenu u hidrauličkoj stanici, u mehaničku energiju na osovini samog hidrauličkog stroja promjenjive dobave, a koja će se transmisijom prenijeti na kotače vozila.

Nadalje, smanjenje ugradbenog volumena bit će ostvareno korištenjem hidrauličke energetske stance-baterije kao tlačnog voda velikog poprečnog presjeka, čime će se smanjiti ukupni hidraulički gubitci.

Claims (10)

1. Hidraulička energetska stanica-baterija je integralni spremnik za pohranu hidrauličke energije koji objedinjuje spremnik visokog pritiska i spremnik niskog pritiska naznačena time da je spremnik niskog pritiska formiran između barem jednog dijela vanjske stijenke, barem jednog spremnika visokog pritiska i barem jednog dijela unutarnje stijenke elastičnog elastomernog mijeha navučenog na spomenuti spremnik visokog pritiska, a gdje je navlačenjem spomenutog elastičnog elastomernog mijeha na spomenuti spremnik visokog pritiska generirano vlačno naprezanje u, barem jednom dijelu, stijenke spomenutog elastičnog elastomernog mijeha, čime je osigurano održavanje nadtlaka u ulju koje se nalazi u spomenutom spremniku niskog pritiska.

2. Hidraulička energetska stanica-baterija prema zahtjevu 1 naznačena time da je veza između elastičnog elastomernog mijeha i spremnika visokog pritiska ostvarena kombinacijom barem jednog kružnog ispupčenja i barem jednog udubljenja na elementu za zatvaranje, fiksiranom na spomenuti spremnik visokog pritiska, te kombinaciji barem jednog kružnog ispupčenja i barem jednog kružnog udubljenja na elastičnom elastomernom mijehu, te da su izrađeni na način da kružno ispupčenje na spomenutom elementu za zatvaranje odgovara kružnom udubljenju na spomenutom elastičnom elastomernom mijehu, odnosno da kružno udubljenje na spomenutom elementu za zatvaranje odgovara kružnom ispupčenju na spomenutom elastičnom elastomernom mijehu.

3. Hidraulička energetska stanica-baterija prema zahtjevu 2 naznačena time da je ostvarena veza između elastičnog elastomernog mijeha i spremnika visokog pritiska odnosno elementa za zatvaranje preko kojeg je spomenuta veza ostvarena, fiksirana pomoću pritisnog elementa u obliku kružnog prstena te osigurana maticom koja naliježe na spomenuti pritisni element.

4. Hidraulička energetska stanica-baterija prema zahtjevima 1, 2 i 3 naznačena time da na spomenutoj hidrauličko energetskoj staniC1-bateriji postoji barem jedan prolaz koji pripada spremniku niskog pritiska i omogućuje fluidičku komunikaciju spomenutog spremnika niskog pritiska sa vodovima niskog pritiska hidrauličke instalacije na koju je spomenuta hidraulička energetska stanica-baterija priključena, te da postoji barem jedan prolaz koji pripada spremniku visokog pritiska, a omogućuje fluidičku komunikaciju spomenutog spremnika visokog pritiska, odnosno onog dijela spremnika visokog pritiska koji sadrži hidrauličko ulje pod visokim pritiskom, i vodova visokog pritiska hidrauličke instalacije na koju je spomenuta hidraulička energetska stanica – baterija priključena.

5. Hidraulička energetska stanica-baterija prema zahtjevima 1, 2, 3 i 4 naznačena time da je spremnik visokog pritiska izveden kao hidropneumatski akumulator.

6. Hidraulička energetska stanica-baterija prema zahtjevu 5 naznačena time da je kapacitet hidropneumatskog akumulatora povećan dodatnim spremnikom plina pod visokim pritiskom, fluidički povezanim sa prostorom u hidropneumatskom akumulatoru ispunjenim plinom pod visokim pritiskom.

7. Hidraulička energetska stanica-baterija u svojoj prvoj varijanti prema zahtjevima 1, 2, 3, 4, 5 i 6 naznačena time da elastični elastomerni mijeh ima dva sloja, radni i korekcijski, da je prostor između radnog i korekcijskog sloja ispunjen plinom koji služi kako bi se korigirao pritisak ulja u spremniku niskog pritiska, nadalje na korekcijskom sloju nalazi se kanal sa ventilom koji omogućuje kontrolu, punjenje i pražnjenje plina u/iz spomenutog prostora ispunjenog plinom.

8. Hidraulička energetska stanica-baterija u svojoj drugoj varijanti prema zahtjevima 1, 2, 3, 4, 5 i 6 naznačena time da elastični elastomerni mijeh ima dva sloja, radni i korekcijski, da je prostor između radnog i korekcijskog sloja ispunjen plinom koji služi kako bi se korigirao pritisak ulja u spremniku niskog pritiska, nadalje na korekcijskom sloju nalazi se kanal koji je povezan sa barem jednim dodatnim spremnikom na kojem se nalazi dodatni kanal sa ventilom koji omogućuje kontrolu, punjenje i pražnjenje plina u/iz spomenutog prostora ispunjenog plinom.

9. Hidraulička energetska stanica-baterija u svojoj trećoj varijanti prema zahtjevima 1, 2, 3, 4, 5,6, 7 i 8 naznačena time da je spomenuta hidraulička energetska stanica-baterija umetnuta u zaštitno kućište kvadratičnog oblika kojem su rubovi stranica, koji dolaze u doticaj sa elastomernim mijehom, izvedeni kao dijelovi cilindra radi izbjegavanja stvaranja koncentriranog naprezanja u stijenci elastomernog mijeha.

10. Hidraulička energetska stanica-baterija u svojoj četvrtoj varijanti prema zahtjevima 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 i 9 naznačena time da je element zatvaranja hidrauličke energetske stanice-baterije ujedno i dio hidrauličkog stroja na koji je priključena spomenuta hidraulička energetska stanica-baterija, te da sadrži ventile potrebne za kontrolu rada hidrauličkog stroja.