WO2015059183A1 - Energiespeicher - Google Patents

Energiespeicher Download PDF

Info

Publication number
WO2015059183A1
WO2015059183A1 PCT/EP2014/072628 EP2014072628W WO2015059183A1 WO 2015059183 A1 WO2015059183 A1 WO 2015059183A1 EP 2014072628 W EP2014072628 W EP 2014072628W WO 2015059183 A1 WO2015059183 A1 WO 2015059183A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
hydraulic
storage part
energy
storage
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/072628
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Vogt
Rouven Kernberger
Armin Schuelke
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2015059183A1 publication Critical patent/WO2015059183A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
    • B60K6/10—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable mechanical accumulator, e.g. flywheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G1/00—Spring motors
    • F03G1/02—Spring motors characterised by shape or material of spring, e.g. helical, spiral, coil
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical energy store according to the preamble of claim 1 and to a mechanical hybrid system according to the preamble of claim 13.
  • hybrid hydraulic systems are used in order to convert hydraulic energy into mechanical energy by means of a hydraulic motor and to be able to convert mechanical energy into hydraulic energy by means of a hydraulic pump.
  • the mechanical energy for example, from an internal combustion engine or as kinetic energy in a recuperation, can be converted by the hydraulic pump into hydraulic energy by the pressure of a hydraulic fluid, in particular a hydraulic fluid is increased by the hydraulic pump.
  • the hydraulic fluid with the increased pressure can be stored in an energy store and at a later time can be used by the hydraulic motor in the energy storage in mechanical energy to drive the motor vehicle by means of the hydraulic fluid in the energy storage of the hydraulic motor.
  • the hydraulic fluid is used only for pressure transmission to and in the energy storage.
  • Gas spring storage known. Within a housing, a piston is arranged, and a gas is from the hydraulic fluid, in particular the hydraulic fluid moves, thereby increasing the pressure in the gas and thereby hydraulic energy can be stored in the energy storage.
  • Bladder accumulator for receiving at least one fluid medium with a
  • Plastic jacket at least partially comprising the second plastic jacket, wherein the first plastic shell has at least at one end a collar portion which comprises an opening for a valve for controlling the Mediazu- and discharge and wherein the collar part and the second plastic shell is located on an intermediate outer support ring support, which tapers in the direction of a gap opening between said shells wedge-like.
  • a hydraulic accumulator known as bladder accumulator with a gas inlet body, which is connectable to parts of the storage housing and the at least one contact surface for an elastic
  • DE 10 2013 206 397 A1 shows an energy store with an input
  • the elastic storage part is elastically deformable and the storage part includes a variable in volume working space.
  • Inventive mechanical energy storage for storing energy by means of an elastic deformation of at least one elastically deformable storage part made of an elastic solid material, comprising
  • At least one elastically deformable storage part a means for stretching and negative stretching of the at least one storage part, so that the elastic
  • Solid material is stretchable and the elastic solid material negative is extensible, wherein the means comprises a rotating shaft and the at least one storage part is attached at a first end to the rotating shaft and at a second end to a fixing part, so that in a
  • the at least one memory part is stretchable and in a rotational movement of the shaft in a second, opposite to the first direction of rotation direction, the at least one memory part is negatively stretchable.
  • the mechanical energy storage can thus be stored by the stretching of the elastic solid material without a hydraulic fluid, in particular a hydraulic oil, energy.
  • the mechanical energy storage can, for example, in one
  • each article is considered at which the at least one elastically deformable storage part by means of a rotational movement of the shaft stretchable, z. B. is wound up.
  • the at least one storage part is formed as a band of the elastic solid material.
  • the at least one storage part is formed as a cord or a rope or a plate.
  • At least one storage part in particular the band, is arranged spirally around the shaft.
  • the fastening part is stationary.
  • the fixing part, which is fixed the second end of the at least one storage part is fixed.
  • the energy storage comprises a housing and preferably that is
  • Housing coaxial and / or concentric with a rotational axis of the shaft.
  • the volume of the elastic solid material of the at least one storage part is at least 10%, 20%, 30%, 50% or 70% of the
  • Volume of the energy storage and / or the thickness of a wall of the at least one storage part is greater than 0, 1 cm, 0.5 cm, 1 cm, 2 cm or 5 cm. Due to the high proportion of elastic solid material in the volume or
  • Total volume of the energy storage can thus be stored in a small volume of the energy storage, a large amount of energy in the energy storage.
  • the housing includes an interior and within the
  • Interior is arranged at least one memory part.
  • the fastening part is formed by the housing.
  • the interior of the housing is sealed fluid-tight and within the interior is a lubricant, for.
  • a lubricant for.
  • Memory parts or individual sections of a memory part can be reduced, thereby increasing the efficiency of the energy storage is increased.
  • lubricant depressions are formed on the outside of the at least one storage part on the outside for uniform distribution of the lubricant.
  • the lubricant recesses in particular lubricant grooves, are substantially in the direction of elongation of the at least one memory part formed and / or are formed in cross-section V-shaped or rectangular.
  • the substantially identical orientation of the lubricant recesses, in particular a longitudinal axis of the lubricant recesses means that the lubricant recesses are aligned with a deviation of a few than 30 °, 20 °, 10 ° or 5 ° to the direction of elongation.
  • the elastic solid material is at least partially, in particular completely, plastic, preferably polyurethane, and / or
  • Rubber in particular nitrile rubber or hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber or ethylene-propylene-diene rubber or fluorocarbon rubber or silicone rubber or natural rubber.
  • Mechanical hybrid system for a motor vehicle, comprising a drive train for transmitting power from an internal combustion engine to at least one drive wheel, a mechanical energy store for
  • the energy store with a
  • Inventive hydraulic energy storage for storing energy by means of an elastic deformation of at least one elastically deformable storage part of an elastic solid material, comprising an inlet and outlet for introducing and discharging a hydraulic fluid, in particular a hydraulic fluid, the at least one elastically deformable
  • the elastic storage part so that by means of a hydraulic fluid in and out of a first working space, the elastic storage part is elastically deformable, the at least one storage part, which limits a variable volume first working space, and the hydraulic fluid is arranged in the first working space, that by means of introducing the hydraulic fluid into the first working space at an increase in the volume of the first working space, the elastic solid material is stretchable and by means of a discharge of the hydraulic fluid from the first working space at a reduction of
  • volume of the first working space, the elastic solid material negative is extensible, wherein the energy storage comprises a second working space and the second working space is bounded by the at least one storage part.
  • the first working space is a high-pressure space and the second working space is a low-pressure space, so that the pressure of the hydraulic fluid in the first working space is greater than in the second working space.
  • first and second working space with at least one hydraulic line are hydraulically connected to each other.
  • the first and second working space is bounded by a, in particular identical, storage part.
  • first and second working space with the at least one storage part are fluid-tightly separated from one another.
  • the energy store comprises a housing.
  • the at least one storage part is fixedly and fluid-tightly connected to a fixing part at two ends.
  • the at least one storage part is fixedly and fluid-tightly connected to a housing at two ends.
  • the first and / or second working space is bounded by the housing.
  • the at least one storage part as a, preferably flat, membrane of the elastic solid material is formed and the membrane separates the first and second working space fluid-tight from each other.
  • the energy store comprises a plurality of first
  • Working spaces and a plurality of second working spaces which are fluid-tightly separated from each other by at least one storage part.
  • the volume of the elastic solid material of the at least one storage part is at least 5%, 10%, 30%, 50% or 70% of the volume of the first and / or second working space and / or
  • Total volume of the energy storage and / or the thickness of a wall of the at least one storage part is greater than 0, 1 cm, 0.5 cm, 1 cm, 2 cm or 5 cm.
  • the volume fraction of the elastic solid material amounts to at least 5%, 10% or 40% or 70% of the volume or total volume of the energy store or other parameters described in this patent application at a pressure in the first and / or second working space, which corresponds to the ambient pressure corresponds to the energy storage, d. H. in an energy storage in which no energy is stored.
  • the thickness of the wall of the at least one storage part is smaller than 50 cm, 30cm or 20 cm.
  • the energy storage comprises several memory parts, eg. B.
  • the elastic solid material is at least partially, in particular completely, plastic, preferably polyurethane, and / or rubber, in particular nitrile rubber or hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber or ethylene-propylene-diene rubber or fluorocarbon rubber or silicone rubber or natural rubber.
  • the housing consists at least partially, in particular completely, of metal, for. As steel or aluminum, and / or plastic, in particular thermoplastic, and / or of a fiber-reinforced composite material, in particular CFRP or GRP.
  • CFRP or GRP fiber-reinforced composite material
  • Hydraulic hybrid system for a motor vehicle, comprising a hydraulic motor for converting hydraulic energy into mechanical energy, a hydraulic pump for converting mechanical energy into hydraulic energy, a hydraulic motor
  • FIG. 4 is a longitudinal section of a hydraulic energy storage in a
  • Fig. 5 is a longitudinal section of the hydraulic energy storage in a
  • Fig. 6 is a longitudinal section of the hydraulic energy storage in a third Embodiment.
  • Plastic or metal e.g. As steel or aluminum, defines an interior space 11 and includes an interior 11 a.
  • a shaft 13 as a means 12 for stretching and negative stretching of a storage part 2 is formed.
  • the storage part 2 consists of an elastic solid material in the form of a belt 34.
  • a first end 32 of the belt 34 is fixedly connected to the shaft 13 and a second
  • End 33 is fixedly secured with a fastening part 35 or fixed thereto.
  • the fastening part 35 is formed by the housing 6.
  • the tape 34 is rolled up on the shaft 13 and there is an elongation of the belt 34, d. H. the storage of energy in the
  • Energy storage 1 by means of clamping energy.
  • oil is arranged as a lubricant or lubricating oil to reduce the friction between superimposed layers of the belt 34, as a
  • Relative movement between the superposed belts 34 is performed.
  • d. H In a direction perpendicular to the plane of Fig. 2 and parallel to the plane of Fig. 1 and within the plane of Fig. 1 34 rectangular lubricant grooves 37 are provided as lubricant recesses 36 on one side of the belt.
  • Rotation axis 14 clockwise as shown in FIG. 1 performs.
  • a mechanical hybrid system 38 is shown. In the following, only the differences from the hydraulic hybrid system 20 shown in FIG. 7 will be described essentially.
  • the differential gear 27 and the drive wheels 28 are exclusively by means of a mechanical
  • Internal combustion engine 31 can be stored in the mechanical energy storage 9 and also kinetic energy of the motor vehicle in the energy storage 9 can be stored in a recuperation operation.
  • the connecting shaft 30 When unloading the energy storage 9, the connecting shaft 30 is driven by the shaft 13 and by means of the connecting shaft 30, the drive wheels 28 can be driven.
  • the connecting shaft 30 When charging the energy storage 9, as already described, the connecting shaft 30 is driven either by the internal combustion engine 21 or the drive wheels 28 and thereby the energy storage 9 is charged by the shaft 13 is moved in the counterclockwise direction of Fig. 1.
  • a hydraulic energy accumulator 1 illustrated in FIGS. 4 to 6 is used to store hydraulic energy from a hydraulic pump 24 in a hydraulic hybrid system 20 (FIG. 7) in a motor vehicle, not shown, and then at a later time the stored hydraulic energy in a hydraulic motor 23 to convert into mechanical energy and thereby the not shown
  • a housing 6 encloses an inner space 11 and within the inner space 11, a membrane 3 is arranged as a storage part 2.
  • Membrane 3 divides the interior 11 of the hydraulic Energy storage 1 in a first working space 7 as a high pressure chamber 7 and in a second working space 8 as a low pressure space 8.
  • the first and second working space 7, 8 are separated from each other with the membrane 7 fluid-tight.
  • In the first working space 7 opens through an opening 10 on the housing 6, an inlet and outlet port 4, 5 for introducing and discharging hydraulic fluid, in particular a hydraulic oil as a hydraulic fluid.
  • an inlet and outlet opening 4, 5 opens in the second working space 8, an inlet and outlet opening 4, 5 as an opening 10 of the housing 6 for introducing and discharging hydraulic oil into and out of the second working space 8.
  • the housing 6 is made of metal or glass fiber reinforced plastic and limited in addition to the membrane 3 and the first and second working space 7, 8.
  • one end of the membrane 3 is fixed or fixed to the housing 6.
  • the inlet and outlet openings 4, 5 respectively at the first and second working space 7, 8 are connected to a hydraulic line 26, not shown, fluid-conductively.
  • a hydraulic line 26 not shown, fluid-conductively.
  • the pressure and the volume of the hydraulic oil in the first working chamber 7 is increased and in the second working space 8 lowered.
  • the hydraulic energy is thus in the hydraulic energy storage 1 by an elastic
  • Deformation of the storage part 2 is stored as a membrane 3.
  • hydraulic oil is passed from the first working chamber 7 into the second working chamber 8 by the hydraulic line 26, not shown, and further by a hydraulic motor 23, thereby driving the hydraulic motor 23 by means of a valve, not shown.
  • an elastic recovery of the membrane 3 occurs, so that it has a lower elongation and thus when unloading the hydraulic
  • the membranes 3 have a large thickness, z. In the range of 0.5 cm,
  • Volume unit of the energy storage device 1 can be stored, since the volume fraction of the elastic solid material of the membrane 3 to the energy storage 1 is large.
  • the energy storage in the energy storage 1 is effected by the elastic deformation and expansion of the membrane of the elastic solid material.
  • Fig. 5 is a second embodiment of the hydraulic
  • the hydraulic energy storage device 1 has two membranes 3 as storage parts 2, so that the energy storage device 1 has a first working space 7 and two second working spaces 8. In this case, the two second working spaces 8 through corresponding inlet and outlet openings 4, 5 as openings 10 in the
  • Housing and a hydraulic line 26, not shown, without hydraulic motor 23 and pump 24 fluidly connected to each other and the three working chambers 7, 8 are fluid-tightly separated from each other by the two membranes 3.
  • the mode of operation corresponds to that of the energy store 1 shown in FIG. 4, d. H.
  • FIG. 6 a third embodiment of the hydraulic energy storage device 1 is shown.
  • the interior 11 of the housing 6 is divided by six membranes 3 in three first working spaces 7 and four second working spaces 8 fluid-tight.
  • first working spaces 7 and four second working spaces 8 fluid-tight.
  • Hydraulic energy storage 1 when loading the hydraulic energy storage 1 at the same time in all three first working spaces. 7
  • Hydraulic oil introduced and simultaneously from all four second
  • the hybrid hydraulic system 20 includes an engine 21 and two shafts 22. With the engine 21 and the shaft 22, the hydraulic pump 24 is driven, thereby delivering hydraulic fluid from the hydraulic pump 24 to the hydraulic motor 23.
  • the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 are each formed as swash plate machines 25.
  • the shaft 22 is driven on the hydraulic motor 23 and from the shaft 22, a differential gear 27 is driven.
  • two wheel shafts 29 and one drive wheel 28 are connected to the wheel shafts 29. This allows drive wheels 28 of the not shown
  • hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 are driven. Due to the formation of the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 as a swash plate machine 25, the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 also serve as a continuously variable hydraulic transmission.
  • the hydraulic hybrid system 20 also includes a mechanical drive sub-string for exclusive mechanical power transmission from the engine 21 to the two drive wheels 28 (not shown).
  • a mechanical drive sub-string for exclusive mechanical power transmission from the engine 21 to the two drive wheels 28 (not shown).
  • the hydraulic pump 24 may be a part of
  • Hydraulic fluid from the low pressure accumulator 16 as a second working space 8 and by the hydraulic motor 23, which acts as a hydraulic pump 24, are stored in the high-pressure accumulator 15 as the first working space 7, because the hydraulic pump 24 from the shaft 22 and thus the
  • Hydraulic oil for storage of energy and can be used both in the hydraulic hybrid system 20 and the mechanical hybrid system 38 and in other applications on a motor vehicle, for example on a start-stop starter for frequent restart of the internal combustion engine 21.
  • the hydraulic energy accumulator 1 integrates both the high-pressure chamber 7 and the low-pressure chamber 8 within the inner space 11 as the first and second working space 7, 8, thereby characterized by the hydraulic
  • Energy storage 1 both a first working space 7 as a high-pressure chamber 7 and a second working space 8 is provided as a low-pressure space 8 and thus with only a hydraulic energy storage 1 as high and low pressure storage 15, 16, the hydraulic hybrid system 20 can be operated to store Energy by means of the hydraulic energy storage 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

Mechanischer Energiespeicher (1) zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils (2) aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil (2), ein Mittel (12) zum Dehnen und negativen Dehnen des wenigstens einen Speicherteils (2), so dass das elastische Feststoffmaterial (2) dehnbar ist und das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist, wobei das Mittel (12) eine rotierende Welle (13) umfasst und das wenigstens eine Speicherteil (2) an einem ersten Ende (32) an der rotierenden Welle (13) und an einem zweiten Ende (33) an einem Befestigungsteil (35) befestigt ist, so dass bei einer Rotationsbewegung der Welle (13) in einer ersten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil (2) dehnbar ist und bei einer Rotationsbewegung der Welle (13) in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegensetzten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil (2) negativ dehnbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Energiespeicher
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mechanischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein mechanisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.
Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen werden hydraulische Hybridsysteme eingesetzt, um mittels eines hydraulischen Motors hydraulische Energie in mechanische Energie umwandeln zu können und mittels einer hydraulischen Pumpe mechanische Energie in hydraulische Energie umwandeln zu können. Die mechanische Energie, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder als kinetische Energie in einem Rekuperationsbetrieb, kann dabei von der hydraulischen Pumpe in hydraulische Energie umgewandelt werden, indem der Druck eines Hydraulikfluides, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, durch die hydraulische Pumpe erhöht wird. Das Hydraulikfluid mit dem erhöhten Druck kann dabei in einem Energiespeicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt kann mittels des Hydraulikfluides in dem Energiespeicher von dem hydraulischen Motor die hydraulische Energie in dem Energiespeicher in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Die Hydraulikflüssigkeit dient nur zur Druckübertragung zu dem und in dem Energiespeicher.
Als Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, d. h. eines Hydraulikfluides unter einem erhöhten Druck, sind beispielsweise
Gasfederspeicher bekannt. Innerhalb eines Gehäuses ist ein Kolben angeordnet, und ein Gas wird von dem Hydraulikfluid, insbesondere der Hydraulikflüssigkeit bewegt, so dass dadurch der Druck in dem Gas erhöht wird und dadurch hydraulische Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden kann.
Die DE 10 2006 004 120 A1 zeigt einen Hydrospeicher, insbesondere
Blasenspeicher, zur Aufnahme mindestens eines Fluidmediums mit einem
Druckbehälter und einem ersten Kunststoffmantel und einem dem ersten
Kunststoffmantel zumindest teilweise umfassenden zweiten Kunststoffmantel, wobei der erste Kunststoffmantel zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil aufweist, das eine Öffnung für ein Ventil für eine Ansteuerung der Medienzu- und -abfuhr umfasst und wobei das Kragenteil und der zweite Kunststoffmantel sich an einem dazwischen liegenden Außenstützring abstützen, der sich in Richtung einer Spaltöffnung zwischen den genannten Mänteln keilartig verjüngt.
Auch aus der DE 102 30 743 A1 ist ein Hydrospeicher als Blasenspeicher mit einem Gaseinlasskörper bekannt, der mit Teilen des Speichergehäuses verbindbar ist und der mindestens eine Anlagefläche für ein elastisch
nachgiebiges Trennelement aufweist, das innerhalb des Speichergehäuses angeordnet zwei Räume voneinander trennt. Die DE 10 2013 206 397 A1 zeigt einen Energiespeicher mit einer Ein- und
Auslassöffnung und einem elastischen Speicherteil, so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus dem Energiespeicher das elastische Speicherteil elastisch verformbar ist und das Speicherteil einen im Volumen variablen Arbeitsraum einschließt.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäßer mechanischer Energiespeicher zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend das
wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil, ein Mittel zum Dehnen und negativen Dehnen des wenigstens einen Speicherteils, so dass das elastische
Feststoffmaterial dehnbar ist und das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist, wobei das Mittel eine rotierende Welle umfasst und das wenigstens eine Speicherteil an einem ersten Ende an der rotierenden Welle und an einem zweiten Ende an einem Befestigungsteil befestigt ist, so dass bei einer
Rotationsbewegung der Welle in einer ersten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil dehnbar ist und bei einer Rotationsbewegung der Welle in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegensetzten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil negativ dehnbar ist. Mit dem mechanischen Energiespeicher kann somit durch das Dehnen des elastischen Feststoffmateriales ohne einem Hydraulikfluid, insbesondere einem Hydrauliköl, Energie gespeichert werden. Der mechanische Energiespeicher kann dabei beispielsweise in einem
mechanischen Hybridsystem eingesetzt werden oder in einem Kraftfahrzeug zur Speicherung von Energie eines Verbrennungsmotors oder von kinetischer Energie in einem Rekuperationsbetrieb, um bei einem Neustart des
Verbrennungsmotors diesen, d. h. den Verbrennungsmotor, mittels dem in dem mechanischen Energiespeicher gespeicherten Energie starten zu können, so dass dadurch vorzugsweise beispielsweise in einem Start-Stopp-Starter kein elektrischer Starter erforderlich ist. Dadurch kann Energie in dem Kraftfahrzeug mit dem mechanischen Energiespeicher eingespart werden. Eine Dehnung ist insbesondere eine Vergrößerung der Ausdehnung des wenigstens einen
Speicherteils und eine negative Dehnung ist eine Verkleinerung dieser
Ausdehnung des wenigstens einen Speicherteils. Als eine rotierende Welle, z. B. eine Walze oder Rolle, wird vorzugsweise jeder Gegenstand betrachtet an welchem das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil mittels einer Rotationsbewegung der Welle dehnbar, z. B. aufwickelbar ist.
Insbesondere ist das wenigstens eine Speicherteil als ein Band aus dem elastischen Feststoffmaterial ausgebildet.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das wenigstens eine Speicherteil als eine Schnur oder ein Seil oder eine Platte ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens eine Speicherteil, insbesondere das Band, spiralförmig um die Welle angeordnet. In einer ergänzenden Ausführungsform ist das Befestigungsteil feststehend. An dem Befestigungsteil, welches feststehend ist, ist das zweite Ende des wenigstens einen Speicherteiles befestigt. Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher ein Gehäuse und vorzugsweise ist das
Gehäuse koaxial und/oder konzentrisch zu einer Rotationsachse der Welle ausgebildet.
In einer Variante beträgt das Volumen des elastischen Feststoffmateriales des wenigstens einen Speicherteils wenigstens 10%, 20%, 30%, 50% oder 70% des
Volumens des Energiespeichers und/oder die Dicke einer Wandung des wenigstens einen Speicherteils ist größer als 0, 1 cm, 0,5 cm, 1 cm, 2 cm oder 5 cm. Aufgrund des hohen Anteils des elastischen Feststoffmateriales am Volumen bzw.
Gesamtvolumens des Energiespeichers kann somit bei einem kleinen Volumen des Energiespeichers eine große Energiemenge in dem Energiespeicher gespeichert werden.
Zweckmäßig schließt das Gehäuse einen Innenraum ein und innerhalb des
Innenraumes ist das wenigstens eine Speicherteil angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Befestigungsteil von dem Gehäuse gebildet.
Insbesondere ist der Innenraum von dem Gehäuse fluiddicht abgeschlossen und innerhalb des Innenraumes ist ein Schmierstoff, z. B. Wasser oder Öl, angeordnet, um die Reibung zwischen dem wenigstens einen Speicherteil zu reduzieren. Mittels des Schmierstoffes kann die Reibung zwischen aufeinanderliegenden
Speicherteilen oder einzelnen Abschnitten von einem Speicherteil reduziert werden, so dass dadurch der Wirkungsgrad des Energiespeichers erhöht wird.
In einer ergänzenden Variante sind an dem wenigstens einen Speicherteil außenseitig Schmierstoffvertiefungen ausgebildet zur gleichmäßigen Verteilung des Schmierstoffes. In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die Schmierstoffvertiefungen, insbesondere Schmierstoffrillen, im Wesentlichen in der Dehnungsrichtung des wenigstens einen Speicherteils ausgebildet und/oder sind im Querschnitt V-förmig oder rechteckförmig ausgebildet. Dabei bedeutet die im Wesentlichen gleiche Ausrichtung der Schmierstoffvertiefungen, insbesondere einer Längsachse der Schmierstoffvertiefungen, dass die Schmierstoffvertiefungen mit einer Abweichung von wenige als 30°, 20°, 10° oder 5° zu der Dehnungsrichtung ausgerichtet sind.
In einer weiteren Variante ist das elastische Feststoffmaterial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, und/oder
Kautschuk, insbesondere Nitrilkautschuk oder hydrierter Acrylnitrilbutadien- Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Fluorkarbon-Kautschuk oder Silikonkautschuk oder Naturkautschuk.
Erfindungsgemäßes mechanisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsstrang zur Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor zu wenigstens einem Antriebsrad, einen mechanischen Energiespeicher zur
Speicherung von Energie, wobei der Energiespeicher als ein in dieser
Schutzrechtsanmeldung beschriebener Energiespeicher ausgebildet ist.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Energiespeicher mit einem
mechanischen Getriebe mit dem Verbrennungsmotor und/oder dem wenigstens einen Antriebsrad gekoppelt.
Erfindungsgemäßer hydraulischer Energiespeicher zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils aus einem elastischen Feststoffmaterial, umfassend eine Ein- und Auslassöffnung zum Ein- und Ausleiten eines Hydraulikfluides, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, das wenigstens eine elastisch verformbare
Speicherteil, so dass mittels eines Ein- und Ausleiten des Hydraulikfluides in und aus einem ersten Arbeitsraum das elastische Speicherteil elastisch verformbar ist, das wenigstens eine Speicherteil, welches einen im Volumen variablen ersten Arbeitsraum begrenzt, und das Hydraulikfluid in dem ersten Arbeitsraum derart angeordnet ist, dass mittels eines Einleitens des Hydraulikfluides in den ersten Arbeitsraum bei einer Vergrößerung des Volumens des ersten Arbeitsraumes das elastische Feststoffmaterial dehnbar ist und mittels eines Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem ersten Arbeitsraum bei einer Verkleinerung des
Volumens des ersten Arbeitsraumes das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist, wobei der Energiespeicher einen zweiten Arbeitsraum umfasst und der zweite Arbeitsraum von dem wenigstens einen Speicherteil begrenzt ist.
In einer weiteren Ausführungsform steht die wenigstens eine Ein- und
Auslassöffnung in fluidleitender Verbindung zu dem ersten und zweiten
Arbeitsraum, so dass durch die Ein- und Auslassöffnung, vorzugsweise durch wenigstens eine Hydraulikleitung, das Hydraulikfluid von dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum und umgekehrt leitbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Arbeitsraum ein Hochdruckraum und der zweite Arbeitsraum ein Niederdruckraum, so dass der Druck des Hydraulikfluides in dem ersten Arbeitsraum größer ist als in dem zweiten Arbeitsraum.
In einer ergänzenden Variante sind der erste und zweite Arbeitsraum mit wenigstens einer Hydraulikleitung hydraulisch leitend miteinander verbunden.
Zweckmäßig ist der erste und zweite Arbeitsraum von einem, insbesondere identischen, Speicherteil begrenzt.
Insbesondere sind der erste und zweite Arbeitsraum mit dem wenigstens einen Speicherteil fluiddicht voneinander getrennt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Energiespeicher ein Gehäuse.
In einer zusätzlichen Variante ist das wenigstens eine Speicherteil an zwei Enden fest und fluiddicht mit einem Fixierungsteil verbunden.
Insbesondere ist das wenigstens eine Speicherteil an zwei Enden fest und fluiddicht mit einem Gehäuse verbunden.
In einer weiteren Variante ist der ersten und/oder zweite Arbeitsraum von dem Gehäuse begrenzt. Insbesondere ist das wenigstens eine Speicherteil als eine, vorzugsweise flächige, Membran aus dem elastischen Feststoffmaterial ausgebildet und die Membran trennt den ersten und zweiten Arbeitsraum fluiddicht voneinander ab. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Energiespeicher mehrere erste
Arbeitsräume und mehrere zweite Arbeitsräume, welche mit je wenigstens einem Speicherteil fluiddicht voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise beträgt das Volumen des elastischen Feststoffmateriales des wenigstens einen Speicherteils wenigstens 5%, 10%, 30%, 50% oder 70% des Volumens des ersten und/oder zweiten Arbeitsraumes und/oder des
Gesamtvolumens des Energiespeichers und/oder die Dicke einer Wandung des wenigstens einen Speicherteils ist größer als 0, 1 cm, 0,5 cm, 1 cm, 2 cm oder 5 cm. Je größer der Anteil des Volumens des elastischen Feststoffmateriales am Volumen des Energiespeichers ist, desto größer ist die von dem Energiespeicher speicherbare Energie bezogen auf das Volumen des Energiespeichers, da die Energie durch eine Dehnung des elastischen Feststoffmateriales in den
Energiespeicher gespeichert wird. Zweckmäßig beträgt dabei der Volumenanteil des elastischen Feststoffmateriales wenigstens 5 %, 10 % oder 40 % oder 70 % des Volumens bzw. Gesamtvolumens des Energiespeichers oder weiterer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Parameter bei einem Druck in dem ersten und/oder zweiten Arbeitsraum, welcher dem Umgebungsdruck an dem Energiespeicher entspricht, d. h. bei einem Energiespeicher in dem keine Energie gespeichert ist. Zweckmäßig ist die Dicke der Wandung des wenigstens einen Speicherteils kleiner als 50 cm, 30cm oder 20 cm.
In einer Variante umfasst der Energiespeicher mehrere Speicherteile, z. B.
wenigstens fünf, zehn oder zwanzig Speicherteile und vorzugsweise sind die flächigen Speicherteile übereinander angeordnet.
Insbesondere ist das elastische Feststoffmaterial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, und/oder Kautschuk, insbesondere Nitrilkautschuk oder hydrierter Acrylnitrilbutadien- Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Fluorkarbon-Kautschuk oder Silikonkautschuk oder Naturkautschuk. In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Gehäuse wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium, und/oder aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischer Kunststoff, und/oder aus einem faserverstärken Verbundwerkstoff, insbesondere CFK oder GFK. Bei einer Ausbildung des Gehäuses aus Kunststoff oder Verbundwerkstoff weist das Gehäuse und damit auch der Energiespeicher eine geringe Masse auf.
Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einen hydraulischen
Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei der hydraulische Energiespeicher als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener hydraulischer Energiespeicher ausgebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es einen Querschnitt eines mechanischen Energiespeichers, einen Teillängsschnitt des Energiespeichers gemäß Fig. 1 mit zwei übereinander liegenden Abschnitten eines spiralförmigen Bandes als Speicherteil, eine stark vereinfachte Darstellung eines mechanischen Hybridsystems. Fig. 4 einen Längsschnitt eines hydraulischen Energiespeichers in einem
ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 einen Längsschnitt des hydraulischen Energiespeichers in einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 einen Längsschnitt des hydraulischen Energiespeichers in einem dritten Ausführungsbeispiel und
Fig. 7 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems,
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen
Energiespeichers 9 dargestellt. Ein Gehäuse 6 aus glasfaserverstärktem
Kunststoff oder Metall, z. B. Stahl oder Aluminium, begrenzt einen Innenraum 11 bzw. schließt einen Innenraum 11 ein. Innerhalb des Innenraumes 1 1 ist konzentrisch und koaxial zu dem im Querschnitt kreisförmigen Gehäuse 6 eine Welle 13 als Mittel 12 zum Dehnen und negativen Dehnen eines Speicherteiles 2 ausgebildet. Ein negatives Dehnen ist dabei eine Rückverformung oder eine Verkleinerung des Speicherteiles 2. Das Speicherteil 2 besteht aus einem elastischen Feststoffmaterial in der Form eines Bandes 34. Ein erstes Ende 32 des Bandes 34 ist dabei fest mit der Welle 13 verbunden und ein zweites
Ende 33 ist fest mit einem Befestigungsteil 35 befestigt bzw. daran fixiert. Dabei ist das Befestigungsteil 35 von dem Gehäuse 6 gebildet. Bei einer
Rotationsbewegung der Welle 13 um eine Rotationsachse 14 entgegen dem
Uhrzeigersinn wird das Band 34 auf der Welle 13 aufgerollt und es erfolgt dabei eine Dehnung des Bandes 34, d. h. der Speicherung von Energie in dem
Energiespeicher 1 mittels Spannenergie. Innerhalb des Innenraumes 1 1 ist Öl als ein Schmierstoff bzw. Schmieröl angeordnet, um die Reibung zwischen aufeinanderliegenden Lagen des Bandes 34 zu reduzieren, da eine
Relativbewegung zwischen den aufeinanderliegenden Bändern 34 ausgeführt wird. In Dehnungsrichtung des Bandes 34, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 2 und parallel zu der Zeichenebene von Fig. 1 bzw. innerhalb der Zeichenebene von Fig. 1 sind an einer Seite des Bandes 34 rechteckförmige Schmierstoffrillen 37 als Schmierstoffvertiefungen 36 vorhanden.
Zum Entladen des mechanischen Energiespeichers 9 ist eine nicht dargestellte Feststelleinrichtung bzw. Feststellbremse für die Welle 13 zu lösen, so dass dadurch aufgrund der von dem gespannten Band 34 auf die Welle 13
aufgebrachten Kräfte die Welle 13 eine Rotationsbewegung um die
Rotationsachse 14 im Uhrzeigersinn gemäß der Darstellung in Fig. 1 ausführt.
Zum Laden des Energiespeichers 9 ist somit in einfacher Weise auf die Welle 13, welche außerhalb des Innenraumes 11 des Gehäuses 6 herausgeführt wird, ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn von Fig. 1 aufzubringen und beim Entladen des Energiespeichers 9 erbringt der Energiespeicher 9 ein
Drehmoment an der Welle 13 im Uhrzeigersinn.
In Fig. 3 ist ein mechanisches Hybridsystem 38 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem in Fig. 7 dargestellten hydraulischen Hybridsystem 20 beschrieben. Das Differentialgetriebe 27 bzw. die Antriebsräder 28 werden ausschließlich mittels eines mechanischen
Antriebsstranges 39 von der Welle 22 und einem mechanischen Getriebe 31 angetrieben. Dabei ist der mechanische Energiespeicher 9 gemäß Fig. 1 und 2 mittels einer Verbindungswelle 30 mechanisch mit dem mechanischen
Getriebe 31 gekoppelt, so dass dadurch mechanische Energie des
Verbrennungsmotors 31 in dem mechanischen Energiespeicher 9 gespeichert werden kann und außerdem in einem Rekuperationsbetrieb kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in dem Energiespeicher 9 gespeichert werden kann. Beim Entladen des Energiespeichers 9 wird von der Welle 13 die Verbindungswelle 30 angetrieben und mittels der Verbindungswelle 30 können die Antriebsräder 28 angetrieben werden. Beim Laden des Energiespeichers 9 wird, wie bereits beschrieben, die Verbindungswelle 30 entweder von dem Verbrennungsmotor 21 oder den Antriebsräder 28 angetrieben und dadurch der Energiespeicher 9 geladen, indem die Welle 13 entgegen dem Uhrzeigersinn von Fig. 1 bewegt wird. Ein in Fig. 4 bis 6 dargestellter hydraulische Energiespeicher 1 wird dazu verwendet, um in einem hydraulischen Hybridsystem 20 (Fig. 7) in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug hydraulische Energie von einer hydraulischen Pumpe 24 zu speichern und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt die gespeicherte hydraulische Energie in einem hydraulischen Motor 23 in mechanische Energie umzuwandeln und dadurch das nicht dargestellte
Kraftfahrzeug anzutreiben.
In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Energiespeichers 1 dargestellt. Ein Gehäuse 6 umschließt einen Innenraum 11 und innerhalb des Innenraumes 1 1 ist eine Membran 3 als ein Speicherteil 2 angeordnet. Die
Membran 3 unterteilt dabei den Innenraum 11 des hydraulischen Energiespeichers 1 in einen ersten Arbeitsraum 7 als einem Hochdruckraum 7 und in einen zweiten Arbeitsraum 8 als einen Niederdruckraum 8. Der erste und zweite Arbeitsraum 7, 8 sind dabei mit der Membran 7 fluiddicht voneinander abgetrennt. In den ersten Arbeitsraum 7 mündet durch eine Öffnung 10 an dem Gehäuse 6 eine Ein- und Auslassöffnung 4, 5 zum Ein- und Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit, insbesondere einem Hydrauliköl als einem Hydraulikfluid. In analoger Weise mündet auch in dem zweiten Arbeitsraum 8 eine Ein- und Auslassöffnung 4, 5 als Öffnung 10 des Gehäuses 6 zum Ein- und Ausleiten von Hydrauliköl in und aus dem zweiten Arbeitsraum 8. Das Gehäuse 6 besteht aus Metall oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff und begrenzt neben der Membran 3 auch den ersten und zweiten Arbeitsraum 7, 8. Außerdem ist jeweils ein Ende der Membran 3 an dem Gehäuse 6 befestigt bzw. fixiert. Die Ein- und Auslassöffnungen 4, 5 jeweils an dem ersten und zweiten Arbeitsraum 7, 8 sind mit einer nicht dargestellten Hydraulikleitung 26 fluidleitend miteinander verbunden. Bei einem Ausleiten von Hydrauliköl aus dem zweiten Arbeitsraum 8 und einem Einleiten von Hydrauliköl in den ersten Arbeitsraum 7 durch die nicht dargestellte Hydraulikleitung 26 mit einer hydraulischen Pumpe 24 wird der Druck und das Volumen des Hydrauliköles in dem ersten Arbeitsraum 7 erhöht und in dem zweiten Arbeitsraum 8 erniedrigt. Dies führt zu einer Verformung der Membran 3 und einer hieraus resultierenden Dehnung der Membran 3, da diese an den Enden fest mit dem Gehäuse 6 verbunden ist. Die hydraulische Energie ist somit in dem hydraulischen Energiespeicher 1 durch eine elastische
Verformung des Speicherteiles 2 als Membran 3 gespeichert. Zum Entladen des Energiespeichers 1 wird mittels eines nicht dargestellten Ventiles Hydrauliköl von dem ersten Arbeitsraum 7 in den zweiten Arbeitsraum 8 geleitet durch die nicht dargestellte Hydraulikleitung 26 und ferner durch einen hydraulischen Motor 23, so dass dadurch der hydraulische Motor 23 angetrieben wird. Dabei tritt eine elastische Rückverformung der Membran 3 auf, so dass diese eine geringere Dehnung aufweist und somit beim Entladen des hydraulischen
Energiespeichers 1 die Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsraum 7, 8 abnimmt. Beim Entladen des Energiespeichers 1 wird somit der Druck und das Volumen des Hydrauliköles in dem ersten Arbeitsraum 7 reduziert und in dem zweiten Arbeitsraum 8 erhöht. Die Membranen 3 weisen eine große Dicke auf, z. B. im Bereich von 0,5 cm,
1 cm oder 3 cm. In dem hydraulischen Energiespeicher 1 ist somit der Volumenanteil des elastischen Feststoffmaterials der Membranen 3 groß, so dass dadurch in dem Energiespeicher 1 eine große Energiemenge pro
Volumeneinheit des Energiespeichers 1 gespeichert werden kann, da der Volumenanteil des elastischen Feststoffmateriales der Membran 3 an dem Energiespeicher 1 groß ist. Die Energiespeicherung in dem Energiespeicher 1 erfolgt durch die elastische Verformung und Dehnung der Membran aus dem elastischen Feststoffmaterial.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des hydraulischen
Energiespeichers 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 beschrieben. Der hydraulische Energiespeicher 1 weist zwei Membranen 3 als Speicherteile 2 auf, so dass der Energiespeicher 1 einen ersten Arbeitsraum 7 und zwei zweite Arbeitsräume 8 aufweist. Dabei sind die beiden zweiten Arbeitsräume 8 durch entsprechende Ein- und Auslassöffnungen 4, 5 als Öffnungen 10 in dem
Gehäuse und eine nicht dargestellte Hydraulikleitung 26 ohne hydraulischen Motor 23 bzw. Pumpe 24 fluidleitend miteinander verbunden und die drei Arbeitsräume 7, 8 sind durch die zwei Membranen 3 fluiddicht voneinander getrennt. Die Funktionsweise entspricht der von dem in Fig. 4 dargestellten Energiespeicher 1 , d. h. mittels eines Ausleitens von Hydrauliköl aus den beiden zweiten Arbeitsräumen 8 in den ersten Arbeitsraum 7 durch eine nicht dargestellte Hydraulikleitung 26 mit dem hydraulischen Motor 23 bzw. Pumpe 24 wird das Volumen und der Druck des Hydrauliköles in dem ersten Arbeitsraum 8 erhöht und das Volumen und der Druck des Hydrauliköles in den beiden zweiten Arbeitsräumen 8 erniedrigt aufgrund einer entsprechenden Verformung der elastischen Membran 3.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Energiespeichers 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 beschrieben. Der Innenraum 11 des Gehäuses 6 ist von sechs Membranen 3 in drei erste Arbeitsräume 7 und vier zweite Arbeitsräume 8 fluiddicht unterteilt. Dabei stehen die ersten
Arbeitsräume 7 und die zweiten Arbeitsräume 8 durch entsprechende nicht dargestellte Hydraulikleitungen 26 ohne hydraulischem Motor 23 bzw. Pumpe 24 durch die jeweiligen Ein- und Auslassöffnungen 4, 5 in fluidleitender Verbindung, so dass der Druck in den ersten Arbeitsräumen 7 identisch ist und auch der Druck in den zweiten Arbeitsräumen 8 identisch ist. Die Funktionsweise entspricht dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des
hydraulischen Energiespeichers 1. Dabei wird beim Laden des hydraulischen Energiespeichers 1 gleichzeitig in sämtliche drei erste Arbeitsräume 7
Hydrauliköl eingeleitet und gleichzeitig aus sämtlichen vier zweiten
Arbeitsräumen 8 ausgeleitet und umgekehrt beim Entladen des hydraulischen Energiespeichers 1.
In Fig. 7 ist ein hydraulisches Hybridsystem 20 dargestellt. Das hydraulische Hybridsystem 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21 und zwei Wellen 22. Mit dem Verbrennungsmotor 21 und der Welle 22 wird die hydraulische Pumpe 24 angetrieben und dadurch Hydraulikflüssigkeit von der hydraulischen Pumpe 24 zu dem hydraulischen Motor 23 gefördert. Der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 sind dabei jeweils als Schrägscheibenmaschinen 25 ausgebildet. Dadurch kann mittels der Hydraulikleitungen 26, welche den hydraulischen Motor 23 mit der hydraulischen Pumpe 24 jeweils fluidleitend verbinden, die Welle 22 an dem hydraulischen Motor 23 angetrieben und von der Welle 22 wird ein Differentialgetriebe 27 angetrieben. Mit dem Differentialgetriebe 27 sind zwei Radwellen 29 sowie jeweils ein Antriebsrad 28 an den Radwellen 29 verbunden. Dadurch können Antriebsräder 28 des nicht dargestellten
Kraftfahrzeuges durch einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem
hydraulischen Motor 23 und der hydraulischen Pumpe 24 angetrieben werden. Aufgrund der Ausbildung des hydraulischen Motors 23 und der hydraulischen Pumpe 24 als Schrägscheibenmaschine 25 dient der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 auch als stufenloses hydraulisches Getriebe.
Zweckmäßig weist das hydraulische Hybridsystem 20 auch einen mechanischen Antriebsteilstrang auf zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor 21 zu den beiden Antriebsrädern 28 (nicht dargestellt). Bei einem Betrieb der hydraulischen Pumpe 24 kann ein Teil der
Hydraulikflüssigkeit nicht zu dem hydraulischen Motor 23, sondern durch weitere nicht dargestellte Hydraulikleitungen 26 und nicht dargestellte Ventile von einem Niederdruckspeicher 16 als dem zweiten Arbeitsraum 8 des Energiespeichers 1 zu dem Hochdruckspeicher 15 als dem ersten Arbeitsraum 7 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in dem hydraulischen
Energiespeicher 1 gespeichert werden. Ferner kann in einem Rekuperationsbetrieb der hydraulische Motor 23 auch als hydraulische Pumpe 24 betrieben werden um dadurch in einem Rekuperationsbetrieb kinetische Energie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch das Leiten von
Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 16 als zweiten Arbeitsraum 8 und durch den hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Hochdruckspeicher 15 als ersten Arbeitsraum 7 gespeichert werden, weil die hydraulische Pumpe 24 von der Welle 22 und damit den
Antriebsrädern 28 angetrieben ist. Durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter einem höheren Druck von dem Hochdruckspeicher 15, durch den hydraulischen Motor 23 und zu dem Niederdruckspeicher 16 kann das
Kraftfahrzeug angetrieben werden.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen mechanischen
Energiespeicher 9 und dem hydraulischen Energiespeicher 1 wesentliche Vorteile verbunden. Der mechanische Energiespeicher 9 benötigt kein
Hydrauliköl zur Speicherung von Energie und kann sowohl in dem hydraulischen Hybridsystem 20 und dem mechanischen Hybridsystem 38 als auch in anderen Anwendungen an einem Kraftfahrzeug, beispielsweise an einem Start-Stopp- Starter zum häufigen Neustart des Verbrennungsmotors 21 , eingesetzt werden. Der hydraulische Energiespeicher 1 integriert sowohl den Hochdruckraum 7 und den Niederdruckraum 8 innerhalb des Innenraumes 11 als dem ersten und zweiten Arbeitsraum 7, 8, so dass dadurch von dem hydraulischen
Energiespeicher 1 sowohl ein erster Arbeitsraum 7 als Hochdruckraum 7 als auch ein zweiter Arbeitsraum 8 als Niederdruckraum 8 zur Verfügung gestellt wird und somit mit dem nur einen hydraulischen Energiespeicher 1 als Hoch- und Niederdruckspeicher 15, 16 das hydraulische Hybridsystem 20 betrieben werden kann zur Speicherung von Energie mittels des hydraulischen Energiespeichers 1.

Claims

Ansprüche
Mechanischer Energiespeicher (9) zur Speicherung von Energie mittels einer elastischen Verformung wenigstens eines elastisch verformbaren Speicherteils (2) aus einem elastischen Feststoff material, umfassend
- das wenigstens eine elastisch verformbare Speicherteil (2),
- ein Mittel (12) zum Dehnen und negativen Dehnen des wenigstens einen Speicherteils (2), so dass das elastische Feststoffmaterial dehnbar ist und das elastische Feststoffmaterial negativ dehnbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (12) eine rotierende Welle (13) umfasst und das wenigstens eine Speicherteil (2) an einem ersten Ende (32) an der rotierenden Welle (13) und an einem zweiten Ende (33) an einem Befestigungsteil (35) befestigt ist, so dass bei einer Rotationsbewegung der Welle (13) in einer ersten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil (2) dehnbar ist und bei einer Rotationsbewegung der Welle (13) in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegensetzten Drehrichtung das wenigstens eine Speicherteil (2) negativ dehnbar ist
2. Energiespeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2) als ein Band (34) aus dem elastischen Feststoffmaterial ausgebildet ist.
3. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Speicherteil (2), insbesondere das Band (34), spiralförmig um die Welle (13) angeordnet ist.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (35) feststehend ist.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein Gehäuse (6) umfasst und vorzugsweise das Gehäuse (6) koaxial und/oder konzentrisch zu einer Rotationsachse (14) der Welle (13) ausgebildet ist.
Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des elastischen Feststoffmateriales des wenigstens einen Speicherteils (2) wenigstens 10%, 20%, 30%, 50% oder 70% des Volumens des Energiespeichers (9) beträgt
und/oder
die Dicke einer Wandung des wenigstens einen Speicherteils (2) größer als 0, 1 cm, 0,5 cm, 1 cm, 2 cm oder 5 cm ist.
Energiespeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) einen Innenraum (1 1) einschließt und innerhalb des Innenraumes (11) das wenigstens eine Speicherteil (2) angeordnet ist.
8. Energiespeicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil (35) von dem Gehäuse (6) gebildet ist.
9. Energiespeicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (1 1) von dem Gehäuse (6) fluiddicht abgeschlossen ist und innerhalb des Innenraumes (11) ein Schmierstoff, z. B. Wasser oder Öl, angeordnet ist, um die Reibung zwischen dem wenigstens einen Speicherteil (2) zu reduzieren.
10. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen Speicherteil (2) außenseitig
Schmierstoffvertiefungen (36) ausgebildet sind zur gleichmäßigen Verteilung des Schmierstoffes.
1 1. Energiespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffvertiefungen (36), insbesondere Schmierstoffrillen (37), im Wesentlichen in der Dehnungsrichtung des wenigstens einen Speicherteils (2) ausgebildet sind und/oder im Querschnitt V-förmig oder rechteckförmig ausgebildet sind.
12. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Feststoffmaterial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, und/oder Kautschuk, insbesondere Nitrilkautschuk oder hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Fluorkarbon-Kautschuk oder Silikonkautschuk oder Naturkautschuk, ist.
13. Mechanisches Hybridsystem (38) für ein Kraftfahrzeug, umfassend
einen Antriebsstrang (39) zur Kraftübertragung von einem
Verbrennungsmotor (21) zu wenigstens einem Antriebsrad (28), einen mechanischen Energiespeicher (9) zur Speicherung von Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (9) als ein Energiespeicher (9) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
14. Hybridsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (9) mit einem mechanischen Getriebe (31) mit dem Verbrennungsmotor (21) und/oder dem wenigstens einen Antriebsrad (28) gekoppelt ist.
PCT/EP2014/072628 2013-10-23 2014-10-22 Energiespeicher WO2015059183A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013221552.5 2013-10-23
DE201310221552 DE102013221552A1 (de) 2013-10-23 2013-10-23 Energiespeicher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015059183A1 true WO2015059183A1 (de) 2015-04-30

Family

ID=51842506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/072628 WO2015059183A1 (de) 2013-10-23 2014-10-22 Energiespeicher

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013221552A1 (de)
WO (1) WO2015059183A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3308907A (en) * 1965-07-15 1967-03-14 Lawrence E Bodkin Motor
JPH09257069A (ja) * 1996-03-21 1997-09-30 Nikkiso Co Ltd 渦巻きばね
DE29812771U1 (de) * 1998-07-17 1998-10-08 Breuer, Ingeborg, 09113 Chemnitz Mechanische Antriebseinrichtung
DE10230743A1 (de) 2002-07-09 2004-01-29 Hydac Technology Gmbh Hydrospeicher, insbesonderer Blasenspeicher
DE102006004120A1 (de) 2006-01-25 2007-07-26 Hydac Technology Gmbh Hydrospeicher
ES2346123A1 (es) * 2008-11-03 2010-10-08 Acener Investigacion Y Desarrollo S.L. Dispositivo elastico de acumulacion de energia mecanica.
EP2492505A1 (de) * 2009-10-09 2012-08-29 Acumener Investigacion Y Desarrollo, S.L. System zur speicherung von energie zur verwendung in startvorrichtungen und zur steuerung elektrischer systeme
DE102013206397A1 (de) 2013-04-11 2014-10-16 Robert Bosch Gmbh Energiespeicher

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3308907A (en) * 1965-07-15 1967-03-14 Lawrence E Bodkin Motor
JPH09257069A (ja) * 1996-03-21 1997-09-30 Nikkiso Co Ltd 渦巻きばね
DE29812771U1 (de) * 1998-07-17 1998-10-08 Breuer, Ingeborg, 09113 Chemnitz Mechanische Antriebseinrichtung
DE10230743A1 (de) 2002-07-09 2004-01-29 Hydac Technology Gmbh Hydrospeicher, insbesonderer Blasenspeicher
DE102006004120A1 (de) 2006-01-25 2007-07-26 Hydac Technology Gmbh Hydrospeicher
ES2346123A1 (es) * 2008-11-03 2010-10-08 Acener Investigacion Y Desarrollo S.L. Dispositivo elastico de acumulacion de energia mecanica.
EP2492505A1 (de) * 2009-10-09 2012-08-29 Acumener Investigacion Y Desarrollo, S.L. System zur speicherung von energie zur verwendung in startvorrichtungen und zur steuerung elektrischer systeme
DE102013206397A1 (de) 2013-04-11 2014-10-16 Robert Bosch Gmbh Energiespeicher

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013221552A1 (de) 2015-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013206397A1 (de) Energiespeicher
DE112014004415T5 (de) Vibrationsisolator und einen solchen enthaltende Systeme
DE102015223118A1 (de) Hybridantriebsmodul
WO2015059183A1 (de) Energiespeicher
DE102012210925A1 (de) Doppelinnenzahnradpumpe
DE102013225465A1 (de) Energiespeicher
WO2015049361A1 (de) Kolbenspeicher
DE102013219598A1 (de) Energiespeicher
DE102013209478A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102013215634A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102013219618A1 (de) Energiespeicher
DE102014202290A1 (de) Energiespeicher
DE102013200718A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102015203933A1 (de) Speicheranordnung
DE102014200364A1 (de) Hydropneumatischer Speicher
WO2015049359A1 (de) Kolbenspeicher
DE102013225371A1 (de) Energiespeicher
DE102013219607A1 (de) Energiespeicher
DE102014203709A1 (de) Energiespeicher
DE102013219579A1 (de) Energiespeicher
DE102015223218A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102015219726A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102022130018A1 (de) Integrierte elektrohydraulische Vorrichtung mit einer Schrägachsen-Hydraulikpumpe
DE102015201841A1 (de) Schrägscheibenmaschine
DE102018132047A1 (de) Hydrauliksystem für eine hydrostatische Betätigungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14790558

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14790558

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1