Energiespeicher

Abstract

 Es wird ein Energiespeicher mit einem Druckgefäß (6) dargestellt, das von einer Membran in zwei Teilräume, insbesondere in einen geschlossenen, einen Druckspeicher aufnehmenden Gasraum (7) sowie in einen mit Arbeitsme­dium gefüllten Raum (8), unterteilt ist.
Um Diffusionsvorgänge über die Membran zu verhindern, wird diese von zwei Schichten (1, 2), nämlich einer me­chanisch hochfesten (1) sowie einer weiteren diffusions­festen (2) aufgebaut.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher mit einem Druckgefäß, das von einer flexiblen Membran in zwei Teilräume abgetrennt ist, insbesondere Hydrospeicher, dessen erster Teilraum eine Flüssigkeit, insbesondere Öl, als Arbeitsfluid enthält und dessen zweiter Teilraum mindestens eine mechanische Feder zur Energiespeicherung beherbergt.

[0002] Die flexible Membran ist großen Druckunterschieden aus­gesetzt und mechanisch hochfest ausgebildet, zudem muß sie für eine hohe Anzahl Bewegungsspielen ausgelegt sein.

[0003] Die in der Regel eingesetzen Kunststoffmembranen haben jedoch den Nachteil, nicht unter allen Umständen absolut dicht zu sein. Beim Betreiben des Speichers über eine längere Zeit stellt sich nämlich heraus, daß eine Vermischung der zu trennenden Medien eintritt. Dieser Prozeß ist insbesondere auf Diffusionsvorgänge zurückzu­führen. Der Medienaustausch bewirkt u.a., daß die ge­speicherte Energie mehr und mehr abnimmt.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Membran absolut dicht auszuführen.

[0005] Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch eine Mehrfach­membran, dergestalt, daß sie aus zwei Schichten aufge­baut ist, deren eine Schicht als Kraftaufnahmeschicht und deren zweite als Dichtungsschicht gestaltet ist.

[0006] Die Dichtungsschicht wird zweckmäßigerweise von einem Metall, etwa einer Metallfolie oder einer dünnen Metall­platte, realisiert. Ihr sind bevorzugt Dehnungsfalten bzw. -Wellen eingeprägt. Die Schichten der Membranen können getrennt voneinander ausgeführt werden und ein­fach aufeinander liegen; sie können aber auch in einer einzigen, sog. Verbundmembran, untrennbar miteinander verbunden sein.

[0007] Die Kraftaufnahmeschicht wird vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet, dem Kräfte aufnehmende Fasern einge­lagert sind. Die Fasern, insbesondere Glasfasern, werden dabei um fest in die Schicht fixierte Zuganker herumge­führt. Letztere können z.B. an der Einspannstelle (Flanschstelle) mechanisch fest verankert werden. An­dererseits können die Fasern um in die Schicht eingelas­senen Metallplatten (Abstützelemente für die mechani­schen Federn) herumgeführt sein.

[0008] Der der Energiespeicherung dienenden mechanischen Feder kann ggf. noch eine zusätzliche, ein kompressibles Fluid, z.B. Gas, enthaltene Feder parallel oder in Reihe geschaltet werden.

[0009] Es ist vorteilhaft, die diffusionsfeste und ohne weite­res auch flüssigkeitsdichte metallische Dichtungsschicht der Flüssigkeitsseite im Energiespeicher zugewandt ein­zusetzen. Dadurch können an die, der Gasseite zugewand­ten Kraftaufnahmeschicht geringere Anforderungen ge­stellt werden; so braucht diese dann nicht mehr beson­ders flüssigkeitsdicht sowie -beständig ausgebildet sein.

[0010] Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs­beispieles näher erläutert werden.

[0011] Es zeigen:

Figur 1 die einzelnen Schichten der Membran in Seitenansicht,

Figur 2, 3 die jeweiligen Schichten nach Figur 1 in Draufsicht,

Figur 4, 5 ein Druckgefäß im Schnitt mit gespanntem sowie entspanntem Energiespeicher.

[0012] Der relativ ebenen, flexiblen und kraftaufnehmenden Mem­branschicht 1, in der Regel ein Elastomer, wird eine dichte Metallmembranschicht 2 zugeordnet. Letztere, z.B. eine Aluminium- bzw. Edelstahlfolie, besitzt konzen­trisch angelegte Dehnungsfalten in Form von aus der Fo­lienebene herausragenden Wellenkuppen 3 sowie Wellentä­lern 4. In der Draufsicht erkennt man bei der Membran­schicht 1 die zur Stabilität eingelagerten Glasfasern 5, welche in Rosettenform gleichmäßig in der kreisrunden Membranschicht 1 verteilt angeordnet sind. An der Peri­pherie der Membranschicht 1 sind gleichmäßig Zuganker 1a eingesetzt, um die die Glasfasern 5 geschlungen sind. Die Zuganker sind im Flansch 10, 11 festsetzbar.

[0013] In Figur 4 ist ein Druckgefäß 6 gezeigt, das von der Mehrfachmembran, nämlich der Membranschicht 1 sowie der Metallmembranschicht 2 in zwei Räume 7 und 8 unterteilt ist. Im geschlossenen Raum 7 befindet sich mindestens ein Speicherelement, in Form einer mechanischen Druckfe­der 9. In den Raum 8 wird ein Arbeitsmedium unter Druck eingefüllt, wobei die Mehrfachmembran in Pfeilrichtung zum Raum 7 hin ausweicht (Figur 4) und das dortige Spei­cherelement - hier die Feder 9 - unter Druck setzt. Bei Bedarf wird umgekehrt dadurch Arbeit geleistet, daß das Arbeitsmedium, z.B. Öl, im Raum 8 durch das Entspannen der Feder 9 verdrängt wird. Der Feder 9 kann zusätzlich noch eine Gasfeder in Parallel- oder Reihenschaltung zugeordnet werden.

[0014] Figur 5 zeigt das Druckgefäß mit nahezu entspanntem Druckspeicher.

[0015] Die die Räume unterteilenden Membranschichten 1, 2 lie­gen aufeinander, wobei die Metallmembranschicht 2 dem mit Öl aufgefüllten Arbeitsraum 8 zugewandt ist. Die Membranschichten können an der umlaufenden Fassungsstel­le miteinander dicht verschweißt sein und sie werden dort zwischen den Flanschen 10, 11 des Druckgefäßes dicht verpresst. Die als Abstützelement dienende und mittig in die druckaufnehmende Membranschicht 1 eingear­beitete Metallplatte 1b kann den Glasfasern 5 ebenfalls als Zuganker dienen, die um die Metallplatte herumge­führt werden.

[0016] Im Raum 7 befindet sich in der Regel ein Gas unter Atmo­sphärendruck.

Ansprüche

1. Energiespeicher mit einem Druckgefäß, das von einer flexiblen Membran in zwei Teilräume abgetrennt ist, insbesondere Hydrospeicher, dessen erster Teilraum eine Flüssigkeit, insbesondere Öl, als Arbeitsfluid ent­hält, und dessen zweiter Teilraum mindestens eine mecha­nische Feder zur Energiespeicherung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membran aus zwei Schichten aufgebaut ist, deren eine Schicht als Kraft­aufnahmeschicht (1) die infolge hoher Druckunterschiede in den beiden Teilräumen (7, 8) entstehende Kräft auf­nimmt, und deren zweite Schicht als Dichtungsschicht (2) einen Austausch der unterschiedlichen Medien der beiden Teilräume verhindert.

2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Dichtungsschicht (2) aus Metall be­steht.

3. Energiespeicher nach eindem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeschicht (1) aus einem Elastomer mit eingelagerten Fasern zur Kraftaufnahme besteht.

4. Energiespeicher nach Ansprch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die in den Elastomer der Kraftaufnahme­schicht (1) eingelagerten Fasern um feststehende, in die Membran eingearbeitete Zuganker (1a) herumgeführt sind.

5. Energiespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Zuganker (1a) an der Einspannstelle (Flansch) der Membran fixiert sind.

6. Energiespeicher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern (5) , insbesondere Glasfa­sern, rosettenartig eingelagert sind.

7. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die, insbesondere von einer Metallfolie dargestellte Dichtungsschicht (2) kon­zentrisch verlaufende Dehnungswellen (3, 4) aufweist.

8. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsschicht (2) dem Flüssigkeitsraum (8) zugewandt ist.

Zeichnung