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