Titel

Hydrospeicher sowie Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustandes eines Hydrospeichers

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrospeicher sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustandes eines Hydrospeichers.

Hydrospeicher werden typischerweise dazu verwendet, große Mengen Energie zu speichern. Beispielsweise werden bei Hydraulikhybridfahrzeugen Hydrospeicher 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 Hydrospeicher ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 060 078 A1 beschrieben.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Hydrospeicher bekannt, welche eine Speicherblase aufweisen. Die Blase ist gewöhnlich aus Gummi hergestellt und sorgt für eine Trennung zwischen einem Gas und einer Hydraulikflüssigkeit in dem Hydrospeicher. Derartige Hydrospeicher werden gewöhnlich senkrecht angeordnet, d. h., der die Hydraulikflüssigkeit, das Gas sowie die Speicherblase aufnehmende Druckbehälter erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zum Erdboden.

Vorteile der Erfindung

Der in Anspruch 1 definierte Hydrospeicher bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil, dass ein Schlauch einfach herstellbar ist. Ferner ist ein derartiger Hydrospeicher mit nur geringem Aufwand skalierbar, da sich der Schlauch in seiner Länge einfach anpassen lässt. Weiterhin falten sich Schläuche im All- gemeinen auf vorhersehbare Weise, wenn diese in waagerechter Lage gehalten werden, d.h., der Schlauch erstreckt sich im Wesentlichen parallel zum Erdboden. Die Faltung kann zwar über einen längeren Zeitraum zu einer Beschädigung des Schlauchs führen. Da die Faltung aber vorhersehbar ist, kann der Schlauch entsprechend ausgelegt werden, um eine solche Beschädigung zu vermeiden. Demnach lässt sich der erfindungsgemäße Hydrospeicher mit seinem Schlauch auch in waagrechter Lage betreiben.

Das im Anspruch 10 definierte Verfahren bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil, dass der Ladezustand eines Hydrospeichers auf einfache Weise ermittelt werden kann.

Die in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstands der Erfindung.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 In einer Längsschnittansicht einen Hydrospeicher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt A-A aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Variation gegenüber Fig. 2;

Fig. 4 eine Variation gegenüber Fig. 3; und

Fig. 5 ein Diagramm, welches eine Ladecharakteristik des Hydrospeichers gemäß Fig. 1 darstellt. Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Fig. 1 zeigt einen Hydrospeicher 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Längsschnittansicht. Fig. 2 zeigt einen Schnitt A-A aus Fig. 1 .

Der Hydrospeicher weist einen Druckbehälter 2 auf. Dieser ist formstabil und dazu beispielsweise aus Stahl ausgebildet. Der Druckbehälter weist einen sich entlang einer Längsachse 3 erstreckenden Grundkörper 4 mit einem im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt, s. Fig. 2, auf. Der Grundkörper 4 ist an seinem einen Ende mit einem Hals 5 gebildet. An seinem gegenüberliegenden Ende ist der Grundkörper 4 mittels einer Bodenplatte 6 verschlossen. Anstelle des Halses 5 könnte auch eine weitere Bodenplatte vorgesehen sein.

Innerhalb des Druckbehälters 2 ist ein Schlauch 7 angeordnet. Der Schlauch 7 ist aus einem flexiblen und elastischen Material gebildet, beispielsweise Gummi. Die Elastizität des Schlauchs 7 kann vorteilhaft dazu genutzt werden, um die Ladecharakteristik des Hydrospeichers 1 zu beeinflussen, wie an späterer Stelle beschrieben.

Vorzugsweise wird der Schlauch 7 mittels Extrusion hergestellt. Dadurch kann dieser einfach in beliebigen Längen hergestellt werden, so dass unproblematisch auch längere oder kürzere Hydrospeicher 1 gebaut werden können.

In dem in Fig. 1 in durchgezogener Linie gezeigten, befüllten Zustand 7' des Schlauchs 7 weist dieser, wie in Fig. 2 dargestellt, einen grundsätzlich ringförmigen Querschnitt 1 1 auf. Der Querschnitt 1 1 ist jedoch gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichend von einer Ringform an gegenüberliegenden Stellen 12 verdickt und an gegenüberliegenden Stellen 13 verdünnt ausgebildet.

An seinem einen Ende 14 erstreckt sich der Schlauch 7 durch eine von dem Hals 5 des Druckbehälters 2 gebildete Öffnung 15. In das Ende 14 des Schlauchs 7 ist ein Stopfenelement 16 eingepresst, so dass das Stopfenelement 16 gegen das Ende 14 des Schlauchs 7 innenseitig abdichtet und ferner das Ende 14 des Schlauchs 7 außenseitig gegen die Öffnung 15 in dem Hals 5 des Druckbehälters 2 abdichtet. Das Stopfenelement 16 weist einen Anschluss 17 auf, mittels welchem dem Innenraum 21 des Schlauchs 7 ein erstes Medium 18, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit, zuführbar ist. Weiterhin ist die Hydraulikflüssigkeit 18 aus dem Innenraum 21 mittels des Anschlusses 17 auch wieder abführbar.

Das dem Ende 15 gegenüberliegende Ende 22 des Schlauchs 7 erstreckt sich durch eine Öffnung 23 in der Bodenplatte 6 des Druckbehälters 2. In das Ende 22 des Schlauchs 7 ist ein weiteres Stopfenelement 24 eingepresst, so dass dieses innenseitig gegen das Ende 22 des Schlauchs 7 abdichtet und ferner das Ende 22 außenseitig gegen die Öffnung 23 abdichtet.

Die Stopfenelemente 16 und 24 müssen nicht in die Enden 14 bzw. 22 des Schlauches 7 eingepresst sein. Alternativ können das Ende 14 mit dem Stopfenelement 16 und der Öffnung 15 und das Ende 22 mit dem Stopfenelement 24 und der Öffnung 23 dichtend verklebt oder anderweitig verbunden sein.

Vorzugsweise sind die Stopfenelemente 16 und 24 jeweils mit einer Rundung 25 bzw. 26 ausgebildet, welche sich in den Innenraum 21 des Schlauchs 7 hineinwölbt. Die Rundungen 25 und 26 sollen eine Beschädigung des Schlauchs 7 bzw. einen Abrieb desselben in dessen in Fig. 1 mit 7" bezeichneten, entleerten Zustand vermeiden. Bevorzugt sind die Rundungen 25 und 27 jeweils in etwa pa- rabelförmig ausgebildet. Nicht dargestellt ist eine zusätzliche Fixierung der Stopfen 16, 24 in axialer Richtung, welche auf Grund des hohen Innendrucks notwendig sein kann.

Der entleerte Zustand 7" des Schlauchs 7 ist auch in Fig. 2 dargestellt, wobei der Schlauch 7 eine im Wesentlichen ovale Querschnittsform 27 aufweist. Um eine derartige Faltung des Schlauchs 7 hin zu der dargestellten ovalen Querschnittsform 27 in dessen entleertem Zustand 7" sicher zu erreichen, ist der Schlauch 7 mit den bereits zuvor beschriebenen verdickten und verdünnten Stellen 12 bzw. 13 gebildet.

Die Bodenplatte 6 des Druckbehälters 2 weist einen Anschluss 31 auf. Der An schluss 31 erlaubt ein Zu- oder Abführen eines zweiten Mediums 30, beispiels weise ein Gas, in einen zwischen dem Druckbehälter 2 und dem Schlauch 7 gebildeten Zwischenraum 32. Der Zwischenraum 32 ist vorliegend als Ringraum ausgebildet und erstreckt sich entlang der Längsachse 3.

Um eine gewünschte Ladecharakteristik zu erhalten, kann an dem Anschluss 31 des Druckbehälters 2 ein weiterer, nicht dargestellter Druckbehälter für Gas angeschlossen werden.

Der Hydrospeicher 1 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, dass der Schlauch 7 mit Längsnuten 28 außenseitig gebildet ist. Fig. 3 zeigt dabei einen elastisch gedehnten Zustand 7"' des Schlauchs 7, der auch in Fig. 1 dargestellt ist. Die Längsnuten 28 und der Schlauch 7 sind zwecks eines besseren Verständnisses übertrieben groß bzw. dick dargestellt.

Der Hydrospeicher 1 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, dass der Schlauch 7 mit Längsnuten 29 innenseitig gebildet ist. Fig. 4 zeigt dabei den entleerten Zustand 7" des Schlauchs 7, der auch in Fig. 1 dargestellt ist. Die Längsnuten 29 und der Schlauch 7 sind zwecks eines besseren Verständnisses übertrieben groß bzw. dick dargestellt.

Im Anschluss an die vorangegangene, im Wesentlichen konstruktive Beschreibung des Hydrospeichers 1 folgt nun eine Beschreibung von dessen Funktionsweise.

Zum Beispiel kann die beim Abbremsen bei einem Kraftfahrzeug erzeugte Ener- gie dazu genutzt werden, Hydraulikflüssigkeit 18 durch den Anschluss 17 des

Hydrospeichers 1 hindurch in den Innenraum 21 des Schlauchs 7 unter Druck hinein zu pumpen. Dabei weitet sich der Schlauch 7 aus seinem entleerten Zustand 7" in seinen befüllten Zustand 7' auf, siehe Fig. 1 . Die innenseitigen Längsnuten 29 in dem Schlauch 7 dienen dabei dazu, ein Verkleben gegenüberliegen- der Schlauchwände 33 und 34 zu vermeiden und somit eine zuverlässige Befüllung des Schlauchs 7 sicherzustellen.

Sowie sich der Schlauch 7 ausdehnt, wird das in dem Zwischenraum 32 befindliche Gas 30 komprimiert. Fig. 5 zeigt in einem Diagramm eine Ladecharakteristik des Hydrospeichers 1 , Mit "Ladecharakteristik" ist vorliegend der Verlauf des Drucks in der Hydraulikflüssigkeit 18 oder in dem Gas 30 in Abhängigkeit von dem Ladezustand, d. h. von dem Grad der Befüllung des Schlauchs 7, gemeint. Wie Fig. 5 zu entnehmen, ist ein zunehmender Druck in der Hydraulikflüssigkeit 18 erforderlich, um eine weitere Komprimierung des Gases in dem Zwischenraum 32 zu erzielen. Der Druckverlauf zwischen dem entleerten Zustand 7" und dem befüllten Zustand 7' ist in Fig. 5 mit A gekennzeichnet. Wird nun weiter Hydraulikflüssigkeit zugeführt, so muss der Schlauch 7 elastisch gedehnt werden, um diesen aus seinem befüllten Zustand 7' in seinen elastisch verformten Zustand 7"' zu verformen. Der Druckverlauf in Abhängigkeit von dem Ladezustand zwischen dem befüllten Zustand 7' des Schlauchs 7 und dem elastisch gedehnten Zustand 7" ist in Fig. 5 mit B gekennzeichnet. Dieser Druckverlauf B kann durch geeignete Wahl der Elastizität des Schlauchs 7 beeinflusst werden, beispielsweise dadurch, dass dieser mit einer dickeren oder dünneren Wand und/oder aus einem anderen Material gebildet wird.

Die Druckänderung in einem Übergangsbereich "C" (und/oder dessen erste mathematische Ableitung) zwischen den Linien A und B kann erfasst werden, um festzustellen, dass ein Ladezustand X erreicht ist. Der Ladezustand X entspricht dem befüllten Zustand 7' des Schlauchs 7. Zweckmäßigerweise wird dazu die Druckänderung mit zunehmender Ladung, d.h. Befüllung, bzw. Entladung, d.h. Entleerung, des Hydrospeichers 1 gemessen und mit einer vorbestimmten Druckänderung, welche für den Ladezustand X gegeben ist, verglichen.

Ist der Schlauch 7 ist in seinem elastisch gedehnten Zustand 7"' vollständig befüllt, so liegt dieser, wie in Fig. 3 dargestellt, innenseitig gegen den Druckbehälter 2 an. Um nun das Bilden von Gaspolstern zwischen dem Schlauch 7 und dem Druckbehälter 2 zu verhindern, weist der Schlauch die Längsnuten 28 auf, so dass sich das Gas 30 entlang der Längsachse 3 des Schlauchs 7 gleichmäßig verteilen kann. Selbstverständlich ist es auch denkbar, zusätzlich Quernuten vorzusehen.

Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen vorliegend konkret beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere kann auch die Hydraulikflüssigkeit 18 in dem Zwischenraum 32 und das Gas 30 in dem Innenraum 21 vorgesehen werden. In diesen Fall würde Hydraulikflüssigkeit 30 beispielsweise über den Anschluss 31 zu- und abgeführt werden. Der weitere, nicht dargestellte Druckbehälter für Gas (auch als Gas- nachschaltevolumen bezeichnet) könnte dann mit dem Anschluss 17 verbunden werden.

Ferner könnten das Stopfenelement 16 und der Druckbehälter 2 aus einem Stück und/oder die Bodenplatte 6 und der Stopfen 24 aus einem Stück bestehen.