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Hydraulischer Energiespeicher
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Energiespeicher mit einem Freikolben, dessen eine Seite der Einwirkung eines Energiespeichermittels etwa in Gestalt eines Gewichtes, einer Feder, eines pneumatischen Polsters od. dgl., ausgesetzt ist und dessen andere Seite auf eine Flüssigkeit, z. B. 01, einwirkt, die die Wirkung des Energie- speichermitteln auf einen Nutzkreis-überträgt.
Nachstehend wird der Einfachheit halber der Fall eines hydropneumatischen Energiespeichers mit Freikolben behandelt, wobei die Erfindung in keiner Weise auf diese spezifische Ausführungsform begrenzt, sondern eben so gut auf alle bisher bekannten hydraulischen Energiespeicher anwendbar ist. In einem üblichen hydropneumatischen Speicher ist der Kolbenhub auf der 01seite durch einen feststehenden Anschlag begrenzt. Unter diesen Bedingungen kann nach dem Anliegen des Freikolbens an den Anschlag das in dem Nutzkreis enthaltene 01 allmählich entweichen, wenn im Nutzkreis irgendeine Undichtigkeit vorhanden ist, und das öl wird umso langsamer entweichen, je kleiner die Undichtigkeit ist.
Nun ist es bei zahlreichen Anwendungszwecken eines solchen Speichers wesentlich, dass ständig mindestens ein vorgegebenes Druckminimum vorhanden ist oder dass wenigstens, sobald dieser Minimaldruck nicht mehr gewährleistet ist, ein vollständiges Aufheben des Druckes in möglichst kurzer Zeit erzielt werden kann.
Um die Notwendigkeit dieser Bedingungen leichter verständlich zu machen, sei ein Fall betrachtet, der ausserdem eine der bedeutendsten Anwendungsarten des erfindungsgemässen hydraulischen Energiespeichers darstellt, betrachtet, in dem der Speicher zum Speisen einer hydraulischen Kraftvorrichtung dient, die einen Schalter gegen die Wirkung elastischer Ausschaltmittel betätigt, die in Verbindung mit und als Folge von dem beliebigen Entleeren der Kraftvorrichtung das Ausschalten ausführen sollen.
Es ist bekannt, dass es bei einem Schalter wichtig ist, dass der Ausschalthub vollständig und innerhalb einer Zeit ausgeführt wird, die niemals eine vorbestimmte Dauer überschreitet, d. h. der bewegli-
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darf niemals in einer Zwischenstellung zwischen der vollen Einschaltung und der Ausschaltstel-
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von dem feststehenden Kontakt weiter entfernt ist als die Strecke, über die zwischen den beiden Kontakten ein Lichtbogen, stehenbleibt.
Wenn nun der bewegliche Kontakt des Schalters durch eine von einem hydro-pneumatischen Speicher mit Freikolben gespeiste hydraulische
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ringste Undichtigkeit in dem Speisekreis der Kraftvorrichtung ein allmähliches Entleeren des Speichers verursachen, so dass, wenn der Kolben des Speichers mit einem festen Anschlag in Berührung gekommen ist, ein langsames Entleeren der Kraftvorrichtung unter der Einwirkung der elastischen Ausschalteinrichtung und damit eine Bewegung des beweglichen Kontaktes in Richtung auf die Ausschaltstellung mit einer Geschwindigkeit stattfinden kann, die niedriger ist als der verlangte Grenzwert, wodurch der bewegliche Kontakt in unerwünschter Weise zwischen seinen Endstellungen stehenbleiben kann.
Um die katastrophalen Folgen einer solchen fehlerhaften Arbeitsweise eines Schalters zu verhüten, sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die den beweglichen Kontakt in der Einschaltstellung festhalten sollen, u. zw. unabhängig von den Druckverhältnissen In dem hy- , draulischen Steuersystem, oder die gewährleisten sollen, dass, wenn der Ausschalthub schon einmal eingeleitet Ist, dieser auch innerhalb. der verlang- ten kurzen Zeit vollständig ausgeführt wird. Jedoch sind die meisten dieser Vorrichtungen kompliziert, kostspielig und bringen neue Gefahren mit sich, so dass die durch sie angestrebte Sicherheit oft illusorisch ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die gewünschte Sicherheit, durch völliges Ausschalten der hydraulischen Steuerung nach vollständigem und schnellem öffnen des Schalters mittels einer besonderen Einrichtung des eigentlichen Energiespeichers, d. h. ohne Anderung des eigentlichen hydraulischen Steuersystems, in vollkommener Weise zu erreichen.
Dieses Ziel wird er-
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reicht, indem bei Energiespeichern mit einem in einer hydraulischen Kammer verschiebbaren Kolben, dessen eine Seite auf eine Druckflüssigkeit einwirkt erfindungsgemäss knapp vor der äusser- sten Arbeitsstellung dieses Kolbens ein in dessen Bahn ragender und mit ihm zusammenwirkender, bewegbarer Anschlag und ein Auslassventil für die in der hydraulischen Kammer befindliche Flüssigkeit vorgesehen sind, und die Betätigung des Auslassventiles von der Bewegung des Anschlages abgeleitet ist. Dieses Auslassventil kann als druckbelastetes Ventil ausgebildet sein, das zur
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gerichtet ist.
In einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung ist ein normalerweise geschlossenes Ventil zum Entleeren der ölkammer des Energiespeichers vorgesehen, wobei das Verschlussglied des Ventils mit einer Einrichtung fest in Zusammenhang steht, die durch Druck des sich in Richtung auf seinen festen Anschlag bewegenden Freikolbens des Energiespeichers betätigt wird und das Ventil öffnet, u. zw. an einem Punkt des Kolbenhubes, der so weit von dem Anschlag entfernt ist, dass der restliche Kolbenhub das Ventil völlig öffnen kann.
Dieses Ventil kann vorteilhafterweise ein Sicherheitsventil sein, so dass der Kolben unmittelbar auf das bewegliche Teil des Ventils einwirken kann, ohne dass eine Stopfbüchse vorgesehen werden muss.
Der erfindungsgemässe Energiespeicher ist zweckmässig auch mit einer Vorrichtung versehen, die es gestattet, die Abflussöffnung vorübergehend zu schliessen, wenn der Speicher zur Herstellung der Verwendungsbereitschaft mit öl gefüllt werden muss.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist diese Vorrichtung ein normalerweise offenes Ventil, das nur durch eine auf ein Betätigungsglied, beispielsweise einen Druckknopf, ausgeübte Wirkung geschlossen werden und geschlossen gehalten werden kann, so dass durch Vergesslichkeit des Bedienenden keine Gefahr entstehen kann, dass die Abflussöffnung nicht wieder geöffnet wird, nachdem der Speicher gefüllt worden ist.
Die Erfindung soll an Hand der Beschreibung
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beispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 eine sehr schematische Darstellung eines erfindungsgemässen hydraulischen Energiespeichers, Fig. 2 einen axialen Längsschnitt einer Ausführungsform des Abflussventil eines solchen Speichers, Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform des Ventils nach Fig. 2, Fig. 4 einen axialen Schnitt eines erfindungsgemässen Energiespeichers mit einer Füllvorrichtung und Fig. 5 einen axialen Teilschnitt dieser Füllvorrichtung mit ihren Einzelheiten.
In den verschiedenen Figuren sind übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In Fig. 1 ist 1 der Zylinder eines hydropneumaischen Energiespeichers, dessen Freikolben 2 den Zylinder in eine Luftkammer 3 und eine 01- kammer 4 aufteilt, die zur Speisung eines (nicht dargestellten) Nutzkreises über eine Leitung 5 bestimmt ist und die auch mit einem normalerweise geschlossenen Abflussventil in Verbindung steht, dessen Verschlussventil 6 mit einer Stange 7 in Zusammenhang steht, dessen Ende normalerweise in die ölkammer 4 hineinragt, so dass sie durch den Druck des Kolbens 2 betätigt werden kann, wobei das Ende soweit über den Zylinderkopf 8 des Speichers vorsteht, dass nach dem Anstossen des Kolbens gegen die Stange 7 der restliche Hub des Kolbens 2 das Abflussventil vollständig öffnet, bevor der Kolben den Zylinderkopf 8 erreicht.
Wenn von dem Augenblick an, in dem der Kolben die Stange 7 berührt, die in der Kammer 4 und in dem Nutzkreis enthaltene Flüssigkeitsmenge aus irgendeinem zufälligen Grunde, etwa infolge einer Undichtigkeit, auch nur ganz wenig abnimmt, wird der Kolben 2 bei Fortsetzung seines Hubes den Verschlussteil 6 des Abflussventiles betätigen und die Flüssigkeitskammer 4 über die Abflussöffnung 9 mit der Abflussleitung 10 in Verbindung bringen, so dass ein vollständiges und schnelles Entleeren des Restes der Kammer 4 und des Nutzkreises erfolgt.
Selbstverständlich wird man die Querschnittfläche des Abflusses in jedem Falle so wählen, dass die gewünschte Entleerungsgeschwindigkeit erreicht wird. Dabei ist zu beachten, dass nach dem geringsten öffnen des Abflussventiles der entstehende Olstrom verursacht, dass sich der Kolben 2 schneller bewegt als vorher, wodurch die Abflussöffnung mehr geöffnet und damit wiederum der ölstrom beschleunigt wird usw., u. zw. : in solchem Ausmasse, dass unmittelbar nach der geringsten Berührung zwischen dem Kolben 2 und der Stange 7 der Speicher und der Nutzkreis in sehr kurzer Zeit entleert werden, sofern die Abflussströmung gross genug ist.
Der Druck wird durch den Kolben so lange aufrechterhalten, bis dieser gegen seinen Anschlag stösst, wobei in diesem Augenblick sofort eine optimale Entleerung des Nutzkreises entsteht, wodurch ein nahezu sofortiger Druckabfall bis auf Null (oder genauer bis auf den in dem Raum, in den das öl entleert wird, herrschenden Druck) entsteht, wenn der Kreis für diesen Zweck gebaut ist und wenn die Entleerungsöffnung einen ausreichenden Querschnitt hat.
Selbstverständlich ist das Schema in Fig. 1 rein theoretisch. In Wirklichkeit hat das erfindungsgemässe Abflussventil zweckmässigerweise eine der in Fig. 2 oder 3 veranschaulichten Bauarten.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 liegen das 'Abflussventil und eine normalerweise das Ventil schliessende Feder in einer blinden Bohrung 12 im Zylinderkopf 8 des Speichers. wobei ein Teil
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des Zylinders mit 1 und der Freikollben mit 2 bezeichnet sind und der Kolben 2 gegen den Zylinder 1 durch geeignete Dichtungen flüssigkeitsdicht abgedichtet ist.
Im dargestellten Beispiel hat die Bohrung 12 einen Abschnitt 14 mit grösserem Durchmesser, der unmittelbar mit der ölkammer 4 in Verbindung steht und einen Abschnitt geringeren Durchmessers, dessen der Olkammer 4 zugewandtes Ende mit Gewinde versehen, um einen Schraubkopf 15 eines Ventilkörpers 16 aufnehmen zu können, der mit einem Bund 17 versehen ist, der mit einen zwischengelegten geeigneten Dichtungsring 18 gegen die ringförmige, die beiden Abschnitte der
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12Ventil. körper 16 hat eine axiale Bohrung 19, deren Ende über eine axiale Öffnung 20 kleineren Durchmessers als die Bohrung 19 mit der Kammer 4 in Verbindung steht.
Die die Öffnung 20 mit der Bohrung 19 vel'bindende Schulter bildet einen Sitz für den kegelstumpfförmigen Kopf 21 eines beweglichen Ventilschlussteiles 22, der durch Bünde 23 und 24 in der Bohrung 19 geführt wird, wobei die Bünde Durchbrüche od. dgl. haben, die das Öl frei durchströmen lassen. Im dargestellten Beispiel hat das dem Kopf 21 entgegengesetzt liegende Ende des beweglichen Ventilteiles 22 einen sphärisch gerundeten Abschnitt, der zusammen mit einer entsprechenden Vertiefung in einem Schieber 26, auf dem ein Ende der Feder 11 liegt, deren anderes Ende gegen den Boden der Bohrung 12 liegt, ein Kugelgelenk bildet.
Schliesslich steht. die Bohrung 12 oberhalb des Gewindes, in das der Ventilkörper 16 geschraubt ist, mit einer nicht dargestellten Abfluss- leitung über eine radiale Öffnung 27 und einem Längskanal 28 in Verbindung.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird die Entleerung der Kammer 4 durch den Kolben 2 mittels einer einzigen Stossstange 7 eingeleitet, die mit dem beweglichen Teil 22 des Abflussventiles ein Stück bildet, dessen kegelstumpfförmigen Kopf 21 verlängert und sich durch die axiale Öffnung im Ventilkörper erstreckt, so dass sie in das Innere der ölkammer 4 hineinragt. Die Feder 11 muss so bemessen sein, dass das Ventil 21 nicht allein durch die Einwirkung des in der Kammer 4 herrschenden maximalen Flüssigkeits- druckes von seinem Sitz gehoben werden kann.
In der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 3 sind an Stelle, der einzigen Stange 7 in Fig.
2 drei Stangen vorhanden, die im Dreieck (u. zw. um je 1200 auf einem gemeinsamen Umkreis versetzt) angeordnet sind, von denen nur zwei, 7a und 7b, dargestellt sind. Diese Stangen erstrecken sich durch im Ventilkörper 16 ausgebildete Längs- führungsbahnen 20a, 20b, 20c, in denen die Stangen beispielsweise durch Bünde 31, 32 geführt werden ; ihre pilzförmigen oberen Enden 29 liegen gegen eine Druckplatte 30,, die an dem beweglichen Verschlussteil 22 des Abflussventiles be- festigt ist.
Das Verschlussteil 22 ist durch Bünde 23,24 in einer blinden Bohrung 43 im Ventilkörper 16 geführt, dessen eine Kammer mit grö- sserem Durchmesser über einen schrägen Kanal 33 mit einer Kammer 34 in Verbindung steht, in der die Druckplatte 30 und eine Feder 11 untergebracht sind, wobei die Kammer 34 wiederum mit der Olkammer 4 des Speichers über eine oder mehrere Längs1eitungen 41 in Verbindung steht.
Schliesslich steht der zweite Abschnitt mit geringerem Durchmesser der blinden Bohrung 43, dessen ringförmige Kante den mit dem konischen Kopf 21a des beweglichen Teiles 22 zusammenwirkenden Ventilsitz bildet, über eine radiale 'Öffnung 27 und einen axialen Kanal 28 im Zylinderkopf 8 des Speichers mit der nicht dargestellten Abflussleitung in Verbindung.
Bei dieser Anordnung hat der in der'Ölkammer 4 herrschende Druck nicht mehr, wie in der Ausführungsform nach Fig. 2, das Bestreben, den beweglichen Ventilteil unmittelbar von seinem Sitz abzuheben. Aus diesem Grunde kann die Kraft der Feder 11 wesentlich verringert werden, die jetzt das Ventil nur in die Schliessstellung zu bringen hat, in der es durch den auf den beweglichen Teil 22 wirkenden Flüssigkeitsdruck gehalten wird.
Man erkennt, dass mit dem erfindungsgemässen Abflussventil der Speicher vollständig unwirksam wird, sobald die Entleerung eingeleitet ist. Um den Energiespeicher wieder in Betrieb zu setzen und auch um ihn erstmalig in Betrieb zu nehmen, wird das bisher beschriebene Gerät zweck- mässigerweise durch eine Fülleinrichtung ergänzt, wie sie beispielsweise in Fig. 4 und noch genauer in Flg. 5 dargestellt ist.
In dem dargestellten Beispiel besteht die Füllvorrichtung hauptsächlich aus einem Ventil, dessen beweglicher Verschlussteil 35 normalerweise durch eine Feder 36 offengehalten wird, aber zum Füllen des Speichers mit 01, beispielsweise über die Nutzleitung 5, durch einen Hebel 40 vorübergehend geschlossen werden kann. Zu diesem Zweck wird der bewegliche Verschlussteil 35 des Füllventil, wenn in geeigneter Weise auf den Hebel 40 gedrückt wird, gegen seinen Sitz gepresst, so dass er die Verbindung zwischen dem Abflussventil 21 und der Abflussleitung 28 unterbricht.
In'der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der bewegliche Teil 35 des Füllventiles flüssigkeitsdicht mittels einer geeigneten Dichtungspackung 37 in einem Gewindepfropfen 38 verschiebbar angebracht, der ebenfalls mittels einer Dichtungspakkung 39 flüssigkeitsdicht in ein mit Gewinde ver- sehenes Loch Im Zylinderkopf 8 des Speichers, das über eine innere Fortsetzung mit der radialen öffnung 27 und mit der Längsleitung 28 in Verbindung steht, eingeschraubt ist. Die Abdichtung während des Betriebes des Energiespeichers wird durch einen unter dem Druck der Feder 36 stehenden Packungsring 42 bewirkt.