DE10003648A1 - Hydropneumatischer Druckspeicher - Google Patents
Hydropneumatischer DruckspeicherInfo
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Abstract
Bei einem hydropneumatischen Druckspeicher mit einem innerhalb des Speichergehäuses (1) einen Gasraum (17) von einem Ölraum (13) trennenden Balg (19), der an seinem einen Ende am Speichergehäuse (1) so befestigt ist, daß der Ölraum (13) an die Innenseite des Balges (19) angrenzt, der an seinem freien anderen Ende durch einen entsprechend Volumenänderungen von Gasraum (17) und Ölraum (13) beweglichen Abschlußkörper (21) verschlossen ist, und mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum aus dem und in den Ölraum (13) freigebenden oder sperrenden Ventil (31), das bei einer Bewegung des Abschlußkörpers (21), die einer einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergrößerung des Volumens des Gasraumes (17) entspricht, durch den Abschlußkörper (21) in seine sperrende Stellung überführbar ist, ist der Abschlußkörper in Form eines Troges (21) ausgebildet, der mit seinem am offenen Ende (23) befindlichen Rand (25) mit dem zugeordneten freien Ende des Balges (19) verbunden ist, wobei der Trog (21) sich mit seiner Seitenwand (27) längs der Innenseite des Metallbalges (19) erstreckt und der Boden (35) des Troges (21) als bewegliches Ventilglied des das Strömen von Hydraulikfluidum steuernden Ventils (31) ausgebildet ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher
mit einem innerhalb des Speichergehäuses einen Gasraum von einem Öl
raum trennenden Balg, insbesondere einem Metallbalg, der an seinem ei
nen Ende am Speichergehäuse so befestigt ist, daß der Ölraum an die In
nenseite des Balges angrenzt, der an seinem freien anderen Ende durch ei
nen entsprechend Volumenänderungen von Gasraum und Ölraum beweg
lichen Abschlußkörper verschlossen ist, und mit einem das Strömen von
Hydraulikfluidum aus dem und in den Ölraum freigebenden oder sperren
den Ventil, das bei einer Bewegung des Abschlußkörpers, die einer einen
vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergrößerung des Volumens des
Gasraumes entspricht, durch den Abschlußkörper in seine sperrende Stel
lung überführbar ist.
Bekanntermaßen muß bei Balgspeichern mit Gummibälgen oder Metallbäl
gen darauf geachtet werden, daß Überbelastungen des Balges vermieden
werden. Bei einem bekannten Druckspeicher der obengenannten Art, der
einen Metallbalg benutzt, vergleiche WO 97/46823, ist im Hinblick auf
dieses Problem ein Ventilstößel des am Ölraum angeschlossenen Ventiles
relativ zum Abschlußkörper des Metallbalges in solcher Lagebeziehung an
geordnet, daß der als ebene Endplatte ausgebildete Abschlußkörper des
Metallbalges den Ventilstößel bei Erreichen einer gewünschten Endstellung
beaufschlagt und in die Sperrstellung des Ventils verschiebt, so daß der
Ausstrom von Hydraulikfluidum aus dem Ölraum bei Erreichen dieser End
stellung der Endplatte des Metallbalges unterbunden wird. Bei geschlosse
nem Ventil bleibt somit, selbst wenn das angeschlossene Hydrauliksystem
drucklos werden sollte, im Ölraum des Speichers ein Druck aufrechterhal
ten, der dem im Gasraum momentan herrschenden Gasdruck entspricht, so
daß am Metallbalg beidseits Druckgleichgewicht herrscht.
Zwar ist dadurch eine Überbelastung des Balges dann verhindert, wenn im
Betrieb des Druckspeichers der Druck des ölseitig angeschlossenen Hydrau
liksystemes abfällt, es besteht jedoch weiterhin die Gefahr der Beschädi
gung des Balges bei Zuständen mit auf der Ölseite herrschendem Über
druck oder bei einem Fehlen des Vorfülldruckes auf der Gasseite. Da bei
dem bekannten Druckspeicher der erwähnten Art der Größtwert des Volu
mens des Gasraumes im wesentlichen dem Hubvolumen entspricht, wel
ches durch die bei Zusammenziehen und Ausziehen des Metallbalges er
folgende Bewegung der Endplatte definiert ist, muß die Hublänge, welche
die Endplatte innerhalb des Speichergehäuses zurücklegen kann, ausrei
chend fang gewählt werden, wenn ein für den Betrieb des Speichers ausrei
chendes Volumen des Gasraumes zur Verfügung gestellt werden soll. Bei
fehlendem Gas-Vorfülldruck oder ölseitig herrschendem Überdruck wirkt
daher der herrschende Druckgradient auf den voll ausgezogenen und damit
mechanisch am stärksten belasteten Metallbalg. Man ist daher gezwungen,
entweder dickere oder aber mehrlagige Metallbälge zur Anwendung zu
bringen. In nachteiliger Weise wird dadurch die Federsteifigkeit stark ver
größert, was zu einem verhältnismäßig schlechten Ansprechverhalten im
Betrieb führt. Mehrlagige Bälge führen zu erhöhtem Gewicht und höheren
Kosten. Außerdem ergibt sich ein geringerer Hub pro Balgwindung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher der be
trachteten Art zu schaffen, der sich demgegenüber durch verbesserte Be
triebseigenschaften auszeichnet.
Bei einem hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Art
ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abschlußkörper
in Form eines Troges ausgebildet ist, daß der Trog mit seinem am offenen
Ende befindlichen Rand mit dem zugeordneten freien Ende des Balges ver
bunden ist, daß der Trog sich mit seiner Seitenwand längs der Innenseite
des Balges erstreckt und daß der Boden des Troges als bewegliches Ventil
glied des das Strömen von Hydraulikfluidum steuernden Ventiles ausgebil
det ist.
Die erfindungsgemäße Bauweise, bei der der Balg die Außenseite eines
gasseitig offenen Troges umgibt, ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Da
der gesamte Innenraum des Troges als Teil des Gasraumes zur Verfügung
steht, erreicht man ein optimales Verhältnis zwischen Gesamtgröße des
Speichergehäuses und Volumen des Gasraumes. Während bei dem oben
erwähnten, bekannten Druckspeicher ein ausreichendes Volumen des Gas
raumes nur dadurch zu verwirklichen ist, daß man für die Endplatte des
Metallbalges einen ausreichenden Hubweg im Speichergehäuse zuläßt, was
zu den erwähnten Überlastungsproblemen des Balges führt, kann bei der
Erfindung der dem Ausziehen des Balges entsprechende Hubweg des Ab
schlußkörpers praktisch beliebig klein ausgeführt werden. Mit anderen Wor
ten gesagt, kann das Speichergehäuse so geformt werden, daß es nach kur
zer Hubbewegung des Troges einen mechanischen Anschlag bildet, weil
der gesamte Innenraum des Troges als Gasraumvolumen zur Verfügung
steht.
Der Balg ist auf diese Weise nicht nur gegen zu starkes Ausziehen ge
schützt, sondern, da er die Außenseite des Troges umringt, ist der Balg bei
im Gasraum herrschendem Überdruck auch mechanisch auf der Außenseite
des Troges auf gesamter Länge abgestützt. Dies ermöglicht wiederum den
Aufbau des Gas-Vorfülldruckes bereits vor Inbetriebnahme des Druckspei
chers, d. h. bevor das Hydrauliksystem ölseitig angeschlossen ist. Wenn letz
teres der Fall ist und im Ölraum der Betriebsdruck einmal aufgebaut ist,
wird durch das den Abfluß von Hydraulikfluidum aus dem Ölraum steuern
de Ventil Druckgleichgewicht am Balg aufrecht erhalten. Dadurch, daß der
Trog außenseitig vom Balg umgeben ist, ergibt sich ein sehr geringes "Tot
volumen" zwischen Trog und Balg, so daß in vorteilhafter Weise vor dem
Befüllen des Gasraumes nur eine geringe Menge an Hydraulikfluidum ein
gefüllt werden muß, was wiederum eine Gewichts- und Kostenersparnis
bedeutet.
Da der Boden des Troges gleichzeitig als bewegliches Ventilglied ausgebil
det ist, ergibt sich zudem eine besonders kompakte und einfache Bauweise.
Vorzugsweise ist der Trog kreiszylindrisch geformt, und die Tiefe des Tro
ges ist so bemessen, daß sein als Ventilglied dienender Boden als bewegli
cher kreisrunder Ventilteller mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der an
der Innenwand des Speichergehäuses ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich
nicht nur eine besonders einfache Bauweise des Ventils, sondern, da die
gesamte Fläche des Trogbodens als Ventilteller zur Verfügung steht, läßt
sich eine besonders großflächige Abdichtung beim Sperrzustand des Venti
les erreichen. Hierzu kann beispielsweise im radial außenliegenden Rand
bereich des runden Trogbodens ein O-Ring zur Bildung einer ringförmigen
Dichtfläche vorgesehen sein.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist ein am Trogbo
den befestigter Ventilstößel vorgesehen, der mit einem zweiten bewegli
chen Ventilglied verbunden ist, das bei einer einen vorgegebenen Kleinst
wert des Volumens des Gasraumes übersteigenden Bewegung des Troges
mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum in den Ölraum sperrenden
zweiten Ventilsitz zusammenwirkt. Dadurch eröffnet sich die vorteilhafte
Möglichkeit, auch die dem Kleinstwert des Volumens des Gasraumes ent
sprechende Endstellung des Troges mit Hilfe eines ölseitigen Ventiles zu
steuern. Wenn bei einer durch Überdruck auf der Ölseite bewirkten Bewe
gung des Troges durch den mit diesem verbundenen Ventilstößel der Zu
strom von Hydraulikfluidum zum Ölraum gesperrt wird, wird Druckaus
gleich am Balg hergestellt. Wenn beim Betrieb des erfindungsgemäßen
Druckspeichers einmal das Druckgleichgewicht zwischen Gas-Vorfülldruck
im Gasraum und Hydraulikdruck im Ölraum hergestellt ist und sich der den
Abschluß des Balges bildende Trog zwischen seinen vorgegebenen Endstel
lungen befindet, bei dem beide Ventilglieder von ihren zugehörigen Ventil
sitzen abgehoben sind, der Fluidstrom also nicht gesperrt ist, dann bleibt
der Zustand des Druckausgleiches am Balg im Betrieb erhalten, ungeachtet
dessen, ob der Hydraulikdruck der Ölseite gegenüber dem Gas-
Vorfülldruck absinken mag (was zum Sperren des Ventiles führt) oder unge
achtet dessen, wie stark der Hydraulikdruck relativ zum Gas-Vorfülldruck
ansteigen mag (was wiederum zum Sperren des Ventiles führt, so daß kein
weiterer Zustrom zum Ölraum mehr möglich ist).
Der Ventilstößel hat auch eine Führungsfunktion bei der Hubbewegung des
Balges, so daß ein einwandfreier Sitz des als Ventilglied dienenden Trogbo
dens am Ventilsitz und damit ein einwandfreies Sperren des Ventiles ge
währleistet sind.
Da der Balg im Gleichgewichtszustand arbeitet, kann eine leichte Bauweise
des Balges angewendet werden, was nicht nur zur Gewichtsverringerung,
sondern auch zu einem besonders guten Ansprechverhalten führt.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles, bei dem ein Metallbalg verwendet wird, im einzel
nen erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels des
Druckspeichers.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Druckspeichers ist insbesondere
für eine Verwendung bei elektrohydraulischen Bremsanlagen vorgesehen
und weist ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Speichergehäuse auf. Dieses
weist einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Hauptteil 3 auf, der ei
nerseits durch einen angeschweißten Bodendeckel 5 und andererseits durch
eine angeschweißte, flach gewölbte Endkappe 7 verschlossen ist. Im Bo
dendeckel 5 ist ein zentraler Hydraulikanschluß 9 mit Durchlässen 11 für
Zu- und Abfluß eines Hydraulikfluidums zum Ölraum 13 innerhalb des
Speichergehäuses 1 vorgesehen. An der Endkappe 7 ist eine zentral gelege
ne Gas-Füllöffnung vorgesehen, die durch einen Stopfen 15 verschlossen ist
und es ermöglicht, durch Befüllen mit einem kompressiblen Gas im an
grenzenden Gasraum 17 des Speichergehäuses 1 einen gewünschten Gas-
Vorfülldruck herzustellen, beispielsweise durch Befüllen mit Stickstoff.
Als Trennelement zwischen diesem Gasraum 17 und dem Ölraum 13, mit
dem ein nicht gezeigtes Hydrauliksystem über den Hydraulikanschluß 9 in
Verbindung ist, dient ein Metallbalg 19, der eine kreiszylindrische Form
besitzt und am einen Ende mit dem Bodendeckel 5 fest verbunden ist. Der
Außendurchmesser des Metallbalges 19 ist etwas geringer als der Innen
durchmesser des zylindrischen Hauptteiles 3 des Speichergehäuses 1. An
seinem dem Bodendeckel 5 entgegengesetzten freien Ende ist der Metall
balg 19 durch einen Abschlußkörper in Form eines Troges 21 dicht ver
schlossen. Dieser ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch
geformt und weist einen Außendurchmesser auf, der etwas geringer ist als
der Innendurchmesser des Metallbalges 19. Der Trog 21 ist an seinem offe
nen Ende 23 mit einem nach außen umgelegten, flanschartigen Rand 25 am
zugeordneten freien Ende des Metallbalges 19 befestigt, so daß sich die Sei
tenwand 27 des Troges 21 längs der Innenseite des den Trog umringenden
Metallbalges 19 erstreckt und der Innenraum des Metallbalges 19 lediglich
mit dem schmalen Ringraum 29 zwischen der Außenseite der Seitenwand
27 des Troges 21 und der Innenseite des Metallbalges 19 einen Teil des
Ölraumes 13 bildet.
Der Gasraum 17 hingegen hat ein demgegenüber weit größeres Volumen,
weil innerhalb des Speichergehäuses 1 als Gasraum nicht nur der Ringraum
28 an der Außenseite des Metallbalges 19 und der an die obere Endkappe 7
angrenzende Raum zur Verfügung steht, sondern zusätzlich auch der ge
samte Innenraum des Troges 21.
Dem Hydraulikanschluß 9 ist ein doppelt wirkendes Ölventil 31 zugeord
net, das zwei den Durchstrom von Hydraulikfluidum durch die Durchlässe
11 in jeweils zueinander entgegengesetzter Strömungsrichtung sperrende
oder freigebende Ventileinheiten aufweist, die durch Bewegungen des Me
tallbalges 19 und damit des Troges 21 steuerbar sind, wenn sich der Me
tallbalg 19 aufgrund von Druckdifferenzen im Ölraum 13 und dem Gas
raum 17 zusammenzieht oder auszieht und der Trog 21 eine entsprechende
Bewegung längs der zentralen Längsachse 33 des Speichergehäuses 1 aus
führt. Die Tiefe des Troges 21 ist so bemessen, daß bei unbelastetem Me
tallbalg 19, zum Beispiel wenn sowohl Ölraum 13 als auch Gasraum 17
drucklos sind, sich der Trogboden 35 bis in die Nähe der Innenwand 37
des Bodendeckels 5 erstreckt. Der Trogboden 35 ist als kreisrunder Ventil
teller gestaltet, der mit der benachbarten Innenwand 37, die als zugeordne
ter Ventilsitz gestaltet ist, die eine der genannten Ventileinheiten bildet. Zur
Bildung von Dichtflächen sind ein O-Ring 39 am radial außenliegenden
Rand des Trogbodens 35 sowie ein O-Ring 41 an der Innenwand 37 des
Bodendeckels 5 vorgesehen, wobei die O-Ringe 39 und 41 jeweils in ent
sprechenden Ringnuten aufgenommen sind. Durch den aufgrund des
Durchmessers des Troges 21 bedingten, verhältnismäßig großen radialen
Abstand der Dichtflächen von der zentralen Längsachse 33 ist eine großflä
chige Abdichtung und damit ein sehr sicheres Sperren des Ventiles gewähr
leistet.
Die zweite Ventileinheit weist einen Ventilkörper 43 auf, der über einen am
Trogboden 35 befestigten Ventilstößel 45 zusammen mit dem Trog 21 be
weglich ist. Der Ventilstößel 45 erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung
47 im Bodendeckel 5 aus dem Speichergehäuse 1 heraus. Der Ventilkörper
43 wirkt mit einem im Hydraulikanschluß 9 ausgebildeten Ventilsitz 49
zusammen und weist einen an den Ventilsitz anlegbaren O-Ring 50 auf.
Wie ersichtlich ist, bewegt sich der Trog 21 bei einem Zusammenziehen
des Metallbalges 19 aufgrund eines Überdruckzustandes im Gasraum 17
gegenüber dem Ölraum 13 mit seinem als Ventilteller dienenden Trogbo
den 35 an die Innenwand 37 des Bodendeckels 5, so daß die O-Ringe 39
und 41 zur Anlage an entsprechende Flächen von Ventilsitz bzw. Ventiltel
ler kommen und ein Abfluß von Hydraulikfluidum durch die Durchlässe 11
aus dem Ölraum 13 gesperrt wird. Wenn andererseits im Ölraum 13 ein
höherer Druck herrscht als im Gasraum 17, führt eine entsprechende Ver
schiebebewegung des Troges 21 über den Ventilstößel 45 zu einer Bewe
gung des Ventilkörpers 43, der durch Anlage des O-Ringes 50 am Ventilsitz
49 den Zustrom von Hydraulikfluidum zum Ölraum 13 sperrt, so daß wie
derum der Zustand des Druckausgleiches zwischen Ölraum 13 und Gas
raum 17 entsteht. Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Druckspeicher
durch das Vorhandensein des doppelt wirkenden Ventiles 31, also dadurch,
daß sowohl der Abfluß von Hydraulikfluidum als auch der Zustrom von
Hydraulikfluidum gesteuert wird, im Betrieb hinsichtlich der Beibehaltung
des Druckausgleiches am Metallbalg 19 selbststeuernd arbeitet, wodurch
höchste Betriebssicherheit über lange Betriebszeiträume gewährleistet ist
und Metallbälge leichter Bauweise entsprechend vorteilhaft zum Einsatz
kommen können. Zudem ergibt sich dadurch, daß als Abschluß des offenen
Endes des Metallbalges 19 ein sich ins Innere des Metallbalges 19 erstrec
kender Trog 21 vorgesehen ist, nicht nur der Vorteil der vereinfachten
Bauweise des Ventils durch Verwendung des Trogbodens 35 als bewegli
ches Ventilglied, sondern der besondere Vorteil, daß praktisch das gesamte
Volumen des Troges 21 als Teilvolumen des Gasraumes 17 zur Verfügung
steht.
Es versteht sich, daß anstelle des beim beschriebenen Beispiel gezeigten
Metallbalges 19 auch ein nichtmetallischer Balg vorgesehen sein kann.
Claims (6)
1. Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem innerhalb des Spei
chergehäuses (1) einen Gasraum (17) von einem Ölraum (13) tren
nenden Balg (19), insbesondere einem Metallbalg, der an seinem ei
nen Ende am Speichergehäuse (1) so befestigt ist, daß der Ölraum
(13) an die Innenseite des Balges (19) angrenzt, der an seinem freien
anderen Ende durch einen entsprechend Volumenänderungen von
Gasraum (17)und Ölraum (13) beweglichen Abschlußkörper (21)
verschlossen ist, und mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum
aus dem und in den Ölraum (13) freigebenden oder sperrenden Ven
til (31), das bei einer Bewegung des Abschlußkörpers (21), die einer
einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergrößerung des
Volumens des Gasraumes (17) entspricht, durch den Abschlußkörper
(21) in seine sperrende Stellung überführbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Abschlußkörper in Form eines Troges (21) ausge
bildet ist, daß der Trog (21) mit seinem am offenen Ende (23) befind
lichen Rand (25) mit dem zugeordneten freien Ende des Balges (19)
verbunden ist, daß der Trog (21) sich mit seiner Seitenwand (27)
längs der Innenseite des Balges (19) erstreckt und daß der Boden (35)
des Troges (21) als bewegliches Ventilglied des das Strömen von
Hydraulikfluidum steuernden Ventiles (31) ausgebildet ist.
2. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Trog (21) kreiszylindrisch geformt ist und sei
ne Tiefe so bemessen ist, daß sein als Ventilglied dienender Boden
(35) als kreisrunder beweglicher Ventilteller mit einem Ventilsitz zu
sammenwirkt, der an der Innenwand (37) des Speichergehäuses (1)
ausgebildet ist.
3. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ventilsitz konzentrisch zur zentralen Längsachse
(33) des als Rotationskörper gestalteten Speichergehäuses (1)
angeordnet ist und einen Durchlaß (11) für Hydraulikfluidum um
gibt.
4. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß konzentrisch zur Längsachse (33) Dichtflächen
(39, 41) am Ventilteller und am Ventilsitz in deren jeweils radial au
ßenliegendem Randbereich vorgesehen sind.
5. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruche 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß ein am Trogboden (35) befestigter Ven
tilstößel (45) vorgesehen ist, der sich konzentrisch zur Längsachse
(33) aus dem Speichergehäuse (1) erstreckt und mit einem zweiten
beweglichen Ventilglied (43) verbunden ist, das bei einer einem vor
gegebenen Kleinstwert des Volumens des Gasraumes (17) überstei
genden Bewegung des Troges (21) mit einem das Strömen von Hy
draulikfluidum in den Ölraum (13) sperrenden, zweiten Ventilsitz
(49) zusammenwirkt.
6. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtflächen an den bewegli
chen Ventilgliedern und/oder zugeordneten Ventilsitzen durch in
Ringnuten sitzende O-Ringe (39, 41) gebildet sind.
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