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Die
Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher
mit einem innerhalb des Speichergehäuses bewegbaren Trennelement
in Form eines Balges, insbesondere Metallbalges, der einen Arbeitsraum,
insbesondere Gasraum, von einem weiteren Arbeitsraum, insbesondere Ölraum, separiert,
wobei der Balg mit seinem einen freien Ende an einem Schließelement,
mittels dem in Abhängigkeit
von Bewegungen des Balges eine Speichergehäuseöffnung wechselweise freigebbar
und verschließbar
ist, und mit seinem zweiten freien Ende an einem Wandteil innerhalb
der Speichergehäuses angreift.
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Druckspeicher
dieser Art sind bekannt, siehe WO 01/55602 A1. Bekanntermaßen muss
bei Balgspeichern mit Gummibälgen
oder Metallbälgen
darauf geachtet werden, dass Überbelastungen
des Balges vermieden werden. Insbesondere bei einem Einsatz derartiger
Druckspeicher als Pulsationsdämpfer, wo
sich im Betrieb Wechselbelastungen des Balges ergeben, ist Betriebssicherheit über lange
Betriebszeiträume
hinweg nicht immer gewährleistet.
Werden zwecks Verbesserung der Betriebssicherheit dickere oder mehrlagige
Metallbälge
zur Anwendung gebracht, dann wird in nachteiliger Weise die Federsteifigkeit
stark vergrößert, 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher der betrachteten
Art zu schaffen, der sich demgegenüber durch verbesserte Betriebseigenschaften
auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe durch einen hydropneumatischen Druckspeicher gelöst, der
die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 das Schließelement, das an einem Ende
des Balges angeordnet und zum wechselweisen Freigeben und Verschließen einer zugeordneten
Speichergehäuseöffnung vorgesehen ist,
zwischen dieser und dem Haltekörper
angeordnet ist, bilden dieser und das Speichergehäuse jeweils einen
mechanischen Anschlag für
die Bewegungen des Schließelementes.
Die so gebildete Hubbegrenzung für
Auszieh- und Einfahrbewegungen des Balges bildet einen wirksamen
Schutz gegen die erwähnten Überlastungsprobleme,
so dass der Balg dünnwandig
und damit flexibel gestaltet werden kann, so dass sich ein besonders
gutes Ansprechverhalten im Betrieb ergibt, was eine Anwendbarkeit
des Erfindungsgegenstandes als Pulsationsdämpfer besonders begünstigt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der Haltekörper trogartig ausgebildet
ist. Durch Wahl der Tiefe des mit dem Speichergehäuse fest
verbundenen Troges lassen sich auf konstruktiv besonders einfache
Weise die gewünschten
Volumina der innerhalb des Speichergehäuses befindlichen Räume erreichen,
also speziell das Volumen des an die Außenseite des Troges an grenzenden
Arbeitsraumes in Entsprechung zur Tiefe des Troges, wobei bei Gasdruckspeichern
das Verhalten (Charakteristik) gesteuert werden kann (pw-V-Kurve).
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Vorzugsweise
besitzt der erfindungsgemäße Druckspeicher
eine kreiszylinderförmige
Gestalt, wobei der trogartige Haltekörper kreiszylindrisch geformt
und zu einer zentralen Längsachse
des Speichergehäuses
konzentrisch ist.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen weist
der trogartige Haltekörper
einen Topf mit einer sich längs
der Innenseite des Balges erstreckenden Seitenwand, einem dem Schließelement
zugekehrten, geschlossenen Boden und einem offenen Ende auf. Eine
derartige Gestaltung ist in mehrerer Hinsicht vorteilhaft. Dadurch,
dass der Balg mit seiner Innenseite die Seitenwand des Topfes umringt,
ist der Balg bei einem auf seiner Außenseite herrschenden Überdruck
auch mechanisch auf der Außenseite
des Topfes auf gesamter Länge
abgestützt.
Wenn die Innenseite des Balges an den Gasraum angrenzt, ermöglicht dies
wiederum, den Gas-Vorfülldruck
nachträglich,
wenn bereits der Anschluss an ein Ölsystem vorgenommen ist, aufzubauen
oder auf den erforderlichen Fülldruck
zu erhöhen.
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Wenn
die Anordnung so getroffen ist, dass der Topf am offenen Ende einen
von der Seitenwand radial gegen die Innenseite des Speichergehäuses hin
verlaufenden Rand aufweist und dieser das Wandteil bildet, an dem
das zweite freie Ende des Balges unter Bildung einer gasdichten
Verbindung angreift, ergibt sich eine besonders einfache Bauweise,
die eine kostengünstige
Fertigung ermöglicht. Der
Haltekörper
bildet bei solcher Gestaltung ein Bauteil, das sämtliche innerhalb des Speichergehäuses befindlichen Komponenten
in Form eines vorgefertigten Einsatzkörpers vereinigt, der in das
Speichergehäuse
einsetzbar und an der Innenwand fixierbar ist.
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Hierbei
kann der Rand des Topfes, als das mit dem zweiten freien Ende des
Balges verbundene Wandteil, an der Innenseite des Speichergehäuses axial
unverschiebbar festgelegt sein.
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Diesbezüglich ist
die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass der Rand des Topfes
an seinem radial außenliegenden
Ende in einen an der Innenseite des Speichergehäuses anliegenden, sich in Axialrichtung
erstreckenden Fortsatz übergeht,
der durch an der Innenseite des Speichergehäuses vorgesehene Ausgestaltungen
gegen Axialverschiebung kraft- oder formschlüssig gesichert ist.
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Wenn
der Endrand dieses axialen Fortsatzes in der Nähe eines offenen Endes des
Speichergehäuses
gelegen ist, kann die Gehäusewand
an diesem offenen Ende radial nach innen über den Endrand des Formsatzes
verformt sein. Die von dem offenen Ende des Speichergehäuses her
eingesetzte Baueinheit ist durch eine solche Zustellung des Endes
des Speichergehäuses
nach innen auf besonders einfache Weise gegen Axialverschiebung
nach außen,
d. h. aus dem Speichergehäuse
heraus, formschlüssig
gesichert. Als Sicherung gegen eine axial nach innen verlaufende
Verschiebebewegung kann an der Innenseite des Speichergehäuses eine
Stufe ausgebildet sein, die einen erweiterten, den axialen Fortsatz
des Randes des Topfes aufnehmenden Innenwandabschnitt sowie eine
Anschlagschulter für die
formschlüssige
Sicherung des Randes Topfes gegen Axialverschiebung bildet.
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Die
Anordnung kann so getroffen sein, dass der Fortsatz des Randes des
Topfes an seiner der Innenseite des Speichergehäuses zugewandten Außen seite
radial nach innen versetzte Bezirke als Sitz für Dichtelemente aufweist. In
besonders vorteilhafter Weise bildet dadurch der Haltekörper in
Zusatzfunktion den dichten Abschluss des Speichergehäuses, d.
h. dass am betreffenden Ende des Speichergehäuses kein Gehäusedeckel,
beispielsweise durch Anschweißen,
angebracht zu werden braucht.
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In
besonders einfacher und vorteilhafter Weise kann die Dichtverbindung
in der Weise gestaltet sein, dass der Fortsatz zur Bildung einer
Kammer, die ein betreffendes Dichtelement, vorzugsweise O-Ring,
umfasst, durch eine Wölbung
verformt ist, die sich abschnittsweise radial nach innen und radial nach
außen
erstreckt. Eine derartige, auf einfache Weise ausbildbare Kammerung
eines betreffenden Dichtelementes gewährleistet eine besonders betriebssichere
Abdichtung.
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Bei
vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann
die Anordnung so getroffen sein, dass der Gasraum an das Innere
des Balges angrenzt und das Schließelement eine das zugeordnete
Ende des Balges gasdicht abschließende Verschlussplatte ist.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann diese Verschlussplatte als Plattenventilkörper ausgebildet sein,
der bei Anlage am Bodenteil des Speichergehäuses die im Bodenteil ausgebildete
Gehäuseöffnung schließt, die
den Zugang zu dem den Balg umgebenden Ölraum bildet. Wenn im Betrieb
des erfindungsgemäßen Druckspeichers
einmal das Druckgleichgewicht zwischen Gas-Vorfülldruck im Gasraum und Hydraulikdruck
im Ölraum
hergestellt ist, so dass sich die Verschlussplatte zwischen ihren
vorgegebenen Endstellungen befindet, wobei die Gehäuseöffnung nicht
gesperrt ist, dann ist am Balg Druckausgleich zwischen Innenseite
und Außenseite gegeben.
In vorteilhafter Weise bleibt dieser Druckausgleich auch dann erhalten,
wenn der Hydraulikdruck auf der Ölseite
gegenüber
dem Gas-Vorfülldruck
abfallen sollte, weil dies zum Sperren der Gehäuseöffnung führt, so dass kein weiterer
Druckabfall im Ölraum
stattfinden kann.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im
Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines hydropneumatischen Druckspeichers, wobei in der Fig. linksseitig
ein erstes Ausführungsbeispiel
und rechtsseitig ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
verdeutlicht sind, und
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2 und 3 abgebrochene
Teillängsschnitte
nur des oberen Endbereiches des Speichergehäuses zur Verdeutlichung eines
dritten bzw. vierten Ausführungsbeispieles
der Erfindung.
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In
den Fig. ist das Speichergehäuse
eines erfindungsgemäßen Druckspeichers
mit 1 bezeichnet. Wie ersichtlich, hat das Speichergehäuse 1 die
Form eines einteiligen Kreiszylinders, der eine Längsachse 3 definiert
und ein offenes Ende 5 sowie ein geschlossenes Ende 7 aufweist,
wobei Letzteres durch ein im wesentlichen ebenes Bodenteil 9 gebildet
ist, an dem sich konzentrisch zur Längsachse 3 eine Speichergehäuseöffnung 11 befindet.
Bei dieser einteiligen Gestaltung des Speichergehäuses 1 läßt sich dieses
in besonders vorteilhafter und rationeller Weise als Tiefziehteil
herstellen, beispielsweise aus einem für Kaltfließpressen geeigneten metallischen Werkstoff.
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Beim
erfindungsgemäßen Druckspeicher sind
sämtliche
innerhalb des Speichergehäuses 1 aufgenommene
Baukomponenten zu einer Baueinheit vereinigt und an einem Haltekörper vorgesehen, der
als Ganzes mit 13 be zeichnet und mit dem Speichergehäuse 1 fest
verbunden ist. Dieser Haltekörper 13 weist
einen kreiszylindrischen, zur Längsachse 3 konzentrischen
Topf 15 mit einem im wesentlichen ebenen Boden 17 auf,
wobei sich an dem dem Boden 17 entgegengesetzten offenen
Ende des Topfes 15 ein Öffnungsrand 19 befindet,
der sich in einer Radialebene gegen die Innenseite 21 des
Speichergehäuse 1 hin
erstreckt. Dieser Öffnungsrand 19 bildet
das Wandteil, über
das die feste Verbindung des Haltekörpers 13 mit dem Speichergehäuse 1 erfolgt. Zu
diesem Zweck schließt
sich an das radial außenliegende
Ende des Öffnungsrandes 19 ein
mit diesem einstückig
ausgebildeter Fortsatz 23 an, der sich entlang der Innenseite 21 des
Speichergehäuses 1 axial
gegen das freie Ende 5 des Speichergehäuses 1 erstreckt.
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Wie
die Fig. zeigen, ist der Haltekörper 13 innerhalb
des Speichergehäuses 1 in
solcher Position festgelegt, dass sich der freie Endrand 25 des
axialen Fortsatzes 23 in der Nähe des offenen Endes 5 des Speichergehäuses 1 befindet.
Dieses Ende 5 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, über den
Enddrand 25 radial nach innen verformt, so dass der Fortsatz 23 und
damit der Haltekörper 13 gegen
Axialverschiebung in Richtung aus dem Speichergehäuse 1 heraus
formschlüssig
gesichert ist. Die axiale Sicherung gegen Verschiebung in Richtung
auf das Innere des Speichergehäuses 1 erfolgt
mittels einer an der Innenseite 21 des Speichergehäuses 1 gebildeten
Stufe, die einen den Fortsatz 23 aufnehmenden erweiterten
Innenwandabschnitt 27 und eine Schulter 29 als
formschlüssigen
Anschlag gegen Axialverschiebung bildet.
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An
der dem Innenraum des Speichergehäuses 1 zugewandten
Seite des Öffnungsrandes 19 des Topfes 15 ist
ein freies Ende 31 eines Metallbalges 33, das
hier als das „zweite
freie Ende" bezeichnet ist,
durch Verschweißen
am Öffnungsrand 19 des Topfes 15 angebracht,
so dass der Haltekörper 13 an dem
zweiten Ende 31 einen gasdichten Abschluss des Inneren
des Metallbalges 33 bildet. Das andere freie Ende 35 des
Metallbalges 33, hier als „das erste freie Ende" bezeichnet, ist
durch Verschweißen
an einer ebenen, flachen Verschlussplatte 37 angebracht, so
dass dieses erste Ende 35 des Metallbalges 33 ebenfalls
gasdicht abgeschlossen ist. Die Verschlussplatte 37 befindet
sich, wie aus 1 ersichtlich, im Zwischenraum
zwischen dem Boden 17 des Topfes 15 und dem Bodenteil 9 des
Speichergehäuses 1.
Bodenteil 9 und Boden 17 bilden daher mechanische
Anschläge,
die Axialbewegungen der Verschlussplatte 37 begrenzen,
die beim Ausziehen und Zusammenziehen des Balges 37 stattfinden.
Bei den vorliegenden Beispielen begrenzt die Innenseite des Balges 33,
die sich in einem radialen Abstand entlang der Seitenwand 39 des
Topfes 15 erstreckt, den als Gasraum 34 vorgesehenen
Raum. Um diesen Gasraum 34 mit einem Arbeitsgas zu versehen
und einen Gas-Vorfülldruck
aufzubauen, befindet sich im Boden 17 des Topfes 15 ein
Verschluss 41 für
eine Füllöffnung, über die
vom offenen Ende 5 des Speichergehäuses 1 her ein Füllvorgang
erfolgen kann.
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Bei
an der Speichergehäuseöffnung 11 angeschlossenem Ölsystem
befindet sich im Betrieb in dem mit der Öffnung 11 verbundenen,
an der Außenseite
des Balges 33 befindlichen Ölraum 43 ein Fluiddruck,
der bei der dem Anwendungsfall entsprechenden Höhe des Gas-Vorfülldruckes
am Balg 33 ein Druckgleichgewicht bildet, wobei die Verschlussplatte 37 des
Balges 33 sich in einer Position zwischen Boden 17 des
Topfes 15 und Bodenteil 9 des Speichergehäuses 1 befindet.
Wenn es zu einem Abfall des Fluiddruckes auf der Ölseite kommt,
erfolgt ein Ausziehen des Balges 33 wobei die Verschlussplatte 37 eine
Axialbewegung in Richtung auf das Bodenteil 9 und die Gehäuseöffnung 11 durchführt. Wie aus 1 zu
ersehen ist, befindet sich an der der Öffnung 11 zugewandten
Seite der Verschlussplatte 37 ein sich längs des
Umfanges der Verschlussplatte 37 erstreckendes, ring förmiges Dichtelement 45.
Die Verschlussplatte 37 bildet somit in Zusammenwirkung
mit dem Bodenteil 9 einen Plattenventilkörper, der
bei Anlage am Bodenteil 9 die Gehäuseöffnung 11 verschließt. Durch
diesen Verschluss ergibt sich kein weiterer Druckabbau im Ölraum 43.
Dadurch dass auf diese Weise das Druckniveau im Ölraum 43 auf einem
Wert gehalten bleibt, bei dem am Balg 33 Druckausgleich
zwischen Gasraum 34 und Ölraum 43 herrscht,
besteht keine Gefahr einer Überdehnung
des Balges 33 bei Ausfall oder Absinken des Fluiddruckes.
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In
den Fig. sind vier verschiedene Ausführungsbeispiele der Ausbildung
einer Abbildung der Außenseite
des Fortsatzes 23 des Haltekörpers 13 gegenüber der
Innenseite 21 des Speichergehäuses 1 verdeutlicht.
Bei dem in 1 linksseitig befindlichen ersten
Ausführungsbeispiel
ist, an den Enddrand 25 des Fortsatzes 23 angrenzend,
eine Stufe des Fortsatzes 23 als Sitz für einen O-Ring 47 vorgesehen.
Bei dem in 1 rechtsseitig gelegenen Beispiel
befindet sich in der Nähe
des Endrandes 25 des Fortsatzes 23 an dessen Außenseite
eine Verjüngung
zur Aufnahme einer plastischen Dichtungsmasse 49, beispielsweise
in Form eines Klebers.
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Die 2 und 3 zeigen
Beispiele, bei denen der Sitz für
einen O-Ring 51 jeweils durch eine Kammer gebildet ist,
die den O-Ring 51 teilweise umgibt. Bei dem Beispiel von 2 ist
die Kammerung des O-Ringes 51 durch ein Verwölben des
Fortsatzes 23 in der Weise gebildet, dass in gegen den
Endrand 25 hin fortschreitender Richtung zunächst eine
Wölbung
radial nach innen, dann eine Wölbung
radial nach außen
und, an den Endrand 25 angrenzend, ein Axialverlauf des
Endstücks
des Fortsatzes 23 gebildet ist. 3 zeigt
ein Beispiel einer Kammerung, bei der eine radial nach innen verlaufende
Wölbung
in einen an den Endrand 25 angrenzenden axialen Endteil übergeht.
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Wie
bereits erwähnt,
kann das Speichergehäuse 1 als
einteiliges Tiefziehteil hergestellt werden. Zur Vereinfachung der
Herstellung trägt
auch in besonderem Maße
der Umstand bei, dass der Haltekörper 13 als
Ganzes, also der Topf 15 mit dem Bodenteil 17,
dem Öffnungsrand 19 und
dem axialen Fortsatz 23 als einteiliges Tiefziehteil ausgeführt werden kann.
Das Speichergehäuse 1 kann
auch als Gußteil oder
als sogenanntes Kaltfließpreßteil ausgeführt werden,
wie in 1 faktisch dargestellt. Da der Haltekörper 13 sämtliche
Komponenten, die im Speichergehäuse 1 aufzunehmen
sind, als Baueinheit vereinigt, braucht bei Fertigung des Druckspeichers die
vorgefertigte Baueinheit lediglich vom freien Ende 5 her
in das Speichergehäuse 1 eingesetzt
zu werden, wobei der gesamte Fertigungsvorgang lediglich noch das
Umlegen (Einbördeln)
am Ende 5 des Speichergehäuses 1 erfordert.
In besonders vorteilhafter Weise bildet der Haltekörper 13 auch
den Abschluss des Speichergehäuses 1,
fungiert also am Ende 5 des Speichergehäuses 1 als Gehäusedeckel.