-
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,
gemäß der Merkmalsausgestaltung
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
-
Durch
die
WO 01/55602 A1 ist
ein hydropneumatischer Druckspeicher bekannt mit einem innerhalb
des Speichergehäuses
einen Gasraum von einem Ölraum
trennenden Balg, insbesondere einem Metallbalg, der an seinem einen
Ende am Speichergehäuse
derart befestigt ist, dass der Ölraum
an die Innenseite des Balges angrenzt, und der an seinem freien
anderen Ende durch einen entsprechend Volumenänderungen von Gasraum und Ölraum zulassenden
bewegbaren trogartigen Haltekörper
verschlossen ist, und mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum aus
dem und in den Ölraum
freigebenden oder sperrenden Ventil, das, bei einer Bewegung des
Schließelementes,
die einer einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden
Vergrößerung des Volumens
des Gasraumes entspricht, durch das Schließelement in seine sperrende
Stellung überführbar ist.
-
Bekanntermaßen muß bei Balgspeichern
mit Gummibälgen
oder Metallbälgen
darauf geachtet werden, dass Überlastungen
des Balges vermieden werden. Insbesondere bei einem Einsatz derartiger Druckspeicher
als Pulsationsdämpfer,
wo sich im Betrieb Wechselbelastungen des Balges ergeben, ist die
Betriebssicherheit über
lange Betriebszeiträume hinweg
nicht immer gewährleistet.
Zwar genügt
die bekannte Lösung
den dahingehenden Anforderungen, jedoch ist der Herstellaufwand
für die
bekannte Lösung
insoweit erhöht,
als die vorbereitete Baueinheit aus trogartigem Haltekörper und
Metallbalg an die untere Gehäuseplatte
des Speichergehäuses
mit der Ventilaufnahme anzuschweißen ist, was es wiederum notwendig
macht, in einem weiteren Herstellschritt das sonstige Speichergehäuse auf
die Baueinheit aufzusetzen und mit der Gehäuseplatte zu verschweißen. Um
einen druckdichten Aufbau zu gewährleisten,
ist die dahingehende Verbindungsschweißnaht sorgfältig auszuführen und ferner ist sicherzustellen,
dass nicht ungewollt Schweißspritzer in
das Innere des Speichergehäuses
eingetragen werden mit der Folge, dass das empfindliche Balgmaterial
entsprechend geschädigt
werden könnte.
-
Zwar
ist in der
DE 100
20 903 A1 bereits eine gattungsgemäße Balglösung (vgl.
2a,
2b) aufgezeigt, bei der ein trogartiger
Haltekörper
innerhalb des Metallbalges und des zuordenbaren Speichergehäuses geführt ist,
wobei das plattenförmige
Schließteil
bei der bekannten Lösung,
die den Balg mediendicht nach außen hin abschließt, mittels
einer Druckfeder federbelastet in Richtung seiner Schließstellung
gehalten ist; allein bei der bekannten Lösung verbreitert sich der trogartige
Haltekörper
unter Bildung einer oberen Gehäuseplatte
zum Aufsetzen auf die obere Stirnseite des topfartigen Speichergehäuses und
die Verbindung von dem derart aus dem Haltekörper gebildeten Deckel mit
dem sonstigen Speichergehäuse
erfolgt wiederum mittels einer präzise auszuführenden Verbindungsschweißnaht im
Bereich der oberen Balgfestlege-Lösung, was zu den bereits beschriebenen
Nachteilen führen
kann.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Druckspeicher der betrachteten Art zu schaffen, der bei guten
Betriebseigenschaften eine kostengünstige Fertigung und einen
balgschonenden Betrieb ermöglicht.
Eine dahingehende Aufgabe löst
ein hydropneumatischer Druckspeicher mit der Merkmalsausgestaltung
des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
-
Dadurch,
dass gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 die Gehäusewand des Speichergehäuses an
ihrem offenen Ende radial nach innen über den Endrand des Fortsatzes
verformt ist, und dass an der Innenseite des Speichergehäuses eine
Stufe ausgebildet ist, die einen erweiterten, den axialen Fortsatz
des Randes des Topfes aufnehmenden Innenwandabschnitt sowie eine
Anschlagschulter für
eine formschlüssige
Sicherung des Randes des Topfes bildet, läßt sich die Einsatzbaugruppe,
gebildet aus Haltekörper,
Balg und Schließelement,
in das Innere des Speichergehäuses
einbringen und ohne irgendwelche Schweißarbeiten zwischen dem nach
innen zu verformenden Endrand und der genannten absatzartigen Stufe
in der Gehäusewand
des Speichergehäuses
an dieser definiert festlegen. Die dahingehende Bauweise erlaubt
insoweit eine besonders kostengünstige
Fertigung und auf gegebenenfalls das Balgmaterial schädigende
Schweißverfahren
kann bei der Verbindung von trogartigem Haltekörper mit Speichergehäuse völlig verzichtet
werden.
-
Dadurch,
dass 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 aufweist, erweist
sich eine dahingehende Gestaltung in mehrerer Hinsicht als vorteilhaft.
Dadurch, dass der Balg mit seiner Innenseite die im Durchmesser
gegenüber
dem sonstigen Trog des Haltekörpers
verbreiterte 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 den erforderlichen Fülldruck
zu erhöhen.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist so getroffen, dass der Rand des Topfes an seinem radial außen liegenden
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 Axialverschiebungen kraft- oder formschlüssig gesichert ist. Das Speichergehäuse bildet
einen mechanischen Anschlag für
die Bewegung des Schließelementes
aus und die derart gebildete Hubbegrenzung für Auszieh- und Einfahrbewegungen
des Balges bildet einen wirksamen Schutz gegen Überlastungsprobleme aus, 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.
-
Durch
die 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 angrenzenden
Arbeitsraumes in Entsprechung zur Tiefe des Troges, wobei bei Gasdruckspeichern
das Verhalten (Charakteristik) gesteuert werden kann (p-V-Kurve).
-
Vorzugsweise
besitzt der erfindungsgemäße Druckspeicher
eine kreiszylinderförmige
Gestalt, wobei der trogartige Haltekörper gleichfalls kreiszylindrisch
geformt und zu einer zentralen Längsachse
des Speichergehäuses
konzentrisch ist. 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 den erforderlichen Fülldruck
zu erhöhen.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Nachstehend
ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im
Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
-
1 einen
Längsschnitt
eines hydropneumatischen Druckspeichers, wobei in der Fig. linksseitig
ein erstes Ausführungsbeispiel
und rechtsseitig ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
verdeutlicht sind, und
-
2 und 3 abgebrochene
Teillängsschnitte
nur des oberen Endbereiches des Speichergehäuses zur Verdeutlichung eines
dritten bzw. vierten Ausführungsbeispieles
der Erfindung.
-
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.
-
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.
-
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
Endrand 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.
-
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 19 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.
-
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.
-
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 Endrand 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.
-
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.
-
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.