DE102009021463A1

DE102009021463A1 - Hydrospeicher

Info

Publication number: DE102009021463A1
Application number: DE102009021463A
Authority: DE
Inventors: Norbert Weber
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-11-18
Also published as: WO2010130332A1; JP2012526951A; EP2430318A1; CN102428283A; US20120037253A1; US8746286B2; EP2430318B1; JP5695032B2

Abstract

Hydrospeicher mit einer ersten Gehäuseschale (2) und mit einer zweiten Gehäuseschale (3), die jeweils bezüglich einer Längsachse (4) des Hydrospeichers (1) mit ihren Öffnungsrändern (5, 6) derart einander überlappen, dass sie ein Teilvolumen des Hydrospeichers (1) definieren und mit einem Trennelement (7), das innerhalb des mittels der Gehäuseschalen (2, 3) gebildeten Speichergehäuses (8) des Hydrospeichers (1) innere Arbeitsräume (9, 10) mediendicht voneinander trennt und wobei der Öffnungsrand (5) der radial außen liegenden Gehäuseschale (2) durch Umformen an dem Umfang der radial innen liegenden Gehäuseschale (3) einen Formschluss bildend angelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher mit einer ersten Gehäuseschale und mit einer zweiten Gehäuseschale, die jeweils bezüglich einer Längsachse des Hydrospeichers mit ihren Öffnungsrändern derart überlappen, dass sie jeweils ein Teilvolumen des Hydrospeichers definieren.
Hydrospeicher in hydraulischen Anlagen dienen unter anderem dazu, bestimmte Volumen unter Druck stehender Flüssigkeiten aufzunehmen und diese bei Bedarf an die Anlage zurück zu geben. Besonders verbreitet sind hydraulische Anlagen mit hydropneumatischen Speichern mit einem als Membran ausgebildeten Trennelement. Die Membran trennt insbesondere einen Flüssigkeitsraum als Arbeitsraum von einem Gasraum als weiteren Arbeitsraum ab. Als Arbeitsgas kommt bevorzugt Stickstoff zur Anwendung, wobei die Membran die Entkopplung von Gas- und Flüssigkeitsraum übernimmt. Der Flüssigkeitsraum steht ferner mit einem Hydraulikkreislauf der Anlage in Verbindung, so dass bei einem Anstieg des Druckes der Hydrospeicher Druckmittel aufnimmt und das Gas dabei komprimiert wird. Bei sinkendem Druck dehnt sich das vorher verdichtete Gas wiederum aus und verdrängt dabei das Druckmittel (Hydraulikfluid) zurück in den Hydraulikkreislauf.
Im allgemeinen ist ein Hydrospeicher aus zwei Gehäuseschalen gebildet, die mit ihren freien Öffnungsrändern aneinanderstoßen und jeweils ein Teilvolumen oder jeweils einen Arbeitsraum des Hydrospeichers unter Zwischenschalten der Membran begrenzen. Die stirnseitig aneinanderliegenden Gehäuseschalen sind üblicherweise mittels verschiedener Schweißverfahren an der dahingehenden Stoßstelle miteinander verschweißt, wobei in Abhängigkeit des Schweißverfahrens grundsätzlich es nicht auszuschließen ist, dass heiße Metallperlen oder Metallpartikel im Inneren des Hydrospeichers während des Schweißvorganges zu Beschädigungen an der Membran führen. Dies kann einen negativen Einfluß auf die Standfestigkeit der Membran haben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Hydrospeicher der betrachteten Art anzugeben, dessen Membran bei seiner Fertigung nicht in Mitleidenschaft gezogen werden kann.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Demgemäß besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass ein Öffnungsrand der an der Überlappungsstelle radial außen liegenden Gehäuseschale durch Umformen an den Umfang der radial innen liegenden Gehäuseschale unter Bildung eines Formschlusses angelegt ist. Die Formschlußverbindung ist bevorzugt in abdichtender Weise ausgebildet und dichtet das Innere des Speichers gegenüber der Umgebung ab. Ferner ermöglicht der Formschluß eine Übertragung von Zugspannungen von der ersten zu der zweiten Gehäuseschale des Hydrospeichers. Dadurch ist verhindert, dass die Membran im Inneren des Hydrospeichers in irgendeiner Weise bei der Montage beeinträchtigt wird.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer bevorzugten, die Montage des Hydrospeichers erleichternden Ausführungsform ist zumindest eine Gehäuseschale gegen einen Axialanschlag im Inneren des Speichergehäuses gelegt, wobei diese nach Umformung des Öffnungsrandes der radial außen liegenden Gehäuseschale in ihrer Endlage gehalten ist. Der Längsrand des zur Umformung kommenden Öffnungsrandes ist in seiner Wandstärke reduziert und eine Übergangsstelle von dem Längsrand zu der den Arbeitsraum für das Druckmittel bildenden Wand ergibt dergestalt einen radial nach innen gerichteten Absatz, der als Anschlag dient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrospeichers ist der Öffnungsrand der an der Überlappungsstelle radial außen liegenden Gehäuseschale an einen Anschlußkörper für das Arbeitsgas unter Bildung eines absatzlosen Überganges der Außenfläche angeschlossen. Bevorzugt ist der Öffnungsrand in abdichtender Weise, vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Anschlußkörper verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, das Trennelement durch eine Membran zu bilden, deren Umfangsrand an der Überlappung der beiden Gehäuseschalen mit einem Verankerungsteil an der radial inneren und/oder an der radial äußeren Gehäuseschale gehalten ist. Das Verankerungsteil ist dabei bevorzugt aus einem verdickten Randwulst entlang des Umfanges der Membran sowie aus einem diesen Randwulst radial innen umfassenden Klemmring gebildet, wobei der Klemmring den Randwulst in eine nutartige Vertiefung der Gehäuseschale preßt und axial sowie radial in dem Speichergehäuse definiert festlegt.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, anstelle des Klemmringes einen Öffnungsrand der radial innen liegenden Gehäuseschale mit einem annähernd C-förmigen Hohlprofil auszubilden, das einen radial nach innen und einen im Abstand davon radial nach außen verlaufenden Schenkel ausbildet, zwischen denen der Randwulst der Membran aufgenommen ist. Aufgrund dieser Querschnittsanordnung der radial inneren Gehäuseschale ist dergestalt die Membran entlang ihres freien stirnseitigen Umfassungsrandes gegen die Innenseite der radial äußeren Gehäuseschale dichtend gehalten.
Zur Gewichtsminimierung des Hydrospeichers können die Gehäuseschalen aus einer Leichtmetalllegierung, vorzugsweise in Form einer Aluminiumlegierung gebildet sein.
Die Fluidanschlüsse an den Gehäuseschalen sind bevorzugt durch einstückig mit diesen Gehäuseschalen versehene Anschlußkörper gebildet, die koaxial zu der Längsachse des Hydrospeichers an gegenüberliegenden Enden desselben positioniert sind. Sie gehen in eine im Vergleich zur Wandstärke an den Anschlußkörpern verringerten Wandstärke der Gehäuseschalen über.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrospeichers;
2 einen weiteren Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrospeichers.
In der 1 ist in einem Längsschnitt ein Hydrospeicher 1 in Form eines sog. Membranspeichers gezeigt. Dahingehende Hydrospeicher 1 können beispielsweise innerhalb einer hydraulischen Anlage zum Ausgleich von Druckschwankungen, zur Energiespeicherung, dem Auffangen von Pulsationsstößen einer Pumpe etc. dienen. Der Hydrospeicher 1 besteht aus einer ersten Gehäuseschale 2 und einer zweiten Gehäuseschale 3, die um eine Längsachse 4 des Hydrospeichers 1 rotationssymmetrisch angeordnet sind. Die Gehäuseschalen 2, 3 bilden ein Speichergehäuse 8 und sind in Leichtbauweise bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gebildet und in einem Arbeitsgang mittels eines Preßumformverfahrens od. dgl. erhalten.
Mit der ersten Gehäuseschale 2 ist ein Anschlußkörper 22 mit einem Fluideinlaß einstückig ausgebildet. Ebenso einstückig ist ein Anschlußkörper 14 für Arbeitsgas, wie Stickstoff, an die zweite Gehäuseschale 3 angeschlossen. Ein freier Öffnungsrand 6 der zweiten Gehäuseschale 3 überlappt mit seiner radialen Innenseite die erste Gehäuseschale 2 entlang ihres Außenumfanges im Bereich der oberen Hälfte, insbesondere des oberen Drittels gesehen in axialer Länge des Speichergehäuses 8.
An den Überlappungsbereich 16 angrenzend kommt ein als Membran 15 aus elastomerem Material gebildetes Trennelement 7 in einer Umfangsnut 23 auf der Innenseite der radial äußeren ersten Gehäuseschale 2 in Anlage und wird mit einem Verankerungsteil 17 gehalten, das aus einem im Querschnitt gesehen im wesentlichen U-förmigen Klemmring 19 besteht. Der Klemmring 19 stützt sich axial an dem Öffnungsrand 6 der zweiten Gehäuseschale 3 ab. In Blickrichtung auf die 1 gesehen verläuft der obere Umfassungsrand des Klemmringes 19 parallel und in horizontaler Anlage mit dem unteren Fußabschnitt der Gehäuseschale 3, wobei der darüberliegende ringnutförmige Hohlraum der Aufnahme eines Dichtmittels (nicht dargestellt) dient, beispielsweise in der Art eines O-Ringes oder Führungsdichtbandes. Die über den Längsrand 12 der unteren Gehäuseschale 2 aufgebrachte Klemmkraft überträgt sich dann insoweit auf die obere Gehäuseschale 3 und mithin auf den oberen Teil des Klemmringes 19, der dergestalt den Randwulst 18 der Membran gegen eine nach unten hin vorgesehene absatzartige Wandstärkenverbreiterung der unteren Gehäuseschale 2 drückt und dergestalt die Membrananordnung definiert festlegt.
Im Bereich des Fluidanschlusses des Anschlußkörpers 22 ist das Membranmaterial mit einer Verdickung versehen, die dergestalt einen Ventilkörper ausbildet, mit dem die Fluidanschlußstelle verschließbar ist, sobald die Trennmembraneinrichtung in ihrer zuunterst angeordneten, nicht dargestellten Schließstellung unter Einfluß des Arbeitsgases verbracht wird. Damit der Randwulst 18 auch nach unten hin abgestützt ist, ist der Klemmring 19 im unteren Bereich des Randwulstes im Durchmesser wiederum verbreitert und bildet auch insoweit zum Inneren des Speichergehäuses 8 hin eine Abstützung für das membranartige Trennelement 7.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird hingegen der Randwulst 18 zwischen einem im Querschnitt C-förmigen radial nach innen gezogenen Hohlprofil gehalten, das einstückiger Bestandteil der oberen Gehäuseschale 3 ist. Das den Querschnitt des Öffnungsrandes 6 der zweiten Gehäuseschale 3 definierende Hohlprofil ist aus einem radial nach innen verlaufenden Schenkel 20 und einem radial nach außen verlaufenden Schenkel 21 gebildet. Sofern bei dem Ausführungsbeispiel nach der 2 dieselben Bezugszeichen eingesetzt werden wie bei der 1, gelten die insoweit getroffenen Ausführungen auch für das weitere Ausführungsbeispiel. So bewirkt wiederum der Randwulst 18 einen Formschluß in axialer Richtung zwischen den beiden Gehäuseschalen 2, 3.
Die erste Gehäuseschale 2 weist einen in seiner Wandstärke reduzierten Längsrand 12 auf, der sich axial in der Art eines Umfassungsbandes umfangsseitig entlang der zugeordneten Anlagefläche der ersten Gehäuseschale 3 erstreckt. An einer Übergangsstelle 13, an der sich die Wandstärke der ersten Gehäuseschale 2 zu dem Längsrand 12 verjüngt, ist wiederum ein Axialanschlag 11 für die zweite Gehäuseschale 3 zur Anlage an der ersten Gehäuseschale 2 gebildet.
Die Membran 15 trennt einen Arbeitsraum 9 für Arbeitsgas von einem Arbeitsraum 10 für Druckmittel und der Längsrand 12 ist bevorzugt durch Umformen unter Bildung eines Preßverbandes an das im Längsschnitt gesehen obere Umfangsteil der zweiten Gehäuseschale 3 angelegt. Die Wandstärke der zweiten Gehäuseschale 3 ist, um ein widerstandsfähiges Gegenlager zu bilden, hierfür etwa doppelt so stark ausgebildet wie die Wandstärke der ersten Gehäuseschale 2 in diesem Bereich. In vorteilhafter Weise ist dabei vorgesehen, den Öffnungsrand 5 der ersten Gehäuseschale 2 mit der zweiten Gehäuseschale 3 stoffschlüssig in abdichtender Weise miteinander zu verbinden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird deutlich, das in besonders bevorzugter Weise die Lagerung der Membran 15 über ihren Randwulst in etwa mittig in Längsrichtung des Speichergehäuses 8 gesehen erfolgt, so dass die Auslenkbewegungen der Membran in beiden Richtungen etwa gleich ist. Dergestalt ergibt sich ein besonders gutes Arbeitsvermögen für die Membran 15 im Betrieb des Hydrospeichers. Die bodenseitig an der Membran 15 angeordnete Wulstverstärkung schützt die Membran 15 auch bei einem Anschlagen gegen den Anschlußkörper 14 der oberen Gehäuseschale 3 im Bereich des absperrbaren Arbeitsgasanschlusses. In jedem Fall wird bei einer Aufwärtsbewegung der Membran 15 über geeignete Rundabschnitte von erster Gehäuseschale 3 im Bereich des Schenkels 21 oder durch die abgesetzte Rundungsnaht am Klemmring 19 ein schonendes Abrollen der Membran 15 in beiden Arbeitsrichtungen gewährleistet. Der gezeigte Hydrospeicher in Leichtbauweise läßt sich, wie dargestellt, sehr kostengünstig herstellen und ist besonders für einen lang andauernden Betrieb auch unter hoher Beanspruchung geeignet.

Claims

Hydrospeicher mit einer ersten Gehäuseschale (2) und mit einer zweiten Gehäuseschale (3), die jeweils bezüglich einer Längsachse (4) des Hydrospeichers (1) mit ihren Öffnungsrändern (5, 6) derart überlappen, dass sie ein Teilvolumen des Hydrospeichers (1) definieren, und mit einem Trennelement (7), das innerhalb des mittels der Gehäuseschalen (2, 3) gebildeten Speichergehäuses (8) des Hydrospeichers (1) innere Arbeitsräume (9, 10) mediendicht voneinander trennt und wobei der Öffnungsrand (5) der radial außen liegenden Gehäuseschale (2) durch Umformen an den Umfang der radial innen liegenden Gehäuseschale (3) einen Formschluß bildend, angelegt ist.
Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gehäuseschale (3) gegen einen Anschlag (11) im Inneren des Speichergehäuses (8) in dieses eingesetzt ist.
Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längsrand (12) des zur Umformung kommenden Öffnungsrandes (5) der ersten Gehäuseschale (2) in der Wandstärke reduziert ist.
Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergangsstelle (13) zwischen den verschiedenen Wandstärken den Anschlag (11) für die radial innen liegende Gehäuseschale (3) bildet.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsrand (5) der radial außen liegenden Gehäuseschale (2) an einen Abschlußkörper (14) für ein Arbeitsgas angrenzt und mit dem dahingehenden Anschlußkörper (14) in abdichtender Weise stoffschlüssig verbunden ist.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Trennelement (7) durch eine Membran (15) gebildet ist, deren Umfangsrand an den Überlappungsbereich (16) der beiden Gehäuseschalen (2, 3) mit einem Verankerungsteil (17) an der radial inneren und/oder radial äußeren Gehäuseschale (3, 2) gehalten ist.
Hydrospeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verankerungsteil (17) aus einem verdickten Randwulst (18) der Membran (15) und/oder einem Klemmring (19) für den Umfangsrand der Membran (15) gebildet ist.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsrand (6) der radial innen liegenden Gehäuseschale (3) ein annähernd C-förmiges, radial nach innen eingezogenes Hohlprofil bildet, das einen radial nach innen verlaufenden Schenkel (20) und einen im Abstand radial nach außen verlaufenden Schenkel (21) bildet, zwischen denen der Randwulst (18) der Membran (15) aufnehmbar ist.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseschalen (2, 3) aus einer Leichtmetalllegierung gebildet sind.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse an den Gehäuseschalen (2, 3) durch zur Längsachse (4) des Hydrospeichers (1) koaxiale Anschlußkörper (14, 22) gebildet sind, an die sich die Wand der jeweiligen Gehäuseschale (2, 3) mit einer gegenüber der Dicke der Anschlußkörper (14, 22) verringerten Wandstärke anschließt.