DE102010025627A1

DE102010025627A1 - Hydropneumatischer Blasenspeicher

Info

Publication number: DE102010025627A1
Application number: DE102010025627A
Authority: DE
Inventors: Norbert Weber
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Also published as: EP2588762B1; WO2012000616A1; WO2012000617A1; EP2588762A1; EP2588761A1; US20130126026A1; EP2588761B1; US9133859B2

Abstract

Ein hydropneumatischer Blasenspeicher, insbesondere für Speichermedien in Form chemisch aggressiver Fluide wie Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einem topfartigen Gehäuse (2), das bodenseitig eine Fluidseite (8) bildet, die von einer das Arbeitsgas, vorzugsweise N2, enthaltenden Gasseite (28) durch eine flexible Blase (40) getrennt ist, die für Volumenänderungen der angrenzenden Seiten Bewegungen ausführt und mit ihrem Öffnungsrand an einem den Verschluss des Gehäuses (2) bildenden Kopfteil (12) angeordnet ist, an dem sich eine Anschlusseinrichtung (22) für das Arbeitsgas befindet, ist dadurch gekennzeichnet, dass am Kopfteil (12) ein die Anschlusseinrichtung (22) aufweisender Haltekörper (20) vorgesehen ist, an dem der Öffnungsrand der Blase (40) verankert ist und der innerhalb der Blase (40) ein Halteteil (46) bildet, das den Träger für einen ins Innere der Blase (40) ragenden Stützkörper (48) bildet, der derart geformt und dimensioniert ist, dass er bei Bewegungen der Blase (40), die einer einen Grenzwert übersteigenden Volumenzunahme der Fluidseite (8) entsprechen, eine Abstützung für die Blase (40) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Blasenspeicher, insbesondere für Speichermedien in Form chemisch aggressiver Fluide wie Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einem topfartigen Gehäuse, das bodenseitig eine Fluidseite bildet, die von einer das Arbeitsgas, vorzugsweise N2, enthaltenden Gasseite durch eine flexible Blase getrennt ist, die für Volumenänderungen der angrenzenden Seiten Bewegungen ausführt und mit ihrem Öffnungsrand an einem den Verschluss des Gehäuses bildenden Kopfteil angeordnet ist, an dem sich eine Anschlusseinrichtung für das Arbeitsgas befindet.
Blasenspeicher dieser Art finden in unterschiedlichen Baugrößen und baulichen Gestaltungen verbreitet Anwendung, um veränderliche Volumina betreffender Fluide, die unter dem Betriebsdruck eines an der Fluidseite angeschlossenen Fluidsystemes stehen, aufzunehmen und abzugeben, wobei die auf ihrer Gasseite unter einem Vorspanndruck des Arbeitsgases stehende Blase ein Druckpolster bildet. Die Betriebssicherheit der Blasenspeicher hängt in erster Linie von der üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Butyl, bestehenden Speicherblase ab, die im Betrieb nicht nur mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, sondern gegebenenfalls auch gegen chemisch aggressive Fluide widerstandsfähig sein soll. Wie sich gezeigt hat, ist es in Verbindung mit aggressiven Fluiden, wie Harnstoff-Wasser-Lösungen, bislang nicht möglich, eine störungsfreie Lebensdauer ausreichender Länge bei Dauerbetrieb, beispielsweise über 20.000 Stunden, zu gewährleisten.
Die sogenannte „Harnstoffeinspritzung” kommt in zunehmendem Maße in der Fahrzeugtechnik zur Anwendung, um durch Einspritzen in den Abgasstrom von Verbrennungsmotoren die Stickoxyd(NOx)-Emissionen zu verringern. Bei derartiger Anwendung ist es besonders wesentlich, dass eine lange Betriebslebensdauer im Dauerbetrieb störungsfrei erreichbar ist.
Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Blasenspeicher zur Verfügung zu stellen, der sich in Verbindung mit aggressiven Fluiden durch eine verbesserte Betriebssicherheit auszeichnet und sich demgemäß insbesondere für einen Einsatz bei der Harnstoffeinspritzung in der Fahrzeugtechnik eignet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Blasenspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass am Kopfteil des Speichergehäuses ein Haltekörper vorgesehen ist, an dem nicht nur die Speicherblase verankert ist, sondern der innerhalb der Blase ein Halteteil bildet, das den Träger für einen ins Innere der Blase ragenden Stützkörper bildet, der derartig geformt und dimensioniert ist, dass er bei Bewegungen der Blase, die einer einen Grenzwert übersteigenden Volumenzunahme der Fluidseite entsprechen, eine Abstützung für die Blase bildet. Der Stützkörper bildet so einen wirksamen Schutz für die Blase gegen Überbeanspruchung bei Drucküberschreitungen auf der Fluidseite, indem die Speicherblase am Stützkörper anliegen kann und dadurch bei Drucküberschreitung gegen ein Zerdrücken geschützt ist. Die verringerte mechanische Belastung führt zu einer Verlängerung der sicheren Standzeit der Blase, selbst wenn sie chemisch aggressiven Medien wie einer Harnstoff-Wasser-Lösung ausgesetzt ist.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen hat der Stützkörper die Form eines Rotationskörpers, der an dem dem Boden des Gehäuses zugewandten Ende gerundet und geschlossen, mit seitlichen Wanddurchbrüchen versehen und an seinem oberen Ende am Halteteil verankert ist. Bei solcher Gestaltung kann der Stützkörper für die Speicherblase eine großflächige Abstützung bilden, so dass die bei Drucküberschreitung praktisch faltenfrei anliegende Speicherblase optimal geschützt ist.
Hinsichtlich der Gestaltung des Kopfteiles kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass das Kopfteil ein mit dem Gehäuse verschraubbares Deckelteil mit Innenwandteilen in Form einer zur Achse des Gehäuses konzentrischen Kugelkalotte aufweist und dass innerhalb des Deckelteiles der Haltekörper derart angeordnet ist, dass zwischen dessen Außenwand in Form von Kugelflächenteilen und den Innenwandteilen des Deckelteiles ein Spalt für die Aufnahme eines an den Öffnungsrand angrenzenden Randbereiches der Blase gebildet ist.
Eine besonders sichere Verankerung der Blase lässt sich erreichen, wenn der Haltekörper in einem von seinem Halteteil in Richtung auf die Anschlusseinrichtung axial versetzten Bereich eine in die Außenwand eingearbeitete Ringnut aufweist, in die für die Verankerung der Blase ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst eingreift.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Anschlusseinrichtung einen Schraubstutzen auf, der eine zur zentralen Achse konzentrische Öffnung des Deckelteiles durchgreift und der durch Verschrauben mit dem Deckelteil den Haltekörper gegen die Innenwand des Deckelteiles zieht und den im Spalt befindlichen Randbereich der Blase klemmt.
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Haltekörper an die Anschlusseinrichtung angrenzend einen Innenraum bildet, der ein Teil des Volumens der Gasseite definiert und im Bereich des Halteteiles einen Kreiszylinder bildet, an dessen Randbereich Rastelemente ausgebildet sind, die mit Gegenelementen am Stützkörper eine diesen verankernde Schnappverbindung bilden. Diese Art der Verankerung des Stützkörpers ist besonders montagefreundlich und ermöglicht niedrige Herstellungskosten.
Die Rastelemente können an der Außenwand des Halteteiles von dessen Endrand versetzt und durch Vertiefungen der Außenwand des Halteteiles gebildet sein, in die ein wulstartiger, radial nach innen ragender Vorsprung an der Innenseite des Stützkörpers einschnappbar ist.
Alternativ können die Rastelemente an der Innenwand des Halteteiles durch eine von deren Endrand axial entfernte Vertiefung und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand anschließenden Vorsprung gebildet sein, die mit Gegenelementen von über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers verteilten Rastfingern verrastbar sind. Bei einem derart gebildeten Kranz aus einzelnen Rastfingern gestaltet sich die Montage besonders einfach und bequem. Entsprechendes gilt für Ausführungsbeispiele, bei denen die Verrastung an der Außenseite des Halteteiles erfolgt. Auch in diesem Falle können am Endrand des Stützkörpers einzelne Rastfinger vorgesehen sein.
Der Stützkörper ist vorzugsweise aus einem Kunststoffwerkstoff gebildet. Mit besonderem Vorteil kann hierbei glasfaserverstärktes Polyarylamid IXEF^® vorgesehen sein, ein Werkstoff, der sich gegenüber üblichen glasfaserverstärkten Kunststoffen durch eine glatte, geschlossene Außenhaut auszeichnet. Aufgrund dieser Eigenschaften kann in vorteilhafter Weise auch der Haltekörper einschließlich der daran befindlichen Anschlusseinrichtung aus diesem Werkstoff gebildet sein.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 einen gegenüber einer praktischen Ausführungsform lediglich geringfügig vergrößert dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Blasenspeichers;
2 einen Längsschnitt lediglich eines Haltekörpers mit daran festgelegtem Stützkörper für das Ausführungsbeispiel von 1;
3 einen gegenüber 2 stark vergrößerten Ausschnitt des in 2 mit III bezeichneten Bezirks und
4 einen der 2 ähnlichen Längsschnitt, in dem ein abgewandeltes Beispiel der Verrastung des Stützkörpers am Haltekörper dargestellt ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand des Beispieles der Benützung des Blasenspeichers für ein System der Harnstoffeinspritzung erläutert. In 1, die das Ausführungsbeispiel des Blasenspeichers in Gänze zeigt, ist ein Speichergehäuse mit 2 bezeichnet, das im großen Ganzen die Form eines kreiszylindrischen Topfes besitzt, an dessen geschlossenem Boden 4 sich eine Durchflussöffnung 6 befindet. Die auf die zentrale Längsachse 10 ausgerichtete Öffnung 6 ermöglicht die Zufuhr und Abfuhr einer Harnstoff-Wasser-Lösung zu der bzw. aus der Fluidseite 8, die sich im Gehäuse 2 angrenzend an dem Boden 4 befindet. Ein mit dem Speichergehäuse 2 verschraubbares Kopfteil 12 bildet den fluiddichten Verschluss des oberen, offenen Endes des Gehäuses 2.
Das Kopfteil 12 weist ein äußeres Deckelteil 14 auf, an dem die Verschraubung mit dem Gehäuse 2 ausgebildet ist und das aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium bestehen kann, wie dies auch bei dem Gehäuse 2 der Fall sein kann. Alternativ kann das Deckelteil 14 auch aus einem strukturfesten Kunststoffmaterial gebildet sein. Das Deckelteil 14 weist eine zentrale, zur Achse 10 konzentrische Öffnung 16 auf. In geringem Abstand von der Öffnung 16 weist das Deckelteil 14 Innenwandteile in Form einer zur Achse 10 konzentrischen Kugelkalotte 18 auf. Innerhalb des Deckelteiles 14 weist das Kopfteil 12 einen Haltekörper 20 auf, mit einem daran einstückig befindlichen, die Anschlusseinrichtung für das Arbeitsgas bildenden Schraubstutzen 22, der die Öffnung 16 des Deckelteiles 14 durchgreift und mittels dem in Zusammenwirkung mit einer Mutter 24 der Haltekörper 20 innerhalb des Deckelteiles 14 festgelegt ist. Durch den Schraubstutzen 22 erstreckt sich ein zentraler Gaskanal 26, um die innere Gasseite 28 mit dem unter Vorspanndruck stehenden Arbeitsgas zu befüllen. Ein innerhalb des Kanales 26 befindlicher Gasventileinsatz ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der Haltekörper 20 hat die Gestalt einer Glocke, deren Mantel einen Innenraum 30 umgibt, der ein Teilvolumen der Gasseite 28 bildet. Der Glockenmantel bildet an seiner Außenwand Kugelflächenteile 34, die zwischen sich und der Kalotte 18 des Deckelteiles 14 einen Klemmspalt 36 für den im Spalt 36 befindlichen Verankerungsbereich 38 der Speicherblase 40 definieren. Die aus einem für derartige Speicher geeigneten Kunststoff, wie Butyl, gebildete Blase 40 bildet das flexible Trennelement zwischen Fluidseite 8 und Gasseite 28. Der Haltekörper 20 weist zwischen dem Ende des äußeren Kugelflächenteiles 34 und dem Schraubstutzen 22 eine Ringnut 42 auf, in die zur besonders sicheren Verankerung der Blase 40 ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst 44 eingreift.
Der Haltekörper 20 bildet mit der sich innerhalb der Speicherblase 40 befindlichen Glocke ein Halteteil 46 für die Verankerung eines ins Innere der Blase 40 ragenden Stützkörpers 48. Dieser ist aus einem ausreichend strukturfesten Kunststoffmaterial gebildet, wobei sich glasfaserverstärktes Polyarylamid IXEF^® als besonders gut geeignet erwiesen hat. Wie aus 1 ersichtlich, hat der Stützkörper 48 die Form eines Rotationskörpers mit kugelig gerundetem, geschlossenem, im Abstand vom Boden 4 des Gehäuses befindlichem unteren Ende. Das andere, obere Ende 50 des Stützkörpers 48 ist am Halteteil 46 mittels einer Schnappverbindung festgelegt. Wie 1 außerdem zeigt, ist der Stützkörper 48 im Längsschnitt etwa V-förmig und weist seitliche Wanddurchbrüche 52 für den Durchtritt des Arbeitsgases zu dem Bereich 54 auf, der einen Teil des Volumens der Gasseite 28 bildet.
Die Einzelheiten der Schnappverbindung sind am deutlichsten den 2 und 3 entnehmbar. Wie ersichtlich sind in geringem Abstand vom Endrand 56 des Halteteiles 46 Vertiefungen 56 und 60 gebildet, in denen der Endbereich des Stützkörpers 48 aufnehmbar ist, wobei ein radial nach innen ragender Vorsprung 62 des Stützkörpers 48 in die Vertiefung 60 einschnappbar ist. Der Haltekörper 20 ist beim vorliegenden Beispiel, ebenso wie der Stützkörper 48 und das im Kanal 26 des Stutzens 22 befindliche Gasventil aus glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF^® gebildet, so dass der Haltekörper 20 mit daran festgelegtem Stützkörper 48 eine vollständig aus Kunststoff bestehende Einheit bildet.
Im Betrieb wird bei einer Benutzung für die Harnstoffeinspritzung die Fluidseite 8 des Blasenspeichers mittels einer Pumpe mit der Harnstoff-Wasser-Lösung befüllt, bis ein oberer Wert des Systemdruckes erreicht ist und die Pumpe abschaltet. Durch den Speicherdruck wird das Fluid für die dosierte Einspritzung in das System gedrückt. Bei Erreichen eines unteren Druckwertes schaltet die Pumpe wieder ein. Wenn es zu ungewollten Drucküberschreitungen kommen sollte und ein bestimmter Grenzwert der Volumenzunahme der Fluidseite 8 überschritten ist, legt sich die Blase 40 an den Stützkörper 48 an und wird dadurch gegen Überlastung und Beschädigung geschützt.
Die 4 zeigt eine Variante der Gestaltung der Schnappverbindung, wobei die Rastelemente nunmehr an der Innenwand des Halteteiles 46 des Haltekörpers 20 angeordnet sind. Wie 4 zeigt, handelt es sich dabei um eine vom Endrand 56 axial entfernte Vertiefung 64 und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand 56 anschließenden Vorsprung 66. Die Gegenelemente seitens des Stützkörpers 48 sind durch Haltefinger 68 gebildet, die über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers 48 verteilt angeordnet sind. Bei durch einzelne Rastfinger 68 gebildeten Gegenelementen gestaltet sich die Herstellung der Verrastung besonders einfach und bequem.
Auch bei der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Verrastung an der Außenseite des Halteteiles 46 des Haltekörpers 20 könnten die Gegenelemente des Stützkörpers 48 auch aus einzelnen, umfänglich verteilten Rastfingern gebildet sein.

Claims

Hydropneumatischer Blasenspeicher, insbesondere für Speichermedien in Form chemisch aggressiver Fluide wie Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einem topfartigen Gehäuse (2), das bodenseitig eine Fluidseite (8) bildet, die von einer das Arbeitsgas, vorzugsweise N₂, enthaltenden Gasseite (28) durch eine flexible Blase (40) getrennt ist, die für Volumenänderungen der angrenzenden Seiten Bewegungen ausführt und mit ihrem Öffnungsrand an einem den Verschluss des Gehäuses (2) bildenden Kopfteil (12) angeordnet ist, an dem sich eine Anschlusseinrichtung (22) für das Arbeitsgas befindet, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopfteil (12) ein die Anschlusseinrichtung (22) aufweisender Haltekörper (20) vorgesehen ist, an dem der Öffnungsrand der Blase (40) verankert ist und der innerhalb der Blase (40) ein Halteteil (46) bildet, das den Träger für einen ins Innere der Blase (40) ragenden Stützkörper (48) bildet, der derart geformt und dimensioniert ist, dass er bei Bewegungen der Blase (40), die einer einen Grenzwert übersteigenden Volumenzunahme der Fluidseite (8) entsprechen, eine Abstützung für die Blase (40) bildet.
Blasenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (48) ein Rotationskörper ist, der an dem dem Boden (4) des Gehäuses (2) zugewandten Ende gerundet und geschlossen, mit seitlichen Wanddurchbrüchen (52) versehen und an seinem oberen Ende am Halteteil (46) verankert ist.
Blasenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (12) ein mit dem Gehäuse (2) verschraubbares Deckelteil (14) mit Innenwandteilen in Form einer zur Achse (10) des Gehäuses (2) konzentrischen Kugelkalotte (18) aufweist und dass innerhalb des Deckelteiles (14) der Haltekörper (20) derart angeordnet ist, dass zwischen dessen Außenwand in Form von Kugelflächenteilen (34) und den Innenwandteilen des Deckelteiles (14) ein Spalt (36) für die Aufnahme eines an den Öffnungsrand angrenzenden Randbereiches (38) der Blase (40) gebildet ist.
Blasenspeicher nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) in einem von seinem Halteteil (46) in Richtung auf die Anschlusseinrichtung (22) axial versetzten Bereich eine in die Außenwand eingearbeitete Ringnut (42) aufweist, in die für die Verankerung der Blase (40) ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst (44) eingreift.
Blasenspeicher nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung einen Schraubstutzen (22) aufweist, der eine zur zentralen Achse (10) konzentrische Öffnung (16) des Deckelteiles (14) durchgreift und der durch Verschrauben mit dem Deckelteil (14) den Haltekörper (20) gegen die Innenwand des Deckelteiles (14) zieht und den im Spalt (36) befindlichen Randbereich (38) der Blase (40) klemmt.
Blasenspeicher nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) an die Anschlusseinrichtung (22) angrenzend einen Innenraum (30) bildet, der ein Teil des Volumens der Gasseite (28) definiert und im Bereich des Halteteiles (46) einen Kreiszylinder bildet, an dessen Randbereich Rastelemente (58, 60) ausgebildet sind, die mit Gegenelementen (62) am Stützkörper (48) eine diesen verankernde Schnappverbindung bilden.
Blasenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente an der Außenwand des Halteteiles (46) von dessen Endrand (56) versetzt und durch Vertiefungen (58, 60) der Außenwand des Halteteiles (46) gebildet sind, in die ein wulstartiger, radial nach innen ragender Vorsprung (62) an der Innenseite des Stützkörpers (48) einschnappbar ist.
Blasenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente an der Innenwand des Halteteiles (46) durch eine von dessen Endrand (56) axial entfernte Vertiefung (64) und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand (56) anschließenden Vorsprung (66) gebildet sind, die mit Gegenelementen in Form von über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers (48) verteilten Rastfingern (68) verrastbar sind.
Blasenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (48) aus Kunststoffgebildet ist, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF^®.
Blasenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) einschließlich der daran befindlichen Anschlusseinrichtung (22) aus Kunststofff, insbesondere glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF^®, gebildet ist.