DE102014000380A1

DE102014000380A1 - Speichereinrichtung

Info

Publication number: DE102014000380A1
Application number: DE102014000380.9A
Authority: DE
Inventors: Herbert Baltes; Peter Kloft
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-16
Also published as: US10330124B2; EP3094867A1; US20160333896A1; EP3094867B1; WO2015106792A1

Abstract

Eine Speichereinrichtung, insbesondere in Form eines Kolbenspeichers, mit einem Trennkolben (22), der innerhalb eines Speichergehäuses (2) zwei Medienräume (26, 28) voneinander trennt, insbesondere einen Raum (28) mit einem Arbeitsgas, wie Stickstoff, von einem Raum (26) mit einer Arbeitsflüssigkeit, wie Hydrauliköl, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (22) innerhalb einer Führungseinrichtung (24) längsverfahrbar geführt ist und dass die Führungseinrichtung (24) innerhalb des Speichergehäuses (2) angeordnet sich zumindest teilweise entlang dessen Längsachse (10) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung, insbesondere in Form eines Kolbenspeichers, mit einem Trennkolben, der innerhalb eines Speichergehäuses zwei Medienräume voneinander trennt, insbesondere einen Raum mit einem Arbeitsgas, wie Stickstoff, von einem Raum mit einer Arbeitsflüssigkeit, wie Hydrauliköl.
Speichereinrichtungen dieser Art sind in einer Vielfalt von Baugrößen und Ausführungsformen bekannt und auf dem Markt erhältlich. Sie kommen weit verbreitet zum Einsatz bei Hydrauliksystemen verschiedenster Art, beispielsweise für die Speicherung hydraulischer Energie, zum Dämpfen oder Glätten von Druckschwankungen oder dergleichen. Vielfach werden Speichereinrichtungen in Form von Kolbenspeichern auch bei Hydraulikanlagen in Arbeitsgerätschaften benutzt, die hydraulische Antriebseinheiten aufweisen, beispielsweise mobilen Arbeitsmaschinen, wie Bagger, Stapler, Lader oder mobile Krane.
In Anbetracht dessen, dass aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten Speichereinrichtungen in hohen Stückzahlen herzustellen sind, stellt die Höhe der anfallenden Fertigungskosten einen wirtschaftlich äußerst bedeutsamen Faktor dar. Im Hinblick hierauf liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die besonders rationell und kostengünstig herstellbar ist und sich darüber hinaus durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Speichereinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass der Trennkolben innerhalb einer Führungseinrichtung längsverfahrbar geführt ist und dass die Führungseinrichtung innerhalb des Speichergehäuses angeordnet sich zumindest teilweise entlang dessen Längsachse erstreckt. Dadurch, dass erfindungsgemäß für den Trennkolben innerhalb des Speichergehäuses eine Führungseinrichtung vorgesehen ist, lässt sich das Speichergehäuse rationell und mit geringem Kostenaufwand fertigen, weil keine aufwendige Innenbearbeitung für eine direkte Führung des Trennkolbens an der Gehäuseinnenwand erforderlich ist.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine baugleiche Einheit, bestehend aus Führungseinrichtung und zugehörigem Trennkolben, für verschiedene Speichergehäusegrößen einsetzbar ist, wodurch für die Fertigung unterschiedlich dimensionierter Speichereinrichtungen eine Modulbauweise verwirklichbar ist, was eine besonders rationelle Fertigung mit geringem Kostenaufwand ermöglicht. Das Vorhandensein einer sich im Speichergehäuse in dessen Längsrichtung erstreckenden Führungseinrichtung verbessert zusätzlich das Betriebsverhalten durch eine Homogenisierung des Arbeitsgases aufgrund verringerter, im Betrieb auftretender Turbulenz.
Die Längserstreckung der Führungseinrichtung kann derart bemessen sein, dass in jeder möglichen Verfahrstellung des Trennkolbens dieser in der Führungseinrichtung verbleibt.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Führungseinrichtung aus einem Hohlzylinder, vorzugsweise mit gleichbleibender Wandstärke, gebildet sein, der mit seinem einen freien Ende an der Innenseite des Speichergehäuses festgelegt ist. Ein entsprechender Hohlzylinder, an dessen Wand aufgrund der Bewegbarkeit des Trennkolbens im Betrieb keine Druckdifferenz wirksam ist, lässt sich verhältnismäßig dünnwandig kostengünstig herstellen und über eine Schweißstelle an der Innenseite des Gehäuses anbringen.
Die Führungseinrichtung kann vorteilhafterweise derart in das Gehäuse eingebaut sein, dass der Trennkolben mit Teilen der Führungseinrichtung und mit den Teilen des Speichergehäuses, an denen ein Ende des Hohlzylinders fluiddicht festgelegt ist, den Medienraum mit der Arbeitsflüssigkeit begrenzt.
Dabei können die genannten Teile des Speichergehäuses Bestandteil eines Gehäuseoberteils sein, insbesondere in Form eines Deckels, der auf seiner Innenseite zumindest teilweise der freien, stirnseitigen Außenkontur des Trennkolbens nachfolgt, die dem Gehäuseoberteil zugewandt ist. Bei fehlendem Druck der Arbeitsflüssigkeit ergibt sich dadurch eine sichere, großflächige Anlage des Trennkolbens an der Gehäusewand.
Hierfür kann die stirnseitige Außenkontur des Trennkolbens konvex geformt sein, um mit der konkav geformten Innenseite des Gehäuseoberteils zur Anlage zu kommen, sobald der Trennkolben seine eine Endlagenstellung erreicht hat, wobei die Arbeitsflüssigkeit aus dem zuordenbaren Medienraum völlig verdrängt ist.
Vorteilhafterweise sind das Speichergehäuse und die Führungseinrichtung im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet, wobei zumindest über einen Mittenbereich des Speichergehäuses hinweg die Außenseite der Führungseinrichtung einen gleichbleibenden Abstand zu der Innenseite des Speichergehäuses einhält.
Die Anordnung kann hierbei mit Vorteil so getroffen sein, dass die Führungseinrichtung mit ihrem freien Ende in Richtung eines Bodenteils des Speichergehäuses ausmündet, das als Halbkugel ausgebildet vorzugsweise einstückiger Bestandteil des topfförmig ausgebildeten Gehäuseunterteils ist.
Die Längserstreckung des die Führungseinrichtung bildenden Hohlzylinders kann mit besonderem Vorteil derart getroffen sein, dass die Führungseinrichtung mit ihrem einen freien Ende in einem Übergangsbereich endet, bei dem der zylindrisch ausgebildete mittlere Speichergehäuseteil in den halbkugelförmigen Bodenteil des Gehäuses übergeht.
Das Speichergehäuse kann mit besonderem Vorteil derart ausgebildet sein, dass eine Schweißverbindungsstelle zwischen Gehäuseoberteil und dem sich daran anschließenden Gehäuseteil von der Führungseinrichtung unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes überdeckt ist. Die Führungseinrichtung bildet dadurch eine schützende Abdeckung der Schweißstelle beim Schweißvorgang.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung und
2 einen Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie II-II von 1.
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein Speichergehäuse 2 mit einem kreiszylindrischen Gehäusehauptteil 6, einem Gehäuseoberteil 4 und einem Bodenteil 8 auf. Gehäusehauptteil 6 und Bodenteil 8 bilden einen Topf, der bis auf einen zur Speicherlängsachse 10 koaxial gelegenen Gas-Füllanschluss 12 geschlossen ist. Gehäusehauptteil 6 und Bodenteil 8 sind einstückig, beispielsweise in Form eines Tiefziehteils aus metallischem Werkstoff ausgebildet, wobei das Bodenteil 8 die Form einer Halbkugel besitzt, die in einem Übergangsbereich 14 in den zylindrischen Gehäusehauptteil 6 übergeht. Das Gehäuseoberteil 4 hat die Form einer Schale mit konkav geformter Innenseite 16 und ist, als Verschlussteil des Gehäuses 2, mittels einer Schweißstelle 18 mit dem zylindrischen Gehäusehauptteil 6 verbunden. Konzentrisch zur Längsachse 10 ist am Gehäuseoberteil 4 ein Fluidanschluss 20 für eine betreffende Arbeitsflössigkeit, wie Hydrauliköl, vorgesehen.
Obwohl die Speichereinrichtung einen Kolbenspeicher bildet, ist das Speichergehäuse 2 in der Art des Gehäuses für einen Blasenspeicher gestaltet, d. h. das Gehäuse 2 ist ohne eine Oberflächenbearbeitung der Innenseite, wie sie bei üblichen Kolbenspeichern zur Bildung einer Gleit- und Führungsfläche für den jeweiligen Trennkolben erforderlich ist, auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar, da diese Funktion bei der Erfindung für den Trennkolben 22 von einer Führungseinrichtung übernommen ist. Diese weist einen Hohlzylinder 24 auf, der sich im Gehäuse 2 zur Achse 10 konzentrisch erstreckt und innenseitig die Führungsbahn für den Trennkolben 22 bildet. Der Hohlzylinder 24 ist mit einem Ende am Gehäuseoberteil 4 fluiddicht durch Schweißen festgelegt und erstreckt sich mit seinem entgegengesetzten freien Ende bis zu dem Übergangsbereich 14, wo der zylindrische Gehäusehauptteil 6 in den Bodenteil 8 übergeht. Da das obere Ende des Hohlzylinders 24 durch das Gehäuseoberteil 4 fluiddicht geschlossen ist, bildet der oberhalb des Trennkolbens 22 im Hohlzylinder 24 befindliche Raum die Fluidseite, die der Trennkolben 22 von der Gasseite 28 separiert, die sich in dem übrigen Teil des Hohlzylinders 24 und außerhalb dessen offener Mündung im übrigen, an den Bodenteil 8 angrenzenden Gehäuseraum befindet. Wie der 2 entnehmbar ist, hat der Trennkolben 22 die Form eines Topfes, dessen Tiefe durch die axiale Erstreckung eines Kolbenhemdes 30 bestimmt ist, das sich von dem in 2 obenliegenden Topfboden 32 weg nach unten erstreckt. Die axiale Länge des Kolbenhemdes 30 ist derart bemessen, dass bei der Endlage der Verfahrposition, die der Trennkolben 22 bei fehlendem Druck des Arbeitsgases einnimmt, mit seinem Kolbenhemd 30 am Bodenteil 8 ansteht. Bei dieser axialen Länge des Hohlzylinders 24, bei dem dessen offenes Ende zumindest in den Übergangsbereich 14 zwischen Bodenteil 8 und Hauptteil 6 reicht, verbleibt der Trennkolben 22 daher bei dieser unteren Endposition in Führungseingriff mit dem Hohlzylinder 24.
Wie ersichtlich, ist die Oberseite des Topfbodens 32 des Trennkolbens 22 konvex gekrümmt, wobei die Krümmung an die konkave Krümmung der Innenseite 16 des Gehäuseoberteils 4 derart angepasst ist, dass der Trennkolben 22 bei seiner oberen Endstellung, d. h. bei fehlendem Fluiddruck, vollflächig an der Innenseite 16 anliegt. Somit ist das Speichergehäuse 2 bei dieser Endposition frei von einem Restvolumen verbleibender Flüssigkeit.
Da der Trennkolben 22 im Hohlzylinder im Betrieb die dem Druckausgleich zwischen Fluidseite 26 und Gasseite 28 entsprechende Position einnimmt, ist an der Wand des Hohlzylinders 24 kein Differenzdruck wirksam, so dass der Hohlzylinder 24 als dünnwandiges Rohr mit geringem Materialaufwand ausbildbar ist. Die Baueinheit aus Hohlzylinder 24 und Trennkolben 22 kann vorgefertigt als Modul oder Baustein für unterschiedliche Speicherbauweisen eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann, bei gleichem Rohrdurchmesser und baugleichem Trennkolben 22, eine unterschiedliche Rohrlänge für unterschiedliche Längen des Speichergehäuses vorgesehen sein. Die Erfindung ermöglicht dergestalt eine billige Bauweise für Speichereinrichtungen in Form von Kolbenspeichern.

Claims

Speichereinrichtung, insbesondere in Form eines Kolbenspeichers, mit einem Trennkolben (22), der innerhalb eines Speichergehäuses (2) zwei Medienräume (26, 28) voneinander trennt, insbesondere einen Raum (28) mit einem Arbeitsgas, wie Stickstoff, von einem Raum (26) mit einer Arbeitsflüssigkeit, wie Hydrauliköl, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (22) innerhalb einer Führungseinrichtung (24) längsverfahrbar geführt ist und dass die Führungseinrichtung (24) innerhalb des Speichergehäuses (2) angeordnet sich zumindest teilweise entlang dessen Längsachse (10) erstreckt.
Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Führungseinrichtung (24) derart bemessen ist, dass in jeder möglichen Verfahrstellung des Trennkolbens (22) dieser in der Führungseinrichtung (24) verbleibt.
Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung aus einem Hohlzylinder (24), vorzugsweise mit gleichbleibender Wandstärke, gebildet ist, der mit seinem einen freien Ende an der Innenseite (16) des Speichergehäuses (2) festgelegt ist.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (22) mit Teilen der Führungseinrichtung (24) und mit den Teilen (4, 16) des Speichergehäuses (2), an denen ein Ende des Hohlzylinders (24) fluiddicht festgelegt ist, den Medienraum (26) mit der Arbeitsflüssigkeit begrenzt.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des Speichergehäuses (2) Bestandteil eines Gehäuseoberteils (4), insbesondere in Form eines Deckels, sind, der auf seiner Innenseite (16) zumindest teilweise der freien stirnseitigen Außenkontur (32) des Trennkolbens (22) nachfolgt, die dem Gehäuseoberteil (4) zugewandt ist.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Außenkontur (32) des Trennkolbens (22) konvex geformt ist zwecks Anlage an die konkav geformte Innenseite (16) des Gehäuseoberteils (4), sobald der Trennkolben (22) seine eine Endlagenstellung erreicht hat, bei der die Arbeitsflüssigkeit aus dem einen zuordenbaren Medienraum (26) völlig verdrängt ist.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) und die Führungseinrichtung (24) im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind und dass zumindest über einen Mittenbereich (6) des Speichergehäuses (2) hinweg die Außenseite der Führungseinrichtung (24) einen gleichbleibenden Abstand zu der Innenseite des Speichergehäuses (2) einhält.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (24) mit ihrem freien Ende in Richtung eines Bodenteils (8) des Speichergehäuses (2) ausmündet, das als Halbkugel ausgebildet vorzugsweise einstückiger Bestandteil des topfförmig ausgebildeten Gehäusehauptteils (6) ist.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (24) mit ihrem einen freien Ende in einem Übergangsbereich (14) endet, bei dem der zylindrisch ausgebildete mittlere Speicher-Gehäuseteil (6) in den halbkugelförmigen Bodenteil (8) des Gehäuses (2) übergeht.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißverbindungsstelle (18) zwischen Gehäuseoberteil (4) und dem sich daran anschließenden Gehäuseteil (6) von der Führungseinrichtung (24) unter Beibehalten eines vorgebbaren Radialabstandes überdeckt ist.