-
Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher, insbesondere Kolbenspeicher, bei dem ein Kolbenteil zwei Medienräume innerhalb eines Speichergehäuses voneinander separiert.
-
Hydrospeicher dieser Art (
DE 103 10 427 A1 ), bei denen das Kolbenteil insbesondere einen Raum mit einem Arbeitsgas, wie Stickstoff, von einem Raum mit einer Arbeitsflüssigkeit, wie Hydrauliköl, trennt, 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 Hy-draulikanlagen in Arbeitsgerätschaften benutzt, die hydraulische Antriebseinheiten aufweisen, beispielsweise bei mobilen Arbeitsmaschinen, wie Bagger, Stapler, Lader oder mobile Krane.
-
In Anbetracht dessen, dass aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten Hydrospeicher 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, einen Hydrospeicher der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der besonders rationell und kostengünstig herstellbar ist und sich darüber hinaus durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten auszeichnet.
-
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
-
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das Kolbenteil als Tiefziehteil ausgebildet ist. Mit geringem Aufwand an Materialkosten lässt sich dadurch das Kolbenteil rationell und mit geringem Kostenaufwand fertigen. Die Gestaltung als Tiefziehteil führt zudem zu einem vergleichsweise geringen Kolbengewicht und dadurch wegen der geringen Massenträgheit zu einem günstigen Betriebsverhalten.
-
In besonders vorteilhafter Weise kann das Kolbenteil in ein Führungsteil und ein domartiges Trogteil unterteilt sein, das der Vergrößerung des Gasarbeitsraumes auf der Gasseite des Speichers dient, wobei eine druckausgeglichene Trennfläche zwischen den beiden Medienräumen im Betrieb des Speichers durch das Trogteil ausgebildet ist. Bei dieser Bauform steht in vorteilhafter Weise ein besonders großer Anteil des Gesamtvolumens des Speichergehäuses als Gasvolumen zur Verfügung.
-
Das Kolbenteil kann außenumfangsseitig mit durchgehend umlaufenden, nutartigen Vertiefungen für die Aufnahme von Dicht- und Führungsbändern versehen sein. Bei einem als Tiefziehteil hergestellten Kolbenteil können die jeweiligen nutartigen Vertiefungen auf besonders vorteilhafte und rationelle Weise durch ein Rollierverfahren erhalten sein, das in besonders rationeller Weise als zusätzlicher Umformschritt in Verbindung mit dem Tiefziehen durchgeführt werden kann.
-
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass eine der nutartigen Vertiefungen für die Aufnahme des Führungsbandes an einem freien Endbereich des Kolbenteils innerhalb des Führungsteils angeordnet ist, wobei eine weitere zweite nutartige Vertiefung der Aufnahme des Dichtbandes dient und im Bereich des Übergangs zwischen dem Führungs- und dem Trogteil entweder am Führungs- oder am Trogteil angeordnet ist. Durch den axialen Abstand zwischen Führungs- und Dichtband ist dadurch eine besonders günstige, kippsichere Führung des Kolbenteils gewährleistet.
-
Bei der Herstellung als Tiefziehteil ist in vorteilhafter Weise die Wandstärke des als Hohlkolben konzipierten Kolbenteils über dessen axiale Erstreckung im Wesentlichen gleich.
-
Für eine besonders sichere Führung des Kolbenteils ist die Länge des zylindrischen Führungsteils vorzugsweise gleich oder größer als die Hälfte des Durchmessers dieses Führungsteils.
-
Als Tiefziehteil kann das Kolbenteil aus einem Feinkornblech, insbesondere aus einem Edelstahlmaterial oder einer AlMg-Legierung gebildet sein oder aus einem anderen für ein Tiefziehverfahren geeigneten metallischen Werkstoff.
-
Mit besonderem Vorteil kann das Kolbenteil in einem Hohlrohr innerhalb des Speichergehäuses in jeder seiner möglichen Verfahrstellungen geführt sein. Bei einer derartigen Bauweise, wie sie bei einem als nachveröffentlichter Stand der Technik in der Patentanmeldung
DE 10 2014 000 380.9 aufgezeigten Hydrospeicher an sich bekannt ist, lässt sich das Speichergehäuse rationell und mit geringem Kostenaufwand fertigen, weil keine aufwendige Innenbearbeitung für eine direkte Führung des Kolbenteils an der Gehäuseinnenwand erforderlich ist. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass eine baugleiche Einheit, bestehend aus Hohlrohr und zugehörigem Kolbenteil, für verschiedene Speichergehäusegrößen einsetzbar ist, wodurch für die Fertigung unterschiedlich dimensionierter Hydrospeicher eine Modulbauweise verwirklichbar ist, was eine besonders rationelle Fertigung mit geringem Kostenaufwand ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Speichergehäuse nicht aus einem metallischen, gute Gleiteigenschaften für das Kolbenteil bietenden Werkstoff gefertigt sein muss, sondern dass auch Composite-Materialien, etwa in Form kohlefaserverstärkter Kunststoffmaterialien, in Frage kommen, was die Herstellung besonders leichtgewichtiger Hydrospeicher auf kostengünstige Weise ermöglicht.
-
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 und 2 Längsschnitte eines Blech-Tiefziehteils, wobei in 1 die durch Ziehen gebildete Vorform und in 2 die nach durchgeführtem Rollieren gebildete Fertigform des Kolbenteils des erfindungsgemäßen Hydrospeichers gezeigt ist;
-
3 einen gegenüber einer praktischen Ausführungsform um den Faktor 3 verkleinert und verkürzt gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrospeichers und
-
4 und 5 der 3 entsprechende Längsschnitte eines zweiten bzw. eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel in Form eines Kolbenspeichers weist ein Speichergehäuse 1 mit einem kreiszylindrischen Gehäuse-Hauptteil 3, einem Gehäuse-Deckelteil 5 und einem Bodenteil 7 auf. Der Gehäuse-Hauptteil 3 und das Bodenteil 7 bilden einen Topf, der bis auf einen zur Speicherlängsachse 9 koaxial gelegenen Gas-Füllanschluss 11 geschlossen ist. Gehäuse-Hauptteil 3 und Bodenteil 7 sind einstückig, beispielsweise in Form eines Tiefziehteils aus metallischem Werkstoff ausgebildet, wobei das Bodenteil 7 eine außenseitig konvexe Wölbung besitzt. Bei dem für einen Auslegungsdruck von 15 bar und ein Gasvolumen von 20 Litern konzipiertem Ausführungsbeispiel von 1 ist als für ein Tiefziehen geeigneter Werkstoff für Gehäuse-Hauptteil 3 und Bodenteil 7 eine AlMg-Legierung vorgesehen, bei einer Wandstärke des Hauptteils 3 von 3,3 mm.
-
Das Speichergehäuse kann aber auch anders aufgebaut sein, beispielsweise in Form eines sogenannten Liners, der zumindest teilweise aus Kunststofflaminatwerkstoffen gewickelt ist.
-
Das Gehäuse-Deckelteil 5 hat die Form einer Schale mit konkav geformter Innenseite 13 und ist, als Verschlussteil des Gehäuses 1, mittels einer Umbördelung 15 mit dessen Öffnungsrand verbunden, wobei ein O-Ring 17 in einer am Rand des Deckelteils 5 gebildeten Ringnut 19 die Abdichtung bildet. Konzentrisch zur Längsachse 9 ist am Deckelteil 5 ein Fluidanschluss 21 für eine betreffende Arbeitsflüssigkeit, wie Hydrauliköl, vorgesehen. Anschlussarmaturen am Fluidanschluss 21 wie auch am Füllanschluss 11 sind dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet.
-
Als Trennelement zur Separierung der Medienräume, nämlich des Gasarbeitsraums 23 vom Fluid-Arbeitsraum 25, ist im Gehäuse-Hauptteil 3 ein Kolbenteil 27 axial frei bewegbar geführt. Dieses Kolbenteil 27 ist durch ein einstückiges Tiefziehteil gebildet, wobei ein für das Tiefziehverfahren geeignetes Feinkornblech vorgesehen ist, beispielsweise eine AlMg-Legierung oder ein Edelstahlmaterial. Die 1 zeigt die nach dem Tiefziehen gebildete Vorform 26, aus der das fertige, in 2 gezeigte Kolbenteil 27 durch Rollieren gebildet ist. Wie 2 und 3 zeigen, hat das Kolbenteil 27 eine schalen- oder topfartige Gestalt mit einem sich axial entlang der Innenseite des Gehäuses-Hauptteils 3 erstreckenden Führungsteil 29, an dessen dem Deckelteil 5 zugewandten Ende ein Trogteil 31 anschließt, das domartig gewölbt ist. Dabei ist die Wölbung des Trogteils 31 an die konkave Wölbung der Innenseite 13 des Deckelteils 5 angepasst, so dass das Kolbenteil 27 bei seiner oberen Endstellung, d. h. bei fehlendem Fluiddruck im Fluid-Arbeitsraum 25, vollflächig an der Innenseite 13 anliegt. Somit ist das Speichergehäuse 1 bei dieser Endposition frei von einem Restvolumen verbleibenden Fluids.
-
Bei der freien Bewegbarkeit des Kolbenteils 27 im Speichergehäuse 1 ist die durch das Trogteil 31 gebildete Trennfläche 33 zwischen Gas-Arbeitsraum 23 und Fluid-Arbeitsraum 25 druckausgeglichen. Das Trogteil 31, ebenso wie das Führungsteil 29, können daher mit geringerer Stärke ausgebildet sein, so dass das Kolbenteil 27 ein Tiefziehteil mit geringem Baugewicht darstellt und die entsprechend geringe Massenträgheit zu einem günstigen Betriebsverhalten, beispielsweise bei einem Einsatz als Pulsationsdämpfer, führt.
-
Zur Bildung einer Kolbenführung und Kolbenabdichtung ist das Kolbenteil 27 außenumfangsseitig mit durchgehend umlaufenden vertieften Nuten 35 und 37 versehen. Diese Nuten 35, 37 sind jeweils durch Rollieren der Vorform ausgebildet. Die in der Figur obenliegende Nut 35 befindet sich am Übergang zwischen dem Führungsteil 29 und dem Trogteil 31 und bildet den Sitz für einen Dichtring 39. Die andere, am unteren Ende des Führungsteils 29 vorgesehene Nut 37 nimmt ein weiteres Dichtelement in Form eines Führungsbandes 41 auf.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 beträgt die axiale Länge des zylindrischen Führungsteils 29 zumindest die Hälfte des Durchmessers des Führungsteils 29. Durch den so gebildeten axialen Abstand zwischen Führungsband 41 und Dichtring 39 ist das Kolbenteil 27 kippsicher optimal geführt. Die Wandstärke des Kolbenteils 27 ist im Wesentlichen durchgehend gleichbleibend.
-
Der Hydrospeicher des zweiten Ausführungsbeispiels von 4 ist für ein höheres Druckniveau vorgesehen, beispielsweise für einen Auslegungsdruck von 350 bar. Dementsprechend ist das Speichergehäuse 1 mit Hauptteil 3 und Deckelteil 5 aus einem geeigneten Edelstahl ausgebildet. Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 3 besteht darin, dass das Kolbenteil 27, das wie bei 3 aus einem einstückigen Tiefziehteil gebildet ist, nicht unmittelbar an der Gehäuseinnenseite geführt ist. Als Führungseinrichtung ist ein Laufrohr 47 vorgesehen, das sich im Gehäuse-Hauptteil 3 zur Achse 9 konzentrisch erstreckt. Das Laufrohr 47 ist in geringer Wandstärke, von beispielsweise 2 mm, aus einem metallischen Werkstoff, wie einer AlMg-Legierung, gebildet und mit dem in der Figur obenliegenden Ende am Deckelteil 5 festgelegt. Hierfür bildet der Endrand des Deckelteils 5 innenseitig einen Sitz für das Laufrohr 47 mit einer Toleranzhülse 49 und einer O-Ring-Dichtung 51. Das dadurch in einem Abstand von der Innenseite des Hauptteils 3 gehaltene Laufrohr 47 ist an seinem unteren Ende mittels eines vorzugsweise aus Kunststoff gebildeten Halteringes 53 mit Durchlässen (nicht dargestellt) am Gehäuse-Hauptteil 3 abgestützt, ohne dass eine Abdichtung gebildet wäre. Der Zwischenraum 55 zwischen Laufrohr 47 und Gehäuse-Hauptteil 3 ist also Teil des Gas-Arbeitsraums 23.
-
Da die Funktion der Führung des Kolbenteils 27 vom Laufrohr 47 übernommen ist, ist keine Oberflächenbearbeitung der Innenseite des Gehäuse-Hauptteils 3 zur Bildung einer Gleitfläche erforderlich, so dass das Speichergehäuse 1 besonders kostengünstig herstellbar ist. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, dass die Baueinheit aus Laufrohr 47 und Kolbenteil 27 vorgefertigt als Modul oder Baustein für unterschiedliche Speicherbauweisen und -größen eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls können, bei gleichem Rohrdurchmesser und baugleichem Kolbenteil 27, unterschiedliche Rohrlängen für unterschiedliche Längen des Speichergehäuses 1 vorgesehen sein.
-
Das Ausführungsbeispiel von 5 betrifft ebenfalls einen Kolbenspeicher für ein höheres Druckniveau, beispielsweise einen Auslegungsdruck von 350 bar. Der einzige Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel von 4 besteht jedoch darin, dass, trotz des hohen Druckniveaus, das Gehäuse-Hauptteil 3 dünnwandig ausgeführt ist. Beim vorliegenden Beispiel ist das Hauptteil 3 ein Tiefziehteil mit einer Wandstärke im kreiszylinderförmigen Längenabschnitt von 5 mm, wobei lediglich das Bodenteil 7 sowie der die Verbindung mit dem Deckelteil 5 bildende Endabschnitt 57 eine größere Wandstärke besitzen. Um die für das vorgesehene Druckniveau erforderliche Druckfestigkeit des Speichergehäuses 1 sicherzustellen, ist das Hauptteil 3 von einem zylindrischen Mantel 59 umgeben. Dieser ist aus einem hochfesten Composite-Material gebildet, beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial. Dadurch ist ein Kolbenspeicher in sogenannter Liner-Bauweise realisierbar, der trotz hoher Druckfestigkeit ein besonders geringes Baugewicht und dank des als leichtgewichtiges Tiefziehteil gebildeten Kolbenteils 27 ein gutes Betriebsverhalten besitzt und darüber hinaus besonders rationell und kostengünstig herstellbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10310427 A1 [0002]
- DE 102014000380 [0012]
