DE10224675A1

DE10224675A1 - Hydropneumatischer Druckspeicher

Info

Publication number: DE10224675A1
Application number: DE10224675A
Authority: DE
Inventors: Joachim Baumanns
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: DE10224675B4

Abstract

Hydropneumatische Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse, dessen Innenraum durch zwei Trennwände in drei Kammern unterteilt ist, wovon die erste Kammer mit einem Gas, die zweite, zwischen der ersten und dritten Kammer liegende Kammer, mit einer Pufferflüssigkeit und die dritte Kammer mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt sind, wobei die zwischen der ersten und der zweiten Kammer (6, 7) liegende Trennwand (5) eine elastische Membran (5) ist, und dass die zwischen der zweiten und der dritten Kammer (7, 12) vorhandene Trennwand (8) durch einen fliegenden Kolben (8) gebildet ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse dessen Innenraum durch zwei Trennwände in drei Kammern unterteilt ist, wovon die erste Kammer mit einem Gas, die zweite zwischen der ersten und dritten liegende Kammer mit einer Pufferflüssigkeit und die dritte Kammer mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt sind.
Bei Druckspeichern, bei denen eine Membran zur Trennung des Druckgases von der Betriebsflüssigkeit verwendet wird, besteht die Möglichkeit, das Gas durch die Membran in die Druckflüssigkeit diffundiert. Dadurch verringert sich der Druck auf der Gasseite und der Druckspeicher verringert seine Wirkung.

Stand der Technik

Um zu verhindern das Gas in den Flüssigkeitsraum diffundiert, wurde durch die DE 29 10 554 A1 vorgeschlagen, zwischen der ersten mit Gas gefüllten Kammer und der zweiten die Pufferflüssigkeit aufnehmenden Kammer, eine Trennwand einzuführen, die aus einem Metallbalg besteht. Durch die Ausführung der Trennwand aus Metall, wird zwar das Gas an einem Diffundieren in die zweite Kammer gehindert, jedoch ist die metallene Trennwand in sich sehr steif und deshalb hinderlich für einen schnellen Druckausgleich. Darüber hinaus lässt sie nur geringfügige Druckschwankungen zu. Größere Volumenänderungen sind nicht möglich.
Durch die DE 32 07 754 A1 ist ein weiterer Druckspeicher bekannt geworden, der ebenfalls drei Kammern hat. Davon ist die erste Kammer mit Gas und die beiden anderen Kammern mit der Betriebsflüssigkeit gefüllt. Konstruktiv ist dieser Druckspeicher sehr aufwendig. Es ist ein kugelförmiges Gehäuse vorgesehen, in den die Kammer für das Gas und ein Teilbereich für die zweite Kammer mit der Betriebsflüssigkeit untergebracht ist. An das kugelförmige Gehäuseteil ist ein rohförmig ausgebildetes Gehäuseteil angeschlossen, wobei beide Gehäuseteile durch eine Öffnung in der Wand des kugelförmigen Gehäuseteils hydraulisch verbunden sind. Im rohrförmigen Gehäuseteil ist ein Kolben angebracht, dessen Lage in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen zwischen der Kammer mit Gas und der Kammer mit Betriebsflüssigkeit sich verändert. Im Kolben selbst ist mindestens ein Rückschlagventil angeordnet, welches den Zufluss von Betriebsflüssigkeit in die mittlere Kammer ermöglicht beziehungsweise bei einer Anordnung von zwei Ventilen auch den Abfluss von Betriebsflüssigkeit aus der mittleren Kammer gestattet. Im letzteren Fall kann mit Gas angereicherte Flüssigkeit in die Kammer mit der Betriebsflüssigkeit gelangen. In diesem Fall ist somit keine vollständige Absperrung zwischen den Medien erreicht.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen hydropneumatischen Druckspeicher zu schaffen, der geringste Diffusionsverluste aufweist, einen Betrieb auch bei sehr hohen Betriebstemperaturen zulässt und eine hohe Lebensdauer hat. Der Druckspeicher soll darüber hinaus eine möglichst einfache Bauweise aufweisen und in seiner Herstellung kostengünstig sein.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einem hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, dass die zwischen der ersten und der zweiten Kammer liegende Trennwand eine elastische Membran ist und dass die zwischen der zweiten und der dritten Kammer vorhandene Trennwand durch einen fliegenden Kolben gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung geht folglich von einem hydropneumatischen Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse aus, wie es in etwa in der DE 29 10 554 A1 gezeigt ist. Jedoch wird die mit Gas gefüllte Kammer und die mit der Pufferflüssigkeit gefüllte Kammer durch eine Membran abgetrennt, die elastisch ist und die auch für relativ große Verdrängungsvolumina eingesetzt werden kann. Die Kammer für die Pufferflüssigkeit wird von der Kammer für die Betriebsflüssigkeit durch einen fliegenden Kolben getrennt, der eine sehr exakte Trennung der beiden Flüssigkeiten ermöglicht.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Druckspeichers kann zunächst eine Gasdiffusion vom Gasraum in den Raum der Pufferflüssigkeit erfolgen. Diese Gasdiffusion kommt jedoch zum Stillstand, wenn die Pufferflüssigkeit mit dem Gas gesättigt ist. Eine weitere Gasdiffusion von der Pufferflüssigkeit zur Betriebsflüssigkeit ist praktisch ausgeschlossen.
Für die Kolbenführung ist das zylindrische Gehäuse mit einem die Kolbenbewegung umfassenden und als Kolbenzylinder ausgebildeten Abschnitt versehen. Die innere Zylinderwandung ist entsprechend geschliffen, so dass der Kolben an dieser Zylinderwandung entlang gleiten kann. Dabei kann die Kolbenbewegung durch Anschläge an der inneren Zylinderwand begrenzt werden. Eine günstige Möglichkeit hierfür ist, wenn die Zylinderwand mit einer einen der Endanschläge bildenden Abstufung versehen ist. Der Kolben selbst kann auf seiner Außenseite mit entsprechenden Dichtmitteln versehen sein, beispielsweise mit einem Dichtring und/oder einer Labyrinthdichtung.
Die Abschlusskappen für das Gehäuse sind mit bevorzugt zentrisch angeordneten Anschlüssen für das Gas beziehungsweise die Betriebsflüssigkeit versehen. In der Wand des zylindrischen Teils des Gehäuses kann ein Füllanschluss für die Pufferflüssigkeit angebracht werden.
Um ein großes Arbeitsvolumen zu ermöglichen kann die Membran als Rollbalg ausgestattet sein. Die Befestigung der Membran an der Innenwand des Gehäuses erfolgt über den Außenrand der Membran, der mit dem Gehäuse verklebt sein kann.

Ausführung der Erfindung

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In der beiliegenden Figur ist der hydropneumatische Druckspeicher 1 im Längsschnitt dargestellt. Das zylindrische Gehäuse 2 ist durch die kalottenförmige Abschlusskappe 3 und die flanschförmige Abschlusskappe 4 verschlossen. Beide Abschlusskappen 3 und 4 sind mit dem zylinderförmigen Gehäuse 2 verschweißt. In den oberen Teil des Gehäuses 2 ist die Membran 5 eingefügt. Sie stellt die flexible Begrenzung für die mit Gas gefüllte erste Kammer 6 dar. Gleichzeitig bildet sie auch die Begrenzung für die zweite Kammer 7, welche mit der Pufferflüssigkeit gefüllt ist. Die Kammer 7, wird auf der Zeichnung gesehen nach unten, durch den fliegenden Kolben 8 begrenzt. Der fliegende Kolben 8 kann sich zwischen den Endanschlägen 9 und 10 in axialer Richtung des Gehäuses 2 bewegen. Der Endanschlag 9 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Abstufung an der inneren Zylinderwand 11 gebildet, während der Anschlag 10 durch den an der Abschlusskappe 4 vorhandenen Zentrierring hergestellt ist. Dieser Zentrierring ist üblich für das Zusammenfügen von zwei Bauteilen für den Verschweißvorgang.
Der zwischen den Anschlägen 9 und 10 liegende Abschnitt des Gehäuses 2 ist so bearbeitet, dass er als Kolbenzylinder für den Kolben 8 dienen kann. Zwischen dem Kolben 8 und der Abschlusskappe 4 befindet sich die dritte Kammer 12, in die die Betriebsflüssigkeit durch den zentrischen Anschluss 13 geleitet wird.
Der Kolben 8 ist auf seiner radialen Außenseite mit mindestens einen Dichtring 14 versehen. Zusätzlich sind noch zwei Führungsringe 15 angebracht.
Die Membran 5 ist mit ihrem Außenrand 16 an die Innenwand des Gehäuses 2 angeklebt. Sie kann auch mit einem Klemmring gegen das Gehäuse gedrückt werden.
Für die Befüllung der Kammer 6 mit Gas ist ein verschließbarer Füllstutzen 17 vorgesehen. Ebenso ist ein Füllstutzen 18 für die Befüllung der Kammer 7 mit Pufferflüssigkeit im Gehäuse 2 angebracht.
Im Betriebszustand ist folglich die Kammer 6 mit Gas gefüllt, die Kammer 7 mit einer geeigneten Pufferflüssigkeit, die gegebenenfalls identisch mit der Betriebsflüssigkeit sein kann und die Kammer 12 ist über den Anschluss 13 mit der Druckflüssigkeit führenden nicht mehr gezeigten Einrichtung verbunden. Über die Kolbendichtung 14 findet keine oder allenfalls nur eine sehr geringe Gasdiffusion zwischen der Pufferflüssigkeit und der Betriebsflüssigkeit statt. Da hier lediglich der Partialdruck des in der Flüssigkeit gelösten und durch die Gassättigung mengenmäßig begrenzten Gases wirkt. Die Kolbendichtung muss also nur gegen Flüssigkeit und nicht gegen Gas Abdichten, was einfach zu realisieren ist.
Bei dem vorliegenden Druckspeicher kann die Elastomer-Membran ohne die Forderung nach geringer Diffusion ausgewählt werden. Die Auswahl eines geeigneten Membranwerkstoffes wird hierdurch wesentlich erweitert und erleichtert. Es kann auch ein preiswerter Membranwerkstoff eingesetzt werden. Er ist lediglich hinsichtlich Beständigkeit, Temperaturfestigkeit und Walkfestigkeit auszuwählen, das heißt, nach Forderungen die normalerweise der Forderung nach Diffusionsarmut entgegenstehen. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Riss der Membran das aus dem Gasraum austretende Gas nicht schlagartig in den Betriebsflüssigkeitskreislauf gelangen kann. Dieses wird durch die Pufferflüssigkeit verhindert, die somit auch hier eine Schutzfunktion übernimmt.

Claims

1. Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse, dessen Innenraum durch zwei Trennwände in drei Kammern unterteilt ist, wovon die erste Kammer mit einem Gas, die zweite zwischen der ersten und dritten Kammer liegende Kammer mit einer Pufferflüssigkeit und die dritte Kammer mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der ersten und der zweiten Kammer (6, 7) liegende Trennwand (5) eine elastische Membran (5) ist und dass die zwischen der zweiten und der dritten Kammer (7, 12) vorhandene Trennwand (8) durch einen fliegenden Kolben (8) gebildet ist.

2. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (2) mit einem die Kolbenbewegung umfassenden und als Kolbenzylinder ausgebildeten Abschnitt versehen ist.

3. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenbewegung durch Anschläge (9, 10) an der inneren Zylinderwand (11) beziehungsweise der Abschlusskappe (4) begrenzt ist.

4. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Zylinderwand (11) mit einer einen der Endanschläge (9) bildenden Abstufung versehen ist.

5. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) auf seiner Außenseite mindestens einen Dichtring (14) und/oder eine Labyrinthdichtung (15) hat.

6. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusskappen (3, 4) des Gehäuses (2) mit zentrisch angeordneten Anschlüssen (13, 17) für das Gas beziehungsweise die Betriebsflüssigkeit versehen sind.

7. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am zylindrischen Teil des Gehäuses (2) ein Füllanschluss (18) für die Pufferflüssigkeit vorhanden ist.

8. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) als Rollbalg ausgestaltet ist.

9. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) mit ihrem Außenrand (16) and die Innenwand des Gehäuses (2) angeklebt ist.