DE10224675B4 - Hydropneumatischer Druckspeicher - Google Patents
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Abstract
Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse (2), dessen Innenraum durch zwei Trennwände (5, 8) in drei Kammern (6, 7, 12) unterteilt ist, wovon die erste Kammer (6) mit einem Gas, die zweite zwischen der ersten und dritten Kammer (12) liegende Kammer (7) mit einer Pufferflüssigkeit und die dritte Kammer (12) mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt sind und die zwischen der zweiten und der dritten Kammer (7, 12) vorhandene Trennwand (8) durch einen fliegenden Kolben (8) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der ersten und der zweiten Kammer (6, 7) liegende Trennwand (5) eine elastische als Rollbalg ausgebildete Membran (5) ist, dass das zylindrische Gehäuse (2) mit einem die Kolbenbewegung umfassenden und als Kolbenzylinder ausgebildeten Abschnitt versehen ist und dass die Kolbenbewegung durch Anschläge (9, 10) an einer inneren Zylinderwand (11) beziehungsweise an einer Abschlusskappe (4) begrenzt 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 und die zwischen der zweiten und der dritten Kammer vorhandene Trennwand durch einen fliegenden Kolben gebildet ist.
- Stand der Technik
- Ein solcher Druckspeicher ist aus der
DE 101 01 856 A1 bekannt. Die zwischen der ersten und der zweiten Kammer liegende Trennwand ist als metallischer Faltenbalg ausgebildet. Der metallische Faltenbalg soll verhindern, dass Gas durch die benachbarten Trennwände hindurch in den dann anschließenden Raum diffundiert. - Generell besteht bei Druckspeichern, bei denen eine Membran zur Trennung des Druckgases von der Betriebsflüssigkeit verwendet wird, 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.
- 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 als Rollbalg ausgebildete Membran ist, dass das zylindrische Gehäuse mit einem die Kolbenbewegung umfassenden und als Kolbenzylinder ausgebildeten Abschnitt versehen ist und dass die Kolbenbewegung durch Anschläge an der inneren Zylinderwand beziehungsweise an der Abschlusskappe begrenzt 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 ist die Kolbenbewegung durch Anschläge an der inneren Zylinderwand begrenzt. 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 Gehäuse2 ist durch die kalottenförmige Abschlusskappe3 und die flanschförmige Abschlusskappe4 verschlossen. Beide Abschlusskappen3 und4 sind mit dem zylinderförmigen Gehäuse2 verschweißt. In den oberen Teil des Gehäuses2 ist die Membran5 eingefügt. Sie stellt die flexible Begrenzung für die mit Gas gefüllte erste Kammer6 dar. Gleichzeitig bildet sie auch die Begrenzung für die zweite Kammer7 , welche mit der Pufferflüssigkeit gefüllt ist. Die Kammer7 , wird auf der Zeichnung gesehen nach unten, durch den fliegenden Kolben8 begrenzt. Der fliegende Kolben8 kann sich zwischen den Endanschlägen9 und10 in axialer Richtung des Gehäuses2 bewegen. Der Endanschlag9 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Abstufung an der inneren Zylinderwand11 gebildet, während der Anschlag10 durch den an der Abschlusskappe4 vorhandenen Zentrierring hergestellt ist. Dieser Zentrierring ist üblich für das Zusammenfügen von zwei Bauteilen für den Verschweißvorgang. - Der zwischen den Anschlägen
9 und10 liegende Abschnitt des Gehäuses2 ist so bearbeitet, dass er als Kolbenzylinder für den Kolben8 dienen kann. Zwischen dem Kolben8 und der Abschlusskappe4 befindet sich die dritte Kammer12 , in die die Betriebsflüssigkeit durch den zentrischen Anschluss13 geleitet wird. - Der Kolben
8 ist auf seiner radialen Außenseite mit mindestens einen Dichtring14 versehen. Zusätzlich sind noch zwei Führungsringe15 angebracht. - Die Membran
5 ist mit ihrem Außenrand16 an die Innenwand des Gehäuses2 angeklebt. Sie kann auch mit einem Klemmring gegen das Gehäuse gedrückt werden. - Für die Befüllung der Kammer
6 mit Gas ist ein verschließbarer Füllstutzen17 vorgesehen. Ebenso ist ein Füllstutzen18 für die Befüllung der Kammer7 mit Pufferflüssigkeit im Gehäuse2 angebracht. - Im Betriebszustand ist folglich die Kammer
6 mit Gas gefüllt, die Kammer7 mit einer geeigneten Pufferflüssigkeit, die gegebenenfalls identisch mit der Betriebsflüssigkeit sein kann und die Kammer12 ist über den Anschluss13 mit der Druckflüssigkeit führenden nicht mehr gezeigten Einrichtung verbunden. Über die Kolbendichtung14 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 (6)
- Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse (2), dessen Innenraum durch zwei Trennwände (5, 8) in drei Kammern (6, 7, 12) unterteilt ist, wovon die erste Kammer (6) mit einem Gas, die zweite zwischen der ersten und dritten Kammer (12) liegende Kammer (7) mit einer Pufferflüssigkeit und die dritte Kammer (12) mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt sind und die zwischen der zweiten und der dritten Kammer (7, 12) vorhandene Trennwand (8) durch einen fliegenden Kolben (8) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der ersten und der zweiten Kammer (6, 7) liegende Trennwand (5) eine elastische als Rollbalg ausgebildete Membran (5) ist, dass das zylindrische Gehäuse (2) mit einem die Kolbenbewegung umfassenden und als Kolbenzylinder ausgebildeten Abschnitt versehen ist und dass die Kolbenbewegung durch Anschläge (9, 10) an einer inneren Zylinderwand (11) beziehungsweise an einer Abschlusskappe (4) begrenzt ist.
- Hydropneumatischer Druckspeicher nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die innere Zylinderwand (11) mit einer einen der Endanschläge (9) bildenden Abstufung versehen ist. - Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) auf seiner Außenseite mindestens einen Dichtring (14) und/oder eine Labyrinthdichtung (15) hat. - Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusskappen (3, 4) des Gehäuses (2) mit zentrisch angeordneten Anschlüssen (13, 17) für das Gas beziehungsweise die Betriebsflüssigkeit versehen sind. - Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass am zylindrischen Teil des Gehäuses (2) ein Füllanschluss (18) für die Pufferflüssigkeit vorhanden ist. - Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) mit ihrem Außenrand (16) an die Innenwand des Gehäuses (2) angeklebt ist.
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