DE10307587A1

DE10307587A1 - Speichervorrichtung, vorzugsweise Membranspeicher

Info

Publication number: DE10307587A1
Application number: DE2003107587
Authority: DE
Inventors: Herbert Baltes; Walter Dorr
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2004-09-09
Also published as: WO2004074693A1

Abstract

Bei einer Speichervorrichtung, vorzugsweise Membranspeicher, mit einem Speichergehäuse 7, 13, in dem ein Trennelement, vorzugsweise in Form einer Membran 5, einen ersten Arbeitsraum, insbesondere Gasvorratsraum 1, von einem zweiten Arbeitsraum, insbesondere Fluidraum 3, innerhalb des Speichergehäuses trennt, das in die Arbeitsräume führende Durchlässe 17, 19 aufweist, weisen die Oberflächen, die einen Arbeitsraum begrenzen, in dem aggressive Medien aufzunehmen sind, einen gegen die Medien beständigen Werkstoff auf, wobei zumindest in Teilbereichen dieser Oberflächen ein Kunststoffmaterial als beständiger Werkstoff vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speichervorrichtung, vorzugsweise Membranspeicher, mit einem Speichergehäuse, in dem ein Trennelement, vorzugsweise in Form einer Membran, einen ersten Arbeitsraum, insbesondere Gasvorratsraum, von einem zweiten Arbeitsraum, insbesondere Fluidraum, innerhalb des Speichergehäuses trennt, das in die Arbeitsräume führende Durchlässe aufweist.

Speichervorrichtungen dieser Art sind handelsüblich und finden in Verbin dung mit Fluidsystemen verschiedenster Art weit verbreitete Anwendung. Vielfach dienen solche Vorrichtungen als Hydrospeicher, wobei der eine Arbeitsraum als Gasvorratsraum ein kompessibles Medium, beispielsweise Stickstoffgas, enthält und der andere Arbeitsraum, als Fluidraum, mit einem Fluidsystem in Verbindung steht. Die Abstützung des Trennelementes durch das im Gasvorratsraum unter einem Fülldruck stehende kompessible Medium gegen den im Fluidraum herrschenden Fluiddruck ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung als Energiespeicher, als Dämpfereinrichtung gegen Druckschwankungen und dergleichen.

Bei Verwendung solcher Vorrichtungen in Verbindung mit Systemen, in denen Medien enthalten sind, deren Handhabung kritisch ist, ergeben sich in manchen Fällen Probleme. Insbesondere ist dies der Fall, wenn aggressive Medien im Fluidraum aufzunehmen sind, beispielsweise Flüssigkeiten für pharmazeutische Zwecke oder bestimmte Lebensmittel. Unter dem Be griff „aggressiv" sollen hier solche Eigenschaften strömungsfähiger Medien verstanden werden, bei denen spezielle Anforderungen an die Oberflächen zu stellen sind, mit denen solche Medien in Kontakt gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speichervorrichtung der betrachteten Art zu schaffen, die einen sicheren Betrieb auch in Verbindung mit Systemen ermöglicht, die Medien enthalten, deren Handhabung kritisch ist.

Bei einer Speichervorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für einen Einsatz der Speichervorrichtung bei Systemen mit aggressiven Medien, die in zumindest einem der Arbeitsräume aufzunehmen sind, die den betreffenden Arbeitsraum und dessen Durchlaß begrenzenden Oberflächen einen gegen die Medien beständigen Werkstoff aufweisen und dass zumindest in Teilbereichen der Oberflächen ein Kunststoffmaterial als beständiger Werkstoff vorgesehen ist.

Dadurch, dass erfindungsgemäß ein gegenüber den betreffenden, aggressiven Medien beständiges Kunststoffmaterial die an die Medien angrenzende Berührungsfläche bildet, ist die Gefahr von Betriebsstörungen vermieden, weil Kunststoffmaterialien zur Verfügung stehen, die hinsichtlich der bei Speichervorrichtungen in Frage kommenden Medien inert sind. Wenn das vorzugsweise durch eine Membran gebildete Trennelement selbst aus einem Werkstoff besteht, der bezüglich der angrenzenden Medien unempfindlich ist, d. h. durch die betreffenden Medien weder beeinflußbar ist noch auf die Medien eine beeinflussende Wirkung ausübt, was beispielsweise bei Pharmaka oder Lebensmitteln nicht tolerierbar wäre, dann sind die den betreffenden Arbeitsraum begrenzenden Innenflächen des Spei chergehäuses die Teilbereiche, an denen das Kunststoffmaterial vorzusehen ist.

Vorzugsweise weist auch die als Trennelement vorgesehene Membran zumindest auf der dem die aggressiven Medien aufnehmenden Arbeitsraum zugewandten Seite ein Kunststoffmaterial als Gasbarriere und als gegen die aggressiven Medien beständigen Werkstoff auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Speichervorrichtung, deren Speichergehäuse einen den Gasvorratsraum enthaltenden Gehäuseoberteil und einen den Fluidraum enthaltenden Gehäuseunterteil aufweist, die aneinander befestigbar sind und die das Trennelement bildende Membran zwischen sich aufnehmen, ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass die gesamte dem Fluidraum zugewandte Oberfläche des Gehäuseunterteiles und seines Durchlasses ein Kunststoffmaterial als gegen die Medien beständigen Werkstoff aufweist.

Bei einem aus Metall gefertigten Gehäuseunterteil kann das Kunststoffmaterial in Form einer Kunststoffbeschichtung der Innenseite vorgesehen sein, vorzugsweise aus einem Perfluoralkoxy-Copolymer, Ethylentetrafluorethylen, Ethylenchlortrifluorethylen oder Polytetrafluorethylen.

Alternativ kann der gesamte Gehäuseunterteil aus einem Kunststoff gefertigt sein, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen oder Polyvinylidenfluorid.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Speichervorrichtung in der Art eines vollständigen Kunststoff-Gehäuses ausgeführt sein, d.h., dass sowohl Gehäuseunterteil als auch Gehäuseoberteil aus Kunststoff gefertigt sind, wobei vorzugsweise für beide Gehäuseteile der gleiche Werkstoff vorgesehen ist.

Wenn die Speichervorrichtung für höhere Druckpegel vorgesehen ist, etwa für Mitteldruckanwendungen bis etwa 40 bar, dann können die beiden aus Kunststoff gefertigten Gehäuseteile zwischen metallischen Endplatten eingespannt sein, die eine Abstützung gegen Trennen der Gehäuseteile bilden und umfängliche, seitwärts vorspringende Flanschränder für die Zusammenwirkung mit die Platten verbindenden Spannmitteln, beispielsweise Spannschrauben, bilden.

Bei Ausführungsbeispielen für den Hochdruckbereich (mehr als 40 bar) können der Gehäuseoberteil und der Gehäuseunterteil zusätzlich durch ein rohrförmiges, metallisches Abstützglied umgeben sein, an dessen oberen und unteren Enden die Platten anliegen.

Bei Verwendung einer sogenannten Tellermembran als Trennelement kann eine Elastomermembran vorgesehen sein, vorzugsweise aus einem Kautschukwerkstoff, der eine äußere Beschichtung aus Polytetrafluorethylen zumindest an derjenigen Membranseite aufweist, die mit dem aggressiven Medium in Kontakt ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 einen schematisch leicht vereinfacht gezeichneten Querschnitt eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung in Form eines Membranspeichers;

2 eine gegenüber 1 in etwas größerem Maßstab und aufgebrochen gezeichnete perspektivische Teilansicht nur des Gehäuseunterteiles der Vorrichtung von 1;

3 einen schematisch leicht vereinfacht gezeichneten Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung in Form eines Membranspeichers für Mitteldruckanwendungen;

4 einen der 3 ähnlichen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles in Form eines Membranspeichers für Hochdruckanwendungen und

5 einen Querschnitt einer für die Vorrichtungen gemäß 1 bis 4 verwendbaren Tellermembran.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, anhand deren die Erfindung näher erläutert wird, handelt es sich um Hydrospeicher in Form von Membranspeichern, bei denen eine Elastomer-Tellermembran 5 als Trennelement zwischen einem im Speichergehäuse gebildeten Gasvorratsraum 1 und einem Fluidraum 3 vorgesehen ist. Die in 5 gesondert dargestellte Membran 5 ist in den 1, 3 und 4 jeweils in derjenigen Endstellung eingezeichnet, die dem kleinsten Volumen des Fluidraums 3 entspricht, wobei die Membran 5 an die innere Oberfläche des Speicher-Gehäuseunterteiles 7 angenähert ist. Die kreisrunde Membran 5 weist einen umfänglichen Randwulst 9 auf, mit dem sie in einem ringförmigen Sitz 11 zwischen Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 eingespannt ist. Mittels am Umfang von Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 3, die einen kreisrunden Umriß besitzen, ausgebildeten Bohrungen 15 (sieh auch 2) sind die Gehäuseteile mittels nicht gezeigter Schrauben miteinander verspannbar.
Ein am Gehäuseoberteil 13 zentral gelegener, in den Gasvorratsraum 1 führender Durchlaß ist mit 17 bezeichnet. Ein in den Fluidraum 3 führender Durchlaß 19 ist im Gehäuseunterteil 7 ebenfalls zentral vorgesehen.
Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 aus einem Stahlwerkstoff gefertigt. Um die Vorrichtung für eine Verwendung bei Fluidsystemen mit aggressiven Medien geeignet zu machen, sind sämtliche den Fluidraum 3 begrenzenden Oberflächen, d. h. sämtliche mit dem Fluid in Berührung kommenden Flächen, mit einem Kunststoffwerkstoff versehen. Bei dem vorliegenden Beispiel handelt es sich um eine am Gehäuseunterteil 7 an dessen Innenseite vorgesehen Kunststoffbeschichtung 21, die in 2 deutlich erkennbar eingezeichnet ist und sich, wie 2 entnehmbar ist, nicht nur über die trogförmige Innenseite des Gehäuseunterteiles 7 erstreckt, sondern sich mit einem Fortsatz 23 auch durch den in den Fluidraum 3 führenden Durchlaß 19 hindurch erstreckt. Sämtliche dem Fluidraum 3 zugehörigen Flächen am Gehäuseunterteil 7, die mit dem betreffenden Fluid in Kontakt kommen, sind somit Kunststoffflächen.
Wie unter Bezugnahme auf 5 noch näher erläutert wird, weist auch die Membran 5 auf der dem Fluidraum 3 zugewandten Seite eine Kunststoffschicht 25 auf.
Bei der Kunststoffbeschichtung 21 des Gehäuseunterteiles 7 handelt es sich vorzugsweise um ein Perfluoralkoxy-Copolymer, Ethylentetrafluorethylen, Ethylenchlortrifluorethylen oder Polytetrafluorethylen. Die Schicht 25 an der Membran 5 kann aus Polytetrafluorethylen gebildet sein.
Wenn es gewünscht wird, kann auch die Innenseite des Gehäuseoberteiles 13 mit einer den Gasvorratsraum 1 auskleidenden, entsprechenden Kunststoffbeschichtung versehen sein, die sich auch über den Bereich des Durchlasses 17 erstrecken kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das für einen Betrieb bei verhältnismäßig niedrigem Druckniveau vorgesehen ist, sieht den gleichen Aufbau des Speichergehäuses mit Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 vor, wie es in 1 gezeigt ist, wobei jedoch beide Teile 7 und 13 vollständig aus Kunststoff gefertigt sind. Bei solcher für Niederdruckanwendungen (ca. 16 bar) vorgesehenen Gestaltung entfällt die Kunststoffbeschichtung 21. Als Werkstoff für Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 eignen sich Werkstoffe wie Polytetrafluorethylen oder Polyvinylidenfluorid.
3 verdeutlicht ein für Mitteldruckanwendungen (bis ca. 40 bar) vorgesehenes Ausführungsbeispiel, bei dem Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 ebenfalls aus Kunststoff gebildet sind, die Teile 7 und 13 jedoch nicht unmittelbar miteinander verschraubt sind. Vielmehr sind Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 zwischen Platten 31 bzw. 33 eingespannt, die aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Stahl, gebildet sind, und eine Abstützung gegen den entsprechenden Betriebsdruck bilden. Die Platten 31 und 33 weisen am seitlich überstehenden Flanschrand Bohrungen 35 für nicht gezeigte Spannschrauben auf. Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 sind aus dem gleichen Kunststoffwerkstoff hergestellt wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
4 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, das dem Beispiel von 3 insofern ähnlich ist, als Gehäuseunterteil 7 und Gehäuseoberteil 13 ebenfalls aus Kunststoff gebildet und mittels an Gehäuseunterseite und Ge häuseoberseite anliegender metallischer Platten 31 bzw. 33 aneinander verspannt sind. Bei diesem für den Hochdruckbereich (über 40 bar) vorgesehenen Beispiel befindet sich jedoch ein die kreisrunden Teile 7 und 13 passend umgebendes, rohrförmiges Abstützglied 37 aus einem Stahlwerkstoff zwischen den endseitigen Platten 31 und 33.
In 5 ist die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen benutzte Membran 5 gesondert dargestellt. Wie ersichtlich, befindet sich die Kunststoffschicht 25 auf der dem Fluidraum 3 zugewandten Seite vollflächig bis zum umfänglichen Randwulst 9. Wie bereits erwähnt, ist vorzugsweise Polytetrafluorethylen als Schicht 25 vorgesehen. Diese liegt an einem elastomeren, tellerförmigen Hauptteil 39 an, bei dem es sich beim vorliegenden Beispiel um einen Kautschukwerkstoff handelt. Im Zentralbereich ist in den Hauptteil 39 ein metallischer Ventilteller 41, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, einvulkanisiert. Wie 1, 3 und 4 zeigen, bildet der Ventilteller 41 am Öffnungsrand des Durchlasses 19 zum Fluidraum 3 ein Fluidventil, das bei der dem kleinsten Volumen des Fluidraumes 3 entsprechenden Endstellung der Membran 5 den Durchlaß 19 verschließt. Die Kunststoffschicht 25 bildet nicht nur eine Schutzbeschichtung gegen im Fluidraum 3 aufzunehmende aggressive Medien, sondern bildet zusammen mit dem elastomeren Hauptteil 39 der Membran 5 eine zusätzliche Gasbarriere. In den elastomeren Hauptteil 39 kann eine (nicht dargestellte) verstärkende Gewebeeinlage eingearbeitet sein. Eine derartige Ausbildung der Membran 5 ermöglicht einen störungsfreien Betrieb der Speichervorrichtung über lange Betriebszeiträume hinweg.

Claims

Speichervorrichtung, vorzugsweise Membranspeicher, mit einem Speichergehäuse, in dem ein Trennelement, vorzugsweise in Form einer Membran (5), einen ersten Arbeitsraum, insbesondere Gasvorratsraum (1), von einem zweiten Arbeitsraum, insbesondere Fluidraum (3), innerhalb des Speichergehäuses trennt, das in die Arbeitsräume führende Durchlässe (17, 19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Einsatz der Speichervorrichtung bei Systemen mit aggressiven Medien, die in zumindest einem (3) der Arbeitsräume aufzunehmen sind, die den betreffenden Arbeitsraum (3) und dessen Durchlaß (19) begrenzenden Oberflächen einen gegen die Medien beständigen Werkstoff aufweisen und dass zumindest in Teilbereichen dieser Oberflächen ein Kunststoffmaterial (7, 21) als beständiger Werkstoff vorgesehen ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Trennelement vorgesehene Membran (5) zumindest auf der dem die aggressiven Medien aufnehmenden Arbeitsraum (3) zugewandten Seite ein Kunststoffmaterial (25) als Gasbarriere und als gegen die aggressiven Medien beständigen Werkstoff aufweist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, der Speichergehäuse einen den Gasvorratsraum (1) enthaltenden Gehäuseoberteil (13) und einen den Fluidraum (3) enthaltenden Gehäuseunterteil (7) aufweist, die aneinander befestigbar sind und die das Trennelement bildende Membran (5) zwischen sich aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, dem Fluidraum (3) zugewandte Oberfläche des Gehäuseunterteiles (7) und seines Durchlasses (19) ein Kunststoffmaterial als gegen die Medien beständigen Werkstoff aufweist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem aus Metall gefertigten Gehäuseunterteil (7) das Kunststoffmaterial in Form einer Kunststoffbeschichtung (21) vorgesehen ist, vorzugsweise aus einem Perfluoralkoxy-Copolymer, Ethylentetrafluorethylen, Ethylenchlortrifluorethylen oder Polytetrafluorethylen.
Speichervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (7) aus einem Kunststoffwerkstoff gefertigt ist, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen oder Polyvinylidenfluorid.
Speichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Gehäuseunterteil (7) als auch Gehäuseoberteil (13) aus Kunststoff gefertigt sind.
Speichervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuseoberteil (13) und Gehäuseunterteil (7) aus dem gleichen Kunststoffmaterial gebildet sind.
Speichervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuseoberteil (13) und Gehäuseunterteil (7) je eine obere, äußere Endfläche bzw. untere, äußere Endfläche besitzen und dass beide Gehäuseteile (7, 13) zwischen metallischen, an den Endflächen anliegenden Platten (31, 33) eingespannt sind, die umfängliche, seitwärts vorspringende Flanschränder (35) für die Zusammenwirkung mit die Platten (31, 33) verbindenden Spannmitteln bilden.
Speichervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuseoberteil (13) und Gehäuseunterteil (7) durch ein rohrförmiges, metallisches Abstützglied (37) umgeben sind, an dessen oberen und unteren Enden die Platten (31, 33) anliegen.
Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennelement eine Elastomermembran (5), vorzugsweise aus einem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, einem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Isobuten-Isopren-Copolymere-Butylkautschuk oder Fluor-Kautschuk vorgesehen ist, die eine äußere Beschichtung (25) aus Polytetrafluorethylen aufweist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermembran (5) einen in sie einvulkanisierten metallischen Ventilteller (41) für die Zusammenwirkung mit dem Rand des in den Fluidraum (3) führenden Durchlasses (19) aufweist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) eine in den elastomeren Werkstoff eingearbeitete, verstärkende Gewebeeinlage besitzt.