DE10310427A1

DE10310427A1 - Hydrospeicher

Info

Publication number: DE10310427A1
Application number: DE10310427A
Authority: DE
Inventors: Walter Dorr
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30
Also published as: EP1601879A1; US7234490B2; EP1601879B1; ATE388329T1; DE502004006412D1; WO2004081389A1; US20060213365A1

Abstract

Ein Hydrospeicher weist auf: DOLLAR A a) ein Speichergehäuse 1 aus nicht-magentisierbarem Werkstoff, das eine Axialrichtung des Gehäuses definiert, DOLLAR A b) ein im Speichergehäuse 1 axial bewegbares Trennelement 9, das im Speichergehäuse 1 zwei Arbeitsräume 5, 7 voneinander trennt, DOLLAR A c) eine am Trennelement angeordnete, ein Feld erzeugende Magnetanordnung 29 und DOLLAR A d) eine an der Außenseite des Speichergehäuses 1 angeordnete, sich längs der Bahn der Axialbewegung des Trennelementes 9 erstreckende Reihe von Magnetfeldsensoren 35, die auf das Feld der Magnetanordnung 29 am Tennelement 9 ansprechen, um dessen Position entlang der Reihe von Magenetfeldsensoren 35 zu kennzeichnen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hydrospeicher, wie sie, unter anderem, in Verbindung mit Hydroanlagen dazu vorgesehen sind, bestimmte Volumina unter Druck stehender Flüssigkeit (beispielsweise Hydraulikmedium) aufzunehmen und diese bei Bedarf an die Anlage zurückzugeben. In den meisten Hydroanlagen werden heutzutage hydropneumatische (gasbeaufschlagte) Speicher eingesetzt, wobei das bewegliche Trennelement innerhalb des Speichergehäuses einen Flüssigkeitsraum als den einen Arbeitsraum von einem Gasvorratsraum als dem weiteren Arbeitsraum trennt. Als Arbeitsgas kommt regelmäßig Stickstoffgas zum Einsatz, und das gasdichte Trennelement, beispielsweise ein Kolben, wenn es sich um einen Kolbenspeicher handelt, erlaubt weitgehend eine Entkoppelung von Gasvorratsraum zu Flüssigkeitsraum.
Der Flüssigkeitsteil steht mit dem Hydrokreislauf der Anlage in Verbindung, so dass der Speicher beim Anstieg des Druckes Flüssigkeit aufnimmt und das Gas dabei komprimiert wird. Bei sinkendem Druck dehnt sich das verdichtete Gas aus und verdrängt dabei die gespeicherte Druckflüssigkeit zurück in den Hydrokreislauf. Durch die sich im Betrieb ergebenden Veränderungen der. Volumina von Gasvorratsraum und Flüssigkeitsraum ergibt sich jeweils eine entsprechende Axialbewegung des Trennelementes innerhalb des Speichergehäuses.
Für das gewünschte, einwandfreie Betriebsverhalten von Hydrospeichern ist Voraussetzung, dass der im Gasvorratsraum herrschende Gas-Vorfülldruck einen an das Druckniveau des Flüssigkeitsteiles angepaßten Druckwert besitzt, so dass sich das Trennelement, also bei Kolbenspeichern der Kolben, an einer geeigneten Stelle innerhalb des Zylindergehäuses befindet, so dass das Trennelement die erforderlichen Arbeitsbewegungen in Axialrichtung zwischen den Endpositionen im Speichergehäuse ausführen kann.

Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Hydrospeicher zu schaffen, der während des Betriebes eine Feststellung der Größe der Volumina der Arbeitsräume und damit der Position des Trennelementes auf einfache Weise ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale a) bis d) aufweist.

Danach steht bei dem erfindungsgemäßen Hydrospeicher eine berührungslose, durch die Wandung des Speichergehäuses nach außen übertragene Anzeige für die Position des Trennelementes zur Verfügung, so dass während des Betriebes eine einfache und sichere Überwachung des Betriebszustands des Hydrospeichers ermöglicht ist.

Wenn es sich um einen Kolbenspeicher handelt, bei dem als Speichergehäuse ein Zylinderrohr vorgesehen ist, in dem ein das Trennelement bildender Kolben axial über einen Kolbenhubweg verfahrbar ist, ist die Reihe der Magnetfeldsensoren an der Außenseite des Zylinderrohres im wesentlichen längs des gesamten Hubweges des Kolbens angeordnet.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Kolben aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff gebildet, und die das Magnetfeld am Kolben erzeugende Magnetanordnung weist mehrere um den Umfang des Kolbens verteilt angeordnete Dauermagnete auf, die, bezogen auf die Axialrichtung, miteinander fluchtend sind.

Eine besonders einfache Bauweise sieht für die Magnetfeldsensoren an der Außenseite des Zylinderrohres eine Reihe beweglicher, vorzugsweise stäbchenartiger Dauermagnete vor, von denen solche, die auf das von der Magnetanordnung am Kolben erzeugte Feld ausgerichtet sind, durch dieses in eine Anzeigestellung auslenkbar sind. Die stäbchenartigen Dauermagnete fungieren hierbei als visuell erkennbare Anzeigemarkierungen, deren Auslenkung eine unmittelbare optische Anzeige der jeweiligen Kolbenstellung ergibt.

Vorzugsweise sind die stäbchenartigen Dauermagnete hierbei gegen eine geringe Rückstellkraft auslenkbar, so dass sie beim Verfahren des Kolbens, wenn das Magnetfeld des Kolbens aus ihrem Bereich auswandert, selbsttätig in eine Ausgangsstellung zurückkehren. Hierfür kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die stäbchenartigen Dauermagnete für ihre Auslenkbewegung um Schwenkachsen frei schwenkbar gelagert sind, die außerhalb der Schwerezentren der stäbchenartigen Dauermagnete gelegen sind, so dass die wirkende Schwerkraft ein Rückstellmoment an den stäbchenartigen Dauermagneten erzeugt.

Als Werkstoff für das nicht-magnetisierbare Speichergehäuse kann Edelstahl oder eine nicht-ferritische Metallegierung, beispielsweise Aluminiumlegierung, vorgesehen sein oder, wenn es sich um ein Druckniveau begrenzter Höhe handelt, gegebenenfalls ein Kunststoffwerkstoff.

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

1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Hydrospeichers in Form eines Kolbenspeichers;

2 einen gegenüber 1 in etwas größerem Maßstab gezeichneten Längsschnitt nur des Kolbens des Ausführungsbeispieles entsprechend der in 3 mit III-III bezeichneten Schnittlinie und

3 eine Draufsicht des in 2 gesondert gezeigten Kolbens.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrospeichers handelt es sich um einen Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse in Form eines kreiszylindrischen Zylinderrohres 1, das eine Längsachse 3 definiert. Im Zylinderrohr 1 ist als Trennelement zwischen einem Gasvorratsraum 5 und einem Fluidraum 7 ein Kolben 9 in Axialrichtung verfahrbar. In bei Kolbenspeichern an sich bekannter Weise weist der Kolben 9 in Ringnuten, die in seine Umfangsfläche eingearbeitet sind, Kolbendichtungen 11 und Kolbenführungsmittel 13 auf, die eine reibungsarme und gasdichte Führung des Kolbens 9 entlang der Längsachse 3 ermöglichen.
An dem den Gasvorratsraum 5 abschließenden Ende ist das Zylinderrohr 1 durch einen eingeschraubten Zylinderdeckel 15 abgeschlossen. Dieser ist durch einen Gaskanal 17 durchzogen, an dem ein Gasventil oder eine Füllarmatur anschließbar ist (beides nicht dargestellt).
In ähnlicher Weise ist das Zylinderrohr 1 an dem dem Fluidraum 7 zugeordneten Ende durch einen eingeschraubten Deckel 19 abgeschlossen, der einen zentralen Fluiddurchlaß 21 aufweist.
Der Kolben 9 weist eine trogartige innere Mulde 23 auf, die zur Achse 3 konzentrisch und an dem dem Gasvorratsraum 5 zugewandten Kolbenende offen ist, so dass sie das Volumen des Gasvorratsraumes 5 vergrößert. An der das offene Ende der Mulde 23 aufweisenden Kolbenseite ist am Kolben 9 ein zur Achse 3 konzentrischer Ringkörper 25 mittels Verbindungsschrauben 27 verschraubt. Dieser Ringkörper 25, dessen innere Ringöffnung mit dem Öffnungsrand der Mulde 23 des Kolbens 9 fluchtet, ist aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff, vorzugsweise dem gleichen Material wie der Kolben 9, gefertigt: Der Ringkörper 25 dient als Tragring für Dauermagnete 29, die in die zum Zylinderrohr 1 konzentrische Umfangsfläche des Ringkörpers 25 so eingelassen sind, dass ihre radial außenliegenden Polendflächen 28 (2) einen geringen, radialen Abstand vom Umfang des Kolbens 9 und damit von der Innenwand des Zylinderrohres 1 haben, siehe 3, in der die Mantelfläche des Kolbens 9 mit 31 bezeichnet ist.
Wie 3 zeigt, sind beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel rings um den Umfang des Kolbens 9 fünfzehn Dauermagnete 29 in regelmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet, wobei die Dauermagnete 29 in jeweils gleicher Polaritätsausrichtung angeordnet sind, so dass die radial außenliegenden Polendflächen 28 jeweils gleichnamige Magnetpole bilden.
Wie aus 1 zu ersehen ist, ist der Kolben 9 im Betrieb längs eines Kolbenhubweges zwischen einer oberen Endlage, bei der der Ringkörper 25 am oberen Zylinderdeckel 15 anliegt, und einer unteren Endlage verfahrbar, bei der die entgegengesetzte Seite des Kolbens 9 an den unteren Deckel 19 angenähert ist. Bei der Bewegung zwischen diesen Endlagen bewegen sich die am Ringkörper 25 des Kolbens 9 angeordneten Dauermagnete längs der Länge einer an der Außenseite des Zylinderrohres 1 längs verlaufenden Sensorleiste 33. An dieser ist eine Reihe von Dauermagneten, die beim gezeigten Beispiel die Form kleiner Stabmagnete 35 haben (von denen lediglich einige in der Fig. beziffert sind), angeordnet, wobei sich die Reihe der Stabmagnete 35 im wesentlichen über die gesamte Länge der Sensorleiste 33 erstreckt. Die Stabmagnete 35 sind an Schwenklagern 37 (von lediglich einige in der Fig. beziffert sind) schwenkbar gelagert, wobei sich die Schwenkachsen jeweils senkrecht zur Längsachse 3 und parallel zur Tangente am benachbarten Umfang des Zylinderrohres 1 erstrecken. Bei dieser Lagerung der Stabmagnete 35 sind diese durch das Magnetfeld, das die Dauermagnete 29 am Ringkörper 25 des Kolbens 9 erzeugen, an demjenigen Längenabschnitt der Sensorleiste 33 auslenkbar, an dem sich die Dauermagnete 29 befinden. In 1 ist diese Auslenkung für die gezeigte Kolbenstellung dargestellt, bei der der Kolben sich in geringem Abstand vom oberen Zylinderdeckel 15 befindet. Wie aus 1 zu ersehen ist, ist bei dieser Kolbenstellung der dritte Stabmagnet 35 (von oben gezählt) in die Horizontalstellung ausgelenkt, während benachbarter zweiter Stabmagnet 35 und vierter Stabmagnet 35 teilweise ausgelenkt sind.
Diese Auslenkung der Stabmagnete 35 erlaubt durch visuellen Vergleich mit den nicht ausgelenkten übrigen Magneten 35 der Sensorleiste 33 eine Feststellung der jeweiligen Stellung des Kolbens 9 innerhalb des Zylinderrohres 1.
Um die Anzeige augenfällig zu machen, können die Stabmagnete 35 mit einer Signalfärbung versehen sein.
Die Stabmagnete 35 können an der Sensorleiste 33 so gelagert sein, dass die durch das Magnetfeld am Kolben 9 bewirkte Auslenkung von Stabmagneten 35 gegen eine geringe Rückstellkraft erfolgt, so dass die als Anzeigeelemente dienenden Stabmagnete 35 beim Auswandern des Magnetfeldes, d. h. bei Hubbewegung des Kolbens 9, selbsttätig in eine Ausgangs- oder Nichtanzeigestellung zurückkehren. Die Rückstellkraft kann auf beliebige geeignete Weise bewirkt werden, beispielsweise in einfacher Weise dadurch, dass die Schwenkachsen 37 der Stabmagnete 35 außerhalb von deren Schwerezentrum gelegen sind, so dass die Stabmagnete 35 bei nicht wirkendem Magnetfeld selbsttätig durch Schwerkraft zurückgestellt werden. Um eine Rückstellkraft der Stabmagnete 35 zu erzeugen, so dass sie sich bei fehlendem, auslenkendem Magnetfeld parallel zur Längsachse 3 erstrecken, könnte die Sensorleiste 33 selbst als eine ein schwaches Magnetfeld erzeugende Einrichtung ausgebildet sein, beispielsweise könnte die Sensorleiste 33 selbst einen schwachen Stabmagneten bilden.
Wie bereits erwähnt, ist bei der Erfindung ein nicht-magnetisierbarer Werkstoff für das Zylinderrohr 1, den Kolben 9 und dessen Ringkörper 25 vorgesehen. Beispielsweise kann für das Zylinderrohr 1, je nach Druckniveau, für das der Speicher vorgesehen ist, ein nicht-magnetisierbarer Stahl (Edelstahl), eine nicht-ferritische Metallegierung, Aluminiumlegierung oder auch ein Kunststoffmaterial vorgesehen sein.

Claims

Hydrospeicher, der aufweist: a) ein Speichergehäuse (1) aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff, das eine Axialrichtung des Gehäuses definiert, b) ein im Speichergehäuse (1) axial bewegbares Trennelement (9), das im Speichergehäuse (1) zwei Arbeitsräume (5,7) voneinander trennt, c) eine am Trennelement (9) angeordnete, ein Feld erzeugende Magnetanordnung (29) und d) eine an der Außenseite des Speichergehäuses (1) angeordnete, sich längs der Bahn der Axialbewegung des Trennelementes (9) erstreckende Reihe von Magnetfeldsensoren (35), die auf das Feld der Magnetanordnung (29) am Trennelement (9) ansprechen, um dessen Position entlang der Reihe von Magnetfeldsensoren (35) zu kennzeichnen.
Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichergehäuse ein Zylinderrohr (1) vorgesehen ist, in dem ein das Trennelement bildender Kolben (9) axial über einen Kolbenhubweg verfahrbar ist, und dass sich die Reihe der Magnetfeldsensoren (35) an der Außenseite des Zylinderrohres (1) im wesentlichen längs des gesamten Hubweges des Kolbens (9) erstreckt.
Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff gebildet ist und dass die Magnetanordnung mehrere um den Umfang des Kolbens (9) verteilt angeordnete Dauermagnete (29) aufweist, die, bezogen auf die Axialrichtung, miteinander fluchtend sind.
Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeldsensoren an der Außenseite des Zylinderrohres (1) eine Reihe beweglicher, vorzugsweise stäbchenartiger, Dauermagnete (35) vorgesehen ist, von denen solche, die auf das von der Magnetanordnung (29) am Kolben (9) erzeugte Feld ausgerichtet sind, durch dieses in eine Anzeigestellung auslenkbar sind.
Hydrospeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stäbchenartigen Dauermagnete (35) für ihre Auslenkbewegung jeweils um Schwenkachsen (37) schwenkbar gelagert sind, die zur Axialrichtung des Zylinderrohres (1) senkrecht und zur Richtung der Tangente am benachbarten Umfangsbereich des Zylinderrohres (1) zumindest näherungsweise parallel sind.
Hydrospeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen (37) der stäbchenartigen Dauermagnete (35) außerhalb von deren Schwerezentren gelegen sind.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger für die Dauermagnete (29) der Magnetanordnung des Kolbens (9) an diesem endseitig ein aus nicht-magnetisierbarem Werkstoff gebildeter Ringkörper (25) angebracht ist, der einen gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohres (1) verringerten Durchmesser besitzt und in dessen zum Zylinderrohr (1) konzentrischer Umfangsfläche die Dauermagnete (29) so eingelassen sind, dass sich deren Polachse in Radialrichtung erstreckt.
Hydrospeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radial außenliegende, bei sämtlichen Dauermagneten (29) gleichnamige Polendfläche (28) in einem geringen Abstand von der Innenwand des Zylinderrohres (1) befindet.
Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für das nicht-magnetisierbare Speichergehäuse (1) Edelstahl, eine Aluminiumlegierung oder ein Kunststoffwerkstoff vorgesehen ist.