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Druckbehälter, insbesondere Druckspeicher Die Erfindung bezieht sich
auf einen Druckbehälter, insbesondere Druckspeicher, mit einer mit ihrem Rand in
einem Gehäuse befestigten und in diesem zwei Räume abteilenden Blase aus biegsamem
Werkstoff, die mit ihrem ins Behälterinnere hineingewölbten Mittelteil mindestens
zeitweise bis in die Nähe einer in das Gehäuseinnere führenden Öffnung gelangt und
an diesem Teil mit einem im Gehäuse in Richtung der Achse der Öffnung geführten
Schließkörper verbunden ist, der in seiner Schließlage die Gehäuseöffnung mindestens
nahezu abschließt und mit einer an einem Ende gehäusefesten Feder verbunden ist,
welches den Schließkörper von seiner Schließlage entfernt zu halten sucht.
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Bei bekannten Bauarten solcher Druckbehälter ist das Blasenende mit
dem daran befestigten Schließglied auf der Außenseite der Blase abgestützt. Das
macht es erforderlich, eine Stütze durch die. Behälteröffnung hindurch zu führen
und diese Stütze entweder im Zusammenwirken mit einer Zugfeder sehr lang zu machen,
oder eine Druckfeder zu verwenden. Die Stütze und die Druckfeder werden dabei auf
Ausknicken beansprucht, was zu seitlichen Verschiebungen des Schließkörpers und
des Blasenendes führen kann. Der Schließkörper setzt sich dann nicht zentrisch auf
den Rand der Gehäuseöffnung auf, so daß die Teile des Abschlußventils ungleichmäßig
beansprucht werden und kein dichter Abschluß zustande kommt. Das Anbringen der bekannten
Feder, Stütze und Verschlußglieder ist recht schwierig; das Verhalten der Teile
im Inneren des Speichers ist unkontrollierbar. Die Stütze kann sich daher unbemerkt
verbiegen, so daß die Bewegung der Blase gehemmt wird. Die Blase kann dadurch zusätzlich
und ungleichmäßig belastet sowie vorzeitig zerstört werden.
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Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die
Feder als eine den von der Blase umschlossenen Raum durchsetzende Zugfeder ausgebildet
und mit ihrem gehäusefesten Ende an dem innerhalb des Blasenrandes liegenden Gehäuseabschnitt
befestigt ist.
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Bei Verwendung einer solchen Zugfeder kann keine seitliche Auslenkung
des Blasenendes stattfinden; die in der Blase und in der Feder wirkenden Kräfte
führen vielmehr in ihrem Zusammenspiel dazu, daß der Schließkörper auf der Behälteröffnung
zentriert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig.1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform, Fig.2 eine zweite
Ausführungsform im Längsschnitt. Ein Druckbehälter nach Fig.1 hat ein Gehäuse 11,
das im wesentlichen kugelig ist und aus festem, hohen Drücken standhaltendem Werkstoff
besteht.
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Durch die Oberseite des Gehäuses ist sein Inneres durch eine öffnung
12 zugänglich. An die Öffnung schließt sich gleichachsig ein zylindrischer Fortsatz
13 an, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Öffnung ist. Der Fortsatz
ist mit dem Gehäuse aus einem Stück gebildet und endet in einem seitlichen Flansch
14.
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In dem Gehäuse ist eine als biegsame Trennwand dienende Blase 15 untergebracht,
die aus einem wenig dehnbaren Werkstoff, z. B. Nylon, aber auch aus stärker dehnbarem,
künstlichem oder natürlichem Gummi bestehen kann. Die Blase 15 hat auf ihrer Oberseite
eine verhältnismäßig weite Öffnung mit einem Rand 1.6, der sich gegen eine Schulter
17 legt, die zwischen dem Rand der Öffnung 12 und dem Fortsatz 1.3 gebildet ist.
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Der Rand 16 kann in beliebiger Weise festgehalten werden; bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf den Flansch 14 ein Deckel 18 aufgesetzt,
der etwa den gleichen Außendurchmesser wie der Flansch 14 hat und mit Schrauben
19 an diesem befestigt ist. Ein zylindrischer Ansatz 21 des Deckels hat kleineren
Durchmesser und greift in den zylindrischen Fortsatz 13; er ist so dick, daß er
bei aufgeschraubtem Deckel den Rand 16 der Blase 15 fest gegen die Schulter 17 klemmt.
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In ein Gewindeloch 22 des Ansatzes 21 ist ein Ende eines Stützrohrs
23 eingeschraubt, das gleichachsig
mit dem Behälter angeordnet ist
und mehrere über seine Länge verteilte Durchlässe 20 hat. Das Stützrohr 23 erstreckt
sich bis in die Nähe des entgegengesetzten Endes des Gehäuses 11, wo es an einem
Endstück 24 auf einem kleineren Durchmesser abgesetzt ist.
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Auf diesem Endstück 24 ist gleitend ein Hals 25 eines aus starrem
Werkstoff bestehenden Schließkörpers 26 gelagert, das einen im wesentlichen kegeligen
Schließkopf 27 hat. Dieser Schließkopf hat einen größeren Durchmesser als der Hals
25 und paßt mit seinem Umfang auf einen Sitz, der auf der Innenfläche des Gehäuses
11 um eine Öffnung 28 herum gebildet ist.
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Der Schließkörper 26 wird in der Ruhelage von der öffnung 28 entfernt
gehalten durch eine Zugfeder 31, die in dem Stützrohr 23 liegt und mit einem Ende
32 an dem Deckel 18, mit ihrem anderen Ende 33 am Schließkörper 26 befestigt ist.
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Die Blase 15 füllt in ausgedehntem Zustand das Gehäuse 11 nahezu vollständig
aus. Sie hat .an ihrem unteren Teil eine Öffnung 34, durch welche der Hals 25 des
Schließkörpers 26 ragt; der an die Öffnung 34 anschließende Teil 35 der Blase ist
mit dem Hals 25 fest und dicht verbunden, z. B. durch Kleben, Vulkanisieren oder
einen ähnlichen Arbeitsgang. Der Schließkörper 26 kann daher als Führungsteil für
das Blasenende bezeichnet werden.
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Die Blase ist so bemessen, daß sie in der Umgebung der Öffnung 34
nach einwärts gewölbt ist, wenn der Hals 25 des Schließkörpers 26 von der
Zug-
feder 31 bis an eine Schulter 37 herangezogen wird, die an der Stelle
gebildet ist, wo das Endstück 24 des Stützrohrs 23 beginnt. Der unterste Teil 38
der Blase hängt also unterhalb des an dem Hals 25 befestigten Teils in dem Gehäuse.
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Soll der Druckbehälter in Betrieb genommen werden, so füllt man zunächst
die Blase 15 mit Druckgas durch eine im Deckel 18 angeordnete Bohrung
41.
Das Druckgas strömt von dort ins Innere des Stützrohrs 23 und über die
Durchlässe 20 ins Innere der Blase. Wenn die Blase gefüllt ist, wird die Bohrung
41 durch ein nicht dargestelltes Absperrventil verschlossen. Dann drückt man unter
einem den Druck des Gases in der Blase übersteigenden Druck eine Flüssigkeit, z.
B. Öl, durch die Öffnung 28 in den Behälter. Die Blase 15 wird dadurch verformt,
und das in ihr enthaltene Gas wird zusammengedrückt. Es dient demnach als Feder,
und der Innenraum der Blase kann deshalb als Speicherfederraum bezeichnet werden,
während der zwischen der Blase und der Wand des Gehäuses 11 liegende Raum der die
Flüssigkeit aufnehmende Speicherraum ist.
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Da sich das Stützrohr 23 durch die Blase 15 hindurch erstreckt, so
sichert es diese gegen Seitenverschiebungen, so daß sich die Wand der Blase nicht
an der Wand des Gehäuses 11 reibt, wodurch sich die Blase abnutzen und auch brechen
könnte. Es können sich auch keine scharfen Falten in der Blase bilden, wodurch die
Blase ebenfalls beschädigt werden könnte.
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Wenn ein nicht dargestelltes, die Öffnung 28 verschließendes Ventil
geöffnet wird, so dehnt das in der Blase 15 enthaltene Gas die Blase wieder aus
und drückt Öl aus dem Behälter durch die Öffnung 28 hinaus. Setzt sich die Ausdehnung
der Blase, fort, so drückt ihr unterster Teil 38 auf den Schließkopf 27 und verschiebt
ihn entgegen der Kraft der Schraubenfeder 31, bis er sich auf den Umfang der Öffnung
28 legt und diese dadurch verschließt. Es strömt dann kein C51 mehr aus dem Gehäuse
ab, und die Blase 15 kann nicht durch die öffnung 28 hinausgedrückt werden.
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Da die Zugfeder 31 den Hals 25 mit dem daran befestigten Teil 35 der
Blase 15 in der Ruhelage oberhalb des Teiles 38 der Blase festhält, greift die Kraft
beim Ausdehnen der Blase an der Befestigungsstelle des Teils 35 in erster Linie
in Achsrichtung und nur zu einem kleinen Teil in radialer Richtung .an. Die Kraft,
welche die Verbindung zwischen dem Teil 35
und dem Hals 25 aufzureißen sucht,
wird daher sehr klein gehalten, so daß der Druckbehälter eine lange Lebensdauer
hat. Da die Bewegung zwischen dem Hals 25 des Schließkörpers 26 und dem Ende 24
des Stützrohres 23 nicht unter dem Druck größerer Kräfte stattfindet, werden die
aufeinander gleitenden Flächen dieser Teile nicht abgenutzt. Der Behälter kann auch
zum Speichern von Metall angreifenden Flüssigkeiten benutzt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 hat der Druckbehälter ein Gehäuse
91 mit gleichachsigen, einander an den Behälterenden gegenüberliegenden Öffnungen
92 und 93. In der Öffnung 92 ist ein Verschlußstück 94 befestigt, das eine Ringschulter
95 aufweist, die sich von innen gegen den Rand der öffnung 92 legt. Außerdem hat
das Verschlußstück einen seitlichen Flansch 96 mit einer Ringnut 97, in welcher
ein verdickter Rand 98 einer biegsamen; im wesentlichen kegeligen Blase 99 liegt.
Schraubt man eine Mutter 101 auf dem mit einem Gewinde versehenen, durch die Öffnung
92 nach außen ragenden Ende des Verschlußstücks fest, so wird der Rand 98 der Blase
zwischen den Flansch 96 und die Wand des Gehäuses 91 um die Öffnung 92 herum festgeklemmt
und unverrückbar gehalten. Die Ringschulter 95 verhindert ein zu starkes Zusammenpressen
des Blasenrandes.
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Das Verschlußstück 94 hat einen axialen Ansatz 102 an seiner inneren
Endfläche und einen das Verschlußstück und den Ansatz durchdringenden Kanal 103.
Durch diesen Kanal kann Druckgas ins Innere der Blase gepreßt und so der Druckbehälter
aufgeladen werden.
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In die Öffnung 93 des Gehäuses 91 ist ein Verschluß 109 eingesetzt,
der eine Öffnung 111 hat. Durch diese kann ein Druckmittel, z. B. Öl, in den Behälter
und aus diesem herausfließen.
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Der Verschluß hat eine Hülse 112, die genau in die Öffnung 93 paßt.
Sie kann auf beliebige Weise dort festgehalten werden, z. B. mit einer Schweißnaht
113.
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Die Höhlung der Hülse 112, welche die Öffnung 111 bestimmt, hat in
ihrem unteren Teil einen größeren Durchmesser, so daß etwa in ihrer Mitte eine ringförmige
Schulter 114 entsteht. Der mit erweitertem Durchmesser ausgeführte Teil der Höhlung
ist mit einem Gewinde versehen, in das eine nicht dargestellte Rohrkupplung eingeschraubt
wird, welche die Höhlung mit einer Leitung zu einem Druckmittelverbraucher verbindet.
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In dem Gehäuse 91 ist eine Ventilplatte 116 untergebracht, deren Durchmesser
größer als die Höhlung der Hülse 112 ist und die sich auf das innere Ende 117 der
Hülse 112 legen und so den Druckmittelfluß durch die Öffnung 111 absperren kann.
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Zur axialen Führung der Ventilplatte 116 im Verhältnis zur Hülse 112
ist ein Leitkörper 118 angeordnet,
der im wesentlichen napfförmig
ist und einen nur wenig kleineren Durchmesser hat, als der engere Teil der Öffnung
111. Der Leitkörper gleitet also leicht, aber fast ohne Seitenspiel in der Öffnung.
Die Seitenwand 121 des Leitkörpers 118 hat nahe von dessen Stirnwand 122 einige
Durchbrüche 123, durch welche Druckmittel fließen kann, wenn die Ventilplatte 116
angehoben ist. Der Leitkörper 118 hat einen nach außen gerichteten Flansch 124,
der zur Begrenzung der Einwärtsbewegung des Leitkörpers 118 gegen die Schulter 114
stößt und auch eine gewisse Dämpfungswirkung auf diese Einwärtsbewegung ausübt.
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Ein an beiden Enden mit Gewinde versehener Bolzen 126 ragt durch axial
übereinanderliegende Öffnungen in der Stirnwand 122 des Leitkörpers 118, in der
Ventilplatte 116 und im unteren Ende 104 der Blase 99. Dieses Ende liegt der oberen
Blasenöffnung gegenüber, seine Öffnung ist mit 105 bezeichnet. Der Bolzen 126 hat
einen Bund 106, der mit ihm aus einem Stück hergestellt und so dick wie die Wand
der Blase 99 ist. An den Bund schließt sich ein radialer Flansch 108. Der Bund 106
und der Flansch 108 sind in die Blase eingeformt, und auf beiden Seiten des Flansches
liegt eine Schicht Blasenwerkstoff. Auf die Enden des Bolzens 126 sind Muttern 131
und 132 aufgeschraubt; sie pressen den Bund 106, die Ventilplatte 116 und den Leitkörper
118 zusammen. Der Balzen 126 ist auf diese Weise als Führungsglied für die Blase
axial gleitend geführt.
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Die Mutter 131 und die Ventilplatte 116 legen sich mit ihren an die
Mittelbohrung anschließenden Teilen gegen den Bund 106, so daß die Blase mit ihrem
an die Öffnung 105 anschließenden Teil nicht zu stark zusammengedrückt wird. Die
einander zugewandten Flächen der Mutter 131 und der Ventilplatte 116 haben Vorsprünge
133, die: sich in die Blase eindrücken und radiale Kräfte von dem Flansch 108 abhalten,
welche die Verbindung der Blase mit dem Flansch aufreißen könnten.
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Die Mutter 132 verjüngt sich in Auslaßrichtung kegelig, wie auch das
Ende des Bolzens 126; sie lenken die in der Hülse 112 strömende Flüssigkeit so ab,
daß sie in Richtung auf die Durchbrüche 123 fließt, ohne gegen die Unterseite der
Stirnwand 122 des Leitkörpers 118 zu stoßen.
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Die Ventilplatte wird in ihrer Ruhelage von ihrem Sitz entfernt gehalten
mit Hilfe einer eng gewundenen Schraubenfeder 138, die sich axial durch die Blase
99 erstreckt und mit einem Ende an dem Ansatz 102, mit dem anderen an dem Bolzen
126 befestigt ist. Solange der Speicherfederraum innerhalb der Blase nicht gefüllt
ist, hält die Schraubenfeder 138 die Ventilplatte in ihrer höchsten Stellung. Die
Einwärtsbewegung der Ventilplatte und der mit ihr verbundenen Glieder ist dadurch
begrenzt, daß der Flansch 124 gegen die Schulter 114 stößt.
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Wenn der Speicherfederraum und der außenliegende Speicherraum mit
Öl unter Druck gefüllt sind, so verhindert die Schraubenfeder 138 eine seitliche
Verschiebung der Blase, so daß sie nicht an der Wand des Gehäuses reiben und keine
scharfen Falten bilden kann, was die Gefahr des Brechens mit sich bringen würde.
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Wenn ein nicht dargestelltes Ventil geöffnet wird, das die Öffnung
111 verschließt, so dehnt das in der Blase 99 eingeschlossene Gas die Blase aus,
und drückt Öl durch die Durchbrüche 123 des Leitkörpers aus dem Behälter hinaus.
Wenn sich die Blase ausdehnt, können sich auf Grund ihrer kegeligen Form keine Öltaschen
bilden, so daß so gut wie alles Öl wieder aus dem Gehäuse hinausgedrückt wird.
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Dehnt sich die Blase noch weiter aus, so wird die auf die Ventilplatte
116 wirkende Kraft so groß, daß sie die Spannung der Schraubenfeder 138 überwindet.
Die Ventilplatte legt sich auf das Ende 117 der Hülse 112, sperrt dadurch den Abfluß
aus dem Behälter ab und verhindert ein Hinausdrücken der Blase.
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Da der Flansch 108 in die Öffnung 105 der Blase eingeformt und fest
mit ihr verbunden ist, und da die Mutter 131 und die Ventilplatte 116 die Blasenwand
zwischen sich einklemmen, bleibt der Bolzen 126 stets fest mit der Blase verbunden;
es braucht auch bei häufigen Belastungswechseln nicht befürchtet zu werden, daß
sich diese Verbindung lösen könnte.
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Die Zugfedern 31, 138 können statt aus gewundenem Federstahldraht
auch aus metallischen Federn anderer Form oder z. B. elastischen Bändern bestehen.