DE1172910B

DE1172910B - Druckbehaelter

Info

Publication number: DE1172910B
Application number: DEO5605A
Authority: DE
Inventors: Jean Mercier
Original assignee: Olaer Patent Co
Current assignee: Olaer Patent Co
Priority date: 1957-07-11
Filing date: 1957-07-11
Publication date: 1964-06-25

Description

Druckbehälter Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter, insbesondere Druckspeicher, mit einem an eine hydraulische Anlage angeschlossenen Vorratsraum und einem durch eine nachgiebige Zwischenwand von dem Vorratsraum getrennten, abgeschlossenen und ein Gas enthaltenden Federraum, dessen Druck von einem flüssigkeitsgefüllten, mit einer Zuleitung und insbesondere dem Vorratsraum verbundenen Regelraum veränderlicher Größe beeinflußt ist.
Es ist bekannt, Druckbehälter, die keinen Regelraum haben, mit einer hydraulischen Anlage zu verbinden, in der kurzzeitige Druckschwankungen und auch länger andauernde Druckveränderungen auftreten. Je nach der herrschenden Druckhöhe befindet sich das elastische Mittel im Federraum in verschiedenem Zustand. Es ist z. B. ein verschieden stark komprimiertes Gas. Treten nun Druckschwankungen gleicher Größe auf, so reagiert das elastische Mittel verschieden, je nachdem ob es unter hohem oder geringem Druck steht. Dieses Verhalten ist für hydraulische Anlagen der verschiedensten Art störend. Dazu kommt, daß bei höherem Druck das elastische Mittel in Gefahr steht, durch Druckstöße bis über die Grenze seiner Arbeitsfähigkeit belastet zu werden, so daß das Mittel selbst oder z. B. eine dieses umschließende Blase zerstört werden können.
Es ist auch bekannt, den Gasraum eines Druckspeichers teilweise mit einer bestimmten und gleichbleibenden Flüssigkeitsmenge zu füllen und dadurch das vollständige Zusammendrücken einer den Gasraum umschließenden Blase zu verhindern; diese Maßnahme ist aber nicht dazu geeignet, alle vorstehend genannten Anforderungen zu erfüllen.
Weiter ist bekannt, einen Druckspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Vorratsraum und Federraum durch einen Kolben voneinander getrennt in einem zylindrischen Gehäuse liegen und daß mit dem Gas enthaltenden Federraum ein Ausgleichsbehälter durch verhältnismäßig enge Anschlüsse verbunden ist. Dieser ist wiederum durch eine bewegliche Zwischenwand unterteilt; dieStellung der Zwischenwand wird dadurch bestimmt, daß ihre von der Gasfüllung abgewandte Seite über eine Drossel mit dem Flüssigkeitseinlaß des Druckbehälters verbunden ist. Zwischen der Flüssigkeitsseite des Druckbehälters und der Gasseite des Ausgleichsbehälters ist eine elastische Zwischenwand mit verhältnismäßig kleinem Spielraum untergebracht.
Diese Einrichtung dient dazu, bei langsamen Druckänderungen auf der Flüssigkeitsseite des Behälters auch den Druck auf derGasseite entsprechend zu erhöhen, so daß die elastische Zwischenwand unabhängig von diesen Druckänderungen stets auf beiden Seiten mit dem gleichen Druck beaufschlagt und in ihrer ungespannten Lage bleibt. Druckstöße, die zur Flüssigkeitsseite des Druckbehälters kommen, werden dagegen federnd und unter Verformung der elastischen Zwischenwand von der Gasfüllung aufgenommen, soweit das Arbeitsvermögen der Zwischenwand zur übermittelung des Stoßes ausreicht.
Die Einrichtung wirkt daher so, daß selbsttätig und ohne die Möglichkeit einer Beeinflussung jeder Druckhöhe eine bestimmte Größe des gesamten Gasraumes entspricht, d. h. zu jedem Druck ein bestimmtes Federverhalten dieses Raumes, eine bestimmte Feder-Charakteristik gehört. Sie wird mit steigendem Druck steiler, d. h., zum Zusammendrücken des federnden Gases um jeweils gleiche Rauminhalte wird eine immer größer werdende Kraft benötigt. Dieses Verhalten ist nicht immer erwünscht, besonders wenn man mit dem Behälter nicht nur kleinere Stöße einer Rohrleitung abdämpfen will, sondern auch andere Aufgaben erfüllt werden sollen. Die bekannteEinrichtung ist dafür nicht geeignet. Sie kann insbesondere nicht eine bestimmte Energiemenge aufspeichern und zu einem beliebigen Zeitpunkt oder im Rahmen des Abdämpfens einer bewegten Masse gleich anschließend wieder abgeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche erlaubt, die Feder-Charakteristik des Druckbehälters willkürlich oder besonderen Betriebsbedingungen entsprechend zu verändern, z. B. beim Abfedern von Massen in einem bestimmten Verhältnis zur Größe dieser Massen, zu den erwarteten Stoßfolgen etwa infolge eines Straßenzustandes, oder z. B. zur Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, in dem diese Anlage als Federelement verwendet ist. Ferner soll die Trennwand des Druckbehälters einen ausreichenden Arbeitsbereich haben, der auch voll ausgenützt werden kann. Der Behälter soll unmittelbar, rasch und ohne unerwünschte Dämpfung auf Druckstöße federnd ansprechen. Schließlich soll die Anlage einfach gebaut sein, d. h. ohne besondere zusätzliche Behälter auskommen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Regelraum innerhalb des Federraums liegt und daß die Zuleitung zum Regelraum Steuermittel enthält, welche Zu- und Abfiuß der Regelflüssigkeit zum und vom Regelraum beeinflussen und die @7engenänderung der Regelflüssigkeit abweichend von einer Proportionalität mit den Druckänderungen des Vorratsraums erlauben.
Dadurch wird eine verhältnismäßig einfache und billige, kompakte Einrichtung geschaffen, welche leicht und rasch den verschiedensten Aufgaben oder Betriebszuständen angepaßt werden kann. Das wirkt sich beispielsweise auch bei solchen Druckbehältern aus, die zum Dämpfen von Stößen in Spülleitungen bei Tiefbohrern dienen. Der Betriebsdruck des Spülmittels steigt mit der Tiefe des Bohrloches an, das Abfedern der Stöße soll aber nicht im gleichen Verhältnis härter werden. Die Einrichtung läßt sich je nach dem verlangten Verhalten einstellen. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist z. B. bei Pressen gegeben, die je nach Größe der Preßform verschieden hohe Drücke auszuüben haben, z. B. im Verhältnis 1 : 10. Der Druckbehälter soll bei allen Druckhöhen in ähnlicher Art elastisch abfedernd wirken und einen Energievorrat zum Andrücken zur Verfügung halten. Charakteristik der Federung und Größe des Energievorrats lassen sich bei einer Anlage nach der Erfindung bequem steuern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform im Schnitt mit einem Teil einer hydraulischen Anlage, F i g. 2 eine weitere Ausführungsform im Schnitt, , F i g. 3 den Schnitt durch eine dritte und F i g. 4 durch eine vierte Ausführungsform.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist ein Druckspeicher 1. über eine Leitung 2 an eine hydraulische Anlage angeschlossen, die von einer Pumpe 3 ; unter Druck gesetzt wird. Der Speicher hat ein Gehäuse 4 mit einem Deckel 5; zwischen aufeinanderliegenden Flanschen dieser Teile ist der Flansch 6 einer sackartigen Blase 7 eingespannt. Diese Blase teilt im Inneren des Druckspeichers einen Vorrats- ; rauen 8 und einen Federraum 9 ab.
Der Vorratsraum ist durch eine Öffnung 10 mit der Leitung 2 verbunden. In der Öffnung ist ein Ventil 11 untergebracht, das von einer Feder 12 offen gehalten wird, bis die sich ausdehnende Blase das Ventil berührt, sein Schließglied verschiebt und dadurch die Öffnung 10 abschließt. Der Vorratsraum 8 ist mit Drucköl gefüllt, das durch die Leitung 2 zugeführt wurde.
Der Federraum 9 hat einen Gaseinlaß 13, in den e ein Rückschlagventil 14 eingesetzt ist. Durch den Einlaß ist Gas mit einem derartigen Druck in den Federraum 9 eingeführt worden, daß der Druck des eingeschlossenen Gases bei einer mittleren Stellung der Blase 7, das heißt bei mittlerer Füllung des Druckspeichers, gleich dem am häufigsten in der hydrauli@chen Anlage herrschenden Druck ist.
In den Federraum 9 ist eine kleinere Blase 15 eingesetzt. Sie ist an dem Deckel 5 mit Hilfe eines Halters 16 befestigt. Eine Leitung 17 ist durch das Innere des Halters mit dem Inneren der Blase 15 verbunden und führt zu einem Schalthahn 18. An diesen ist einerseits eine Pumpe 19 angeschlossen, andererseits eine Leitung 20, die über ein Rückschlagventil 21 und eine dazu parallel geschaltete Drossel 22 zu der Leitung 2 führt, und noch eine Hilfsleitung 23.
Steigt der Druck in der hydraulischen Anlage und damit auch der Leitung 2 vor der Öffnung 10, so wird die Blase 7 und mit ihr das im Federraum 9 enthaltene Gas zusammengedrückt. Einer bestimmten Druckzunahme entspricht eine bestimmte Abnahme des Volumens. Diese Abhängigkeit wird durch die Federcharakteristik des Speichers dargestellt. Sie bleibt gleich, solange sich das Volumen der Blase 15 nicht verändert. Dieses Volumen wird von einer Flüssigkeitsmenge 24 bestimmt, die in der Blase enthalten und in der dargestellten Lage des Schalthahns 18 nach außen abgeschlossen ist.
Soll die Federcharakteristik des Speichers willkürlich verändert werden, so läßt man durch entsprechendes Verdrehen des Schalthahns 18 Drucköl von der Pumpe 19 in die Blase 15 treten oder Drucköl über die Hilfsleitung 23 ausfließen. Wird die Blase 15 vergrößert, so wird das Gas im Federraum 9 auf einen engeren Raum zusammengedrückt, und die Federung wird »härter«; beim Entleeren der Blase wird sie »weicher«.
Stellt man den Schalthahn 1.8 so, daß die Leitungen 17 und 20 verbunden sind, so wird die Füllung der Blase 15 von der Druckhöhe in der Leitung 2 beeinflußt. Ein Druckanstieg kann sich rasch über das Rückschlagventi121 auswirken und den Inhalt der Blase 15 vergrößern. Fällt der Druck ab, so kann Flüssigkeit über die Drossel 22 von der Blase 15 ausströmen. Auf diese Weise wird automatisch die Federung mit größer werdendem Anlagendruck härter eingestellt. Dabei wird gleichzeitig eine zu starke Verformung der Blase 7 vermieden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 hat ein Druckspeicher 25 ein Gehäuse 26, in dem an einem Ende eire mit der Leitung 2 verbundene Öffnung 27, am entgegengesetzten Ende eine Öffnung 28 angebracht ist. In der Öffnung 28 sitzt ein Halter 29, der eine Blase 30 im Innern des Gehäuses 26 festhält. Durch den Halter29 ist dichtend ein Rohr31 geführt, dessen unteres Ende erweitert ist und Löcher 32 hat. Sein oberes Ende ist durch eine Leitung 33 über ein Rückschlagventi134 und eine dazu parallel geschaltete Drossel 35 mit der Leitung 2 verbunden.
Der unterhalb der Blase 30 liegende Vorratsraum 36 des Speichers ist mit Flüssigkeit aus der Leitung 2 gefüllt. In dem von der Blase 30 umschlossenen Federraum befinden sich die durch die Leitung 33 eingeführte Flüssigkeit und darüber das unter gleichem Druck stehende Gas. Die Gefahr einer Vermischung beider Druckmittel ist sehr klein, da die gemeinsame Oberfläche klein ist und die Regelflüssigkeit an der von der Oberfläche am weitesten entfernten Stelle entnommen wird.
Die Menge der im Federraum 37 befindlichen Flüssigkeit hängt von dem Druck der Leitung 2 ab. Steigt dieser Druck an, so wird durch die Drossel 35 langsam weitere Flüssigkeit in die Leitung 33 geschoben, welche das Gas in dem Federraum 37 stärker komprimiert. Fällt der Druck in der Leitung 2, so wird das Gas rasch entspannt, da Flüssigkeit über das Rückschlagventil abfließt. Es handelt sich dabei im Vergleich mit der Füllung der hydraulischen Anlage und des Vorratsraums 36 stets um kleine Mengen von Regelflüssigkeit, die durch die Leitung 33 fließen. Das Rohr 31 dient gleichzeitig als Stütze für die Blase 30.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist an dem Gehäuse 40 eines Druckspeichers 41 eine Blase 42 so angebracht, daß ihr Inneres durch einen Halter 43 und eine auf der Unterseite des Gehäuses 40 liegende Öffnung 44 hindurch an eine Leitung 45 angeschlossen ist. Auf der Oberseite des Gehäuses liegt eine Öffnung 46 mit einem Ventil 47, in welche die von der hydraulischen Anlage kommende Leitung 2 mündet. Die Leitung 45 ist über eine Drossel 48 an die Leitung 2 angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform liegt der flüssigkeitsgefüllte Vorratsraum 49 auf der nach oben gerichteten Seite des Druckspeichers. Der untenliegende Federraum 50 ist zu einem Teil mit Gas 51, zu einem Teil mit Regelflüssigkeit 52 gefüllt, deren Menge von dem in der Leitung 2 herrschenden Druck abhängt. Auf dem Spiegel der Regelflüssigkeit 52 liegt ein Schwimmer 53.
Der Speicher arbeitet in derselben Weise wie die Speicher nach den F i g. 1 und 2. Ist der Druck in der hydraulischen Anlage so weit gesunken, daß die Regelflüssigkeit 52 ganz aus der Blase 42 herausgedrückt wird, so legt sich der Schwimmer 53 gegen die Innenseite des Halters 43 und verhindert so das Austreten von Gas in die Leitung 45.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 hat der Speicher 54 ein dem Ausgangsbeispiel nach F i g. 1 ähnliches Gehäuse 55 mit einem Deckel 56, der nun auf der nach unten gerichteten Seite des Speichers liegt. Zwischen die Flanschen dieser beiden Teile ist der Rand einer Blase 57 eingespannt. Der oberhalb der Blase liegende Vorratsraum 58 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 mit der Leitung 2 verbunden. In dem Federraum 59 liegt eine Blase 60 mit verhältnismäßig starken Seitenwänden. Sie ist mit einem Halter 61 an dem Deckel 56 befestigt und durch dessen Inneres mit einer Leitung 62 verbunden. Diese führt über eine Drossel 63 und ein dazu paralleles, federbelastetes Rückschlagventil 64 zur Leitung 2.
Die Arbeitsweise dieses Speichers ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3. Von der Leitung 2 kommender Überdruck wirkt sich bis zu einer gewissen, durch die Kraft der Feder im Rückschlagventil 64 bedingten Größe rasch auf die Menge der in der Blase 60 enthaltenen Flüssigkeit 65 aus. Die Drossel 63 erlaubt das langsame, völlige Einwirken des Druckes und die langsame Entleerung der Blase 60, wenn der Druck in der Leitung 2 wieder sinkt. Ist die Blase 60 leer, so faltet sie sich zusammen; ihre Wände sind so fest und dick, daß sie dem im Federraum enthaltenen Gas 59 den Ausweg in die Leitung 62 versperren.
Der die Regelflüssigkeit enthaltende Teil des Federraums kann statt an die hydraulische Anlage an Druckgeber anderer Art angeschlossen sein, die beispielsweise vom Betriebszustand eines Fahrzeugs oder eines Motors beeinflußt sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Druckbehälter, insbesondere Druckspeicher, mit einem an eine hydraulische Anlage angeschlossenen Vorratsraum und einem durch eine nachgiebige Zwischenwand von dem Vorratsraum getrennten, abgeschlossenen und ein Gas enthaltenden Federraum, dessen Druck von einem flüssigkeitsgefüllten, mit einer Zuleitung und insbesondere dem Vorratsraum verbundenen Regelraum veränderlicher Größe beeinflußt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Regelraum innerhalb des Federraums liegt und daß die Zuleitung zum Regelraum Steuermittel (18, 21, 22; 34, 35; 48; 63, 64) enthält, welche Zu- und Abfluß der Regelflüssigkeit zum und vom Regelraum beeinflussen und die Mengenänderung der Regelflüssigkeit abweichend von einer Proportionalität mit den Druckänderungen des Vorratsraumes erlauben.
2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelflüssigkeit von dem den Federraum (9) füllenden Gas in an sich bekannter Weise durch eine zweite biegsame Wand (15) getrennt ist.
3. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (37) eine nach außen führende CSffnung (28) für den Zu- und Abfluß der Regelflüssigkeit aufweist und Mittel (31, 32) vorgesehen sind, die das Entweichen des Gases aus dem Federraum verhindern, aber das Ändern der Flüssigkeitsmenge erlauben.
4. Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gegen das Gas offenliegenden Oberfläche der im Federraum (50) befindlichen Regelflüssigkeit (52) ein Schwimmer (53) liegt, der den am tiefsten Punkt des Federraums liegenden Auslaß des Federraums verschließt, wenn die Flüssigkeit aus dem Federraum entfernt ist (F i g. 3).
5. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Federraum (59) befindliche Regelflüssigkeit (65) in einer zusammenfaltbaren Blase (60) untergebracht ist, deren Wand von einer derartigen Stärke und Steifigkeit ist, daß die Blase im entleerten Zustand den Auslaß des Federraums versperrt, ohne in diesen hineingepreßt zu werden (F i g. 4).
6. Druckbehälter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (37) auf der nach oben gerichteten Seite des Druckbehälters (25) liegt und teilweise mit Regelflüssigkeit (38) gefüllt ist und daß in diese ein Rohr (31) ragt, das an der Oberseite des Federraums herausgeführt ist und gleichzeitig als Stütze für die Blase (30) dient (F i g. 2).
7. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Öffnung für die Regelflüssigkeit (24) getrennter Gaseinlaß (13) an dem Federraum (9) angeordnet und insbesondere mit einem Rückschlagventil (14) versehen ist das sich nur in Richtung nach dem Inneren des Federraumes hin öffnet (F i g. 1). B.
Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum (8) mit dem die Regelflüssigkeit (24) enthaltenden Teil des Federraumes (9) durch eine Leitung (20) verbunden ist, welche den Druck zur Regelflüssigkeit übermittelt, und in die Schaltmittel (18, 21) zum Beeinflussen des Durchflußwiderstands eingeschaltet sind (Fig. 1 und 2).
9. Druckspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung (20) ein Rückschlagventil (64) eingeschaltet ist, das insbesondere von einer vorgespannten Feder mit einer bestimmten Kraft belastet ist (F i g. 4). 1ß. Druckspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (21,34) parallel zu einer Drossel (22, 35) geschaltet ist (F i g. 1 und 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 635 883; USA.-Patentschrift Nr. 2 592 613.