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Druckmittelbehälter mit starrem Gehäuse und Trennwand Die Erfindung
betrifft einen Druckbehälter mit einem starren Gehäuse und zwei durch eine bewegliche
Trennwand und eine zusätzliche Trennwand abgeteilten Druckmittel aufnehmenden Kammern,
bei welchem die beiden Trennwände verschiedene Widerstandsfähigkeit und/oder Durchlässigkeit
gegenüber verschiedenen Druckmitteln haben.
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Bei Druckmittelbehältem mit einer Druckmittel enthaltende Kammern
abteilenden, nachgiebigen Trennwand hat es sich gezeigt, daß das Druckmittel in
langen Zeiträumen, wenn auch in geringem Maße, die Möglichkeit hat, von einer Kammer
in die andere überzutreten. Die meisten Druckbehälter verwenden als Energieträger
ein hochkomprimiertes Gas, das dann durch die nachgiebige Trennwand zum Flüssigkeitsraum
diffundiert. Dadurch vermindert sich in nachteiliger Weise die Federkraft des Druckbehälters,
außerdem wird die Wirksamkeit eines an die Flüssigkeitskammer angeschlossenen hydraulischen
Systems durch das Übertreten auch schon kleiner Gasmengen beeinträchtigt.
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Es ist ein Druckbehälter bekanntgeworden, bei dem eine zusätzliche
Trennwand aus elastischem Material vorgesehen ist. Dabei ist jede der Trennwände
nur für das Druckmittel undurchlässig, mit dem sie in unmittelbarer Berührung steht.
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Ein grundsätzlicher Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß
alle elastischen Werkstoffe mehr oder weniger gasdurchlässig sind. Außerdem sind
viele elastische Werkstoffe nicht widerstandsfähig gegenüber einer Reihe von Flüssigkeiten,
die in Druckspeichern oder Druckübertragern verwendet werden.
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Ein weiterer Nachteil dieses Druckbehälters ergibt sich daraus, daß
sich die Trennwände durch den (auf die Außenseite der Trennwände wirkenden) Gasdruck
bei sich leerender (innenliegender) Ölkammer so stark falten, -daß scharfe Knicke
entstehen, die zu einer schnellen Zerstörung der Trennwände führen.
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Ebenfalls ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß das zwischen
den Trennwänden und dem Gehäuse befindliche Gas kein Abstützen der Trennwand auf
der Innenfläche des Gehäuses bei sich füllendem Speicher zuläßt. Die Ausdehnung
der Trennwand ist daher nicht eindeutig abgegrenzt. Es besteht dann die Gefahr,
daß die Trennwand reißt, wenn eine große Ölmenge eingeführt wird.
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Der Erfindung liegt .demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Druckbehälter
zu schaffen, dessen durch eine bewegliche Trennwand abgeteilte und Druckmittel enthaltende
Kammern einwandfrei dicht gegeneinander abgeschlossen sind, der zuverlässig im Betrieb
ist, hohe Lebensdauer besitzt, keiner Wartung bedarf und ein besseres Ausnutzen
des Behälterraumes erlaubt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zusätzliche Trennwand
aus nicht elastischem, gegen alle im Behälter aufzunehmenden Druckmittel undurchlässigem
Werkstoff besteht und daß ihre Größe und Form mindestens der durch die Endlage der
ersten Trennwand bestimmten maximalen Größe der von dieser abgeschlossenen Kammer
entsprechen.
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Dadurch werden die eingangs erwähnten Nachteile vermieden. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
eines Druckbehälters mit einer ausgebreiteten, aber nicht wesentlich gedehnten Blase;
F i g. 2 ist ein F i g. 1 entsprechender Schnitt mit teilweise zusammengedrückter
Blase; F i g. 3 ist ebenfalls ein Schnitt entsprechend F i g. 1 mit in ihre, Endlage
ausgedehnter Blase; F i g. 4 gibt in einem Teilschnitt eine zweite Ausführungsform
der Blase wieder; F i g. 5 ist ein Teilschnitt einer dritten Ausführungsform mit
anderen Mitteln zum Befestigen der Blasen; F i g. 6 gibt eine vierte Ausführungsform
im Längsschnitt wieder.
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Der in F i g. 1 bis 3 dargestellte Druckbehälter ist ein Druckspeicher
mit einem Gehäuse 11, das aus starrem Werkstoff, wie Stahl, Aluminium-Guß od. ä.
besteht
und hohen Drücken standhalten kann. Es hat eine Öffnung 12 für den Anschluß
von Gas und eine Öffnung 13 für den Anschluß von Flüssigkeit; beide Öffnungen liegen
einander gegenüber.
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Das Gehäuse ist zylindrisch mit halbkugeligen Enden; es kann aber
auch in Kugelform ausgebildet sein. Es enthält eine zusammenfaltbare und dehnbare
Blase 14, die aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, Kunststoff oder einem
ähnlichen Werkstoff besteht und in dem ausgebreiteten, aber nicht wesentlich gedehnten
Zustand nach F i g. 1 kleiner als der Innenraum des Gehäuses 11 ist. Die Längsachse
der Blase stimmt mit der Achse der Öffnungen 12 und 13 überein; die Blase teilt
eine Gas- und eine Ölkammer voneinander ab.
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Die dargestellte Blase kann aus der Form nach F i g. 1 zusammengefaltet
werden ähnlich F i g. 2 oder sich ausdehnen in eine dem Gehäuse ähnliche Form nach
F i g. 3. Die Blase ist, wenn auch in geringem Maße, für Gas durchlässig, muß jedoch
mit Rücksicht auf ihre sonst erforderlichen Eigenschaften aus Werkstoff .der genannten
Art bestehen.
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An ihrem einen Ende hat die Blase eine Öffnung mit verstärktem Rand
15. In der Nähe dieses Randes an der Stelle 16 hat sie ihren größten Durchmesser;
an diese Stelle schließt sich ein Abschnitt 17 an, der bis zu dem Ende
18 im wesentlichen kegelige Form hat.
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Die Blase 14 ist in dem Gehäuse 11 befestigt mit Hilfe eines Haltestücks
21, das aus einem Bolzen 22
und einer Endscheibe mit vorstehendem Flansch
23 besteht. Eine Ringnut 24 ist auf der Oberseite 25 des Flansches
angebracht; sie nimmt den verdickten Rand 15 der Blase auf.
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Innerhalb der Blase 14 liegt eine zweite Blase 27
aus
dünnem, biegsamem Werkstoff, die so groß ist, daß sie, wie in F i g. 3 dargestellt,
das Innere des Behälters im wesentlichen vollständig ausfüllen kann. Sie besteht
aus völlig dichtem und nicht elastischem Werkstoff, z. B. Polyvinylchlorid.
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Der Rand 28 der Blase 27 liegt ebenfalls in der Ringnut
24 des Haltestücks 21. Wenn die Teile wie in F i g. 1 zusammengefügt
sind, werden sie mit Hilfe einer Mutter 29 festgeklemmt, die auf den nach
außen ragenden Bolzen des Haltestücks aufgeschraubt ist. Eine Ringschulter
31 am Übergang des Bolzens zu seinem Flansch legt sich dabei gegen den Rand
der Öffnung 12 und verhindert, daß die Ränder 15, 28 der Blasen durch zu
starkes Anziehen der Mutter abgequetscht werden.
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Die dargestellte Form der elastischen Blase 14 und des Gehäuses
11 hat zur Folge, daß der Abstand der Blase in der Lage nach F i g. 1 von der Innenseite
des Gehäuses, ausgehend von der Stelle 16 mit größtem Durchmesser der Blase,
bis zu ihrem frei liegenden Ende 18 fortlaufend zunimmt. Größe, Form und Elastizität
der Blase sind so gewählt, daß sich die Blase beim weiteren Ausdehnen fortschreitend
von der Stelle 16 ab an die Innenfläche des Gehäuses anlegt.
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Wenn die Blase 14 in die Lage nach F i g. 2 zusammengedrückt
wird, legt sich die zweite Blase 27, welche die in F i g. 3 .dargestellte Größe
hat, in eine große Anzahl Falten; wenn sich die Blase 14 ausdehnt, wird die
zweite Blase ebenfalls ausgebreitet, bis sie ihre volle Ausdehnung nach F i g. 3
erreicht.
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Der beschriebene Speicher wird zuerst dadurch vorgespannt, daß unter
Druck stehendes Gas durch das Haltestück 21 eingeführt wird und die zweite Blase
27 füllt, so daß sich diese und die dehnbare Blase 14 nahezu im ganzen Gehäuse ausbreiten.
Darauf wird das Haltestück 21 verschlossen und ein Druckmittel, beispielsweise Öl,
unter einem die Vorspannung wesentlich übertreffenden Druck durch das Gehäuse 42
eingeführt. Dadurch werden die vorgespannten Blasen zusammengedrückt, so daß sie
eine Zwischenstellung, beispielsweise nach Fig. 2, einnehmen. Darauf schließt man
ein nicht dargestelltes, den Flüssigkeitszulauf steuerndes Ventil.
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Wenn die in dem Behälter gespeicherte Energie benutzt werden soll,
wird dieses Ventil geöffnet. Die Blasen 14 und 27 .dehnen sich aus und drücken Flüssigkeit
durch die Öffnung 13 heraus. Da sich die Blase 14 in der beschriebenen Weise fortschreitend
an die Gehäusewand anlegt, bilden sich keine Flüssigkeitstaschen. Infolgedessen
wird so gut wie alle im Gehäuse 11 eingeschlossene Flüssigkeit hinausgedrückt. Ist
die Blase so weit ausgedehnt, daß sie auf den Ventilteller 51 trifft, so legt sich
dieser auf seinen Sitz und schließt dabei den ölauslaß, so daß die Blase nicht hinausgequetscht
werden kann. Das Ventil ist geschlossen, wenn die Blase 14 so gut wie die
ganze Innenfläche des Gehäuses 11 berührt und alles Öl ausgetrieben ist.
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Da die zweite Blase 27 nicht durchlässig ist, bleibt der vorgespannte
Behälter lange Zeit betriebsbereit, ohne daß die Gefahr bestünde, daß Gas in das
Öl gelangt, wodurch der Druck vermindert würde, der beim Gebrauchen des Speichers
zur Verfügung steht, und ohne daß sich Gas und Öl mischen könnten, was besonders
nachteilig ist, wenn sich diese Druckmittel chemisch oder physikalisch beeinflussen.
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Wenn auch zunächst im Zwischenraum S zwischen beiden Blasen Gas eingeschlossen
sein kann, wird es sofort ausgetrieben, wenn der Behälter in Gebrauch genommen wird
und sich die zweite Blase 27
an die Blase 14 anschmiegt. Gegebenenfalls können
besonders kleine Öffnungen 61 in der Blase 14 vorgesehen werden, wie sie in F i
g. 4 dargestellt sind. Durch diese kann Gas aus dem Zwischenraum S beim Vorspannen
des Speichers austreten. Nachdem das geschehen ist, kann kein Gas mehr in diesen
Zwischenraum kommen.
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Wenn der Zwischenraum S zwischen den Blasen 14 und
27 eine Zuleitung erhalten soll, um ihn zu entlasten oder mit zusätzlichem
Druckmittel aufzuladen, ist die Ausbildungsform nach F i g. 5 vorzuziehen. Dort
wird ein Haltestück 21' verwendet mit einem im wesentlichen zylindrischen Bolzen
22' und einer Endscheibe mit seitlichem Flansch 23' an einem Ende desselben.
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Der Flansch hat eine Ringnut 24' auf seiner Oberseite 25' und eine
Schulter 65 am Übergang des Bolzens in den Flansch oberhalb der Oberseite 25' des
Flansches. Die Ringnut 24' nimmt den verdickten Rand 66 der Öffnung der nicht elastischen
Blase 27' auf.
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Um den Bolzen 22' ist eine Zwischenscheibe 67 gelegt;
sie hat eine Mittelbohrung 68. Der an diese Bohrung anschließende Teil der Unterseite
dieser Scheibe liegt auf der Schulter 65; die Unterseite hat eine Ringnut 69, welche
ebenfalls den Rand 66 der Blase 27' aufnimmt. Die axiale Lage des Haltestücks 21'
wird von einer an ihm angebrachten Schulter 70 bestimmt, die sich gegen die Innenwand
des Gehäuses 11 legt.
Die Zwischenscheibe 67 hat einen einwärts
stehenden Fortsatz 71 am inneren Ende der Mittelbohrung 68, der dazu dient,
den restlichen Teil der Mittelbohrung im Abstand von dem Bolzen 22' zu halten. Auf
der Oberseite der Zwischenscheibe 67, 67' liegt eine Ringnut 72, welche den verdickten
Rand 15' der Öffnung der Blase 14' aufnimmt.
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Der Zwischenraum S' zwischen den Blasen 14' und 27' ist mit dem Äußeren
des Behälters über einen radialen Kanal 74 durch die Zwischenscheibe 67 hindurch
verbunden, der zu deren Mittelbohrung 68 führt. Der Bolzen 22' hat einen Längskanal
75 und einen Seitenkanal 76, der in die Bohrung 68 führt. In das äußere Ende des
Längskanals 75 kann eine abdichtende Schraube 77 eingesetzt werden.
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Um den Bolzen 22' liegen auch eine starre Klemmplatte 78, die sich
über den verdickten Rand 15' der Blase 14' hinweg erstreckt, und eine zwischen dieser
und der Gehäusewand befindliche elastische Scheibe 79.
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Wenn eine auf den nach außen ragenden Teil des Bolzens 22' aufgeschraubte
Mutter 29' angezogen wird, werden :die Ränder der Blasen 14' und 27 fest
in ihrer Lage gehalten. Eine Schulter 70 des Bolzens legt sich dabei gegen den Rand
der Öffnung 12' und verhindert dadurch, daß die Scheibe 79 durch zu starkes Anziehen
der Mutter abgequetscht wird.
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Bei dieser Ausbildungsform kann in dem Zwischenraum S' zwischen den
Blasen 14' und 27' befindliches Gas vollständig entfernt und gegebenenfalls eine
Zwischenflüssigkeit eingeführt werden. Wenn z. B. auf die Außenseite der Blase 14'
eine radioaktive Flüssigkeit, auf die Innenseite der undurchlässigen Blase 27' eine
nicht radioaktive Flüssigkeit zugeleitet wird, kann. in den Zwischenraum S' eine
Schutzflüssigkeit eingeführt werden, welche eine radioaktive Verunreinigung der
nicht radioaktiven Flüssigkeit verhindert.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 bis 5 bewirkt die dehnbare
und etwas durchlässige Blase 14, 14' in der beschriebenen Form, daß das Öl
so gut wie vollständig aus dem Gehäuse ausgeschoben wird; die nicht elastische,
undurchlässige Blase 27, 27' verhindert dieses vollständige Ausschieben in keiner
Weise, verhütet aber unter allen Umständen, daß Gas in die Ölkammer dringt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 hat der Behälter ein zylindrisches
Gehäuse 81 mit an seinen Enden befestigten Kappen 82, 83. In dem Gehäuse ist gleitend
ein Kolben 84 untergebracht, der an seinem Umfang zwei Ringnuten 85 hat. In diese
sind O-Ringe 86 eingelegt, welche den Kolben gegen das Gehäuse abdichten. Der Kolben
hat eine Axialbohrung 87, die durch eine Schraube 88 verschlossen werden kann.
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In dem Gehäuse 81 liegt zwischen dem als Trennwand dienenden Kolben
84 und .der Kappe 82 eine zweite Trennwand 89, die als Blase aus dünnem biegsamem
Werkstoff ausgebildet und so groß ist, daß sie das Innere des Gehäuses vollständig
ausfüllt, wenn der Kolben 84 an der Kappe 83 anliegt. Die Trennwand 89 kann
aus demselben unelastischen und undurchlässigen Werkstoff bestehen, wie für die
Blasen 27, 27' angegeben wurde.
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Die Öffnung 91 der Blase 89 liegt zwischen dem Ende 92 des Gehäuses
81, in das ein Dichtring 93 eingelegt ist, und der Kappe 82. Letztere hat einen
einwärts ragenden Vorsprung 94, der die Bewegung des Kolbens 84 in Richtung
auf die Kappe 82 begrenzt, um ein scharfes Zusammenfalten der Blase 89 zu
verhindern.
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Damit die Blase nicht durch den Zwischenraum zwischen -der Wand des
Gehäuses 81 und dem Kolben 84 hindurchgequetscht wird, hat der Kolben einen Abstreifring
95, der an einem Ende am Kolben befestigt ist und mit seinem andern, in eine Kante
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auslaufenden Ende federnd gegen die Gehäusewand anliegt: Bei dem beschriebenen
Speicher können zwei Druckmittel, wie Druckgas und. Öl, durch eine Leitung 97 in
der Kappe 82 und eine Öffnung 98 in der Kappe 83 in die beiden Kammern
99, 101 auf beiden Seiten des Kolbens 74 geleitet werden. Wenn beispielsweise
das Gas in der undurchdringlichen Blase 89 aufgenommen ist, kann es nicht von der
Kammer 99 am Kolben 84 vorbei in die Kammer 101 kommen, auch wenn der Behälter lange
Zeit unter Druck steht.
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Die Schraube 88 kann abgenommen werden, wenn der Zwischenraum S zwischen
der Blase 89 und dem Kolben 84 entleert werden oder eine kleine Menge Öl
in den Zwischenraum gefüllt werden soll, damit trockene Reibung zwischen der undurchlässigen
Blase 89 und der Wand des Gehäuses 81 vermieden wird, welche beim Hin- und Hergehen
des Kolbens 84 die Blase beschädigen könnte.
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Behälter nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen verhindern,
auch wenn sie über lange Zeiträume hinweg untätig unter Vorspannung gehalten wurden,
mit Sicherheit das Vermischen der zwei verschiedenen in ihnen aufgenommen Druckmittel.