DE1600402A1

DE1600402A1 - Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvordruckes in einem geschlossenen Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE1600402A1
Application number: DE19671600402
Authority: DE
Inventors: Alfred Eder
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1967-05-23
Filing date: 1967-05-23
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1221667A; FR1565967A; DE1600402B2

Description

Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvordruckes in einem geschlossenen Hydrauliksystem.

Die Erfindung betrifft einen Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvordruckes innerhalb eines im geschlossenen Kreislauf arbeitenden Hydrauliksystems.

Bei derartigen Hydrauliksystemen ist es erforderlich, sowohl ein bestimmtes Volumen an Arbeitsmedium, als auch ein gewisses Arbeitsvermögen in Form von Druck zu speichern.

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Außer der Betätigung der unter dem Einfluß einer Regelschaltung oder Steuerung stehenden hydraulischen Stellglieder dient dieser Druck auch dazu, den Pumpenvordruck für die den eigentlichen Arbeitsdruck erzeugende Pumpe zu liefern. In offenen Hydrauliksystemen liefert der sogenannte ölsumpf das für die Betätigung der Stellglieder erforderliche Arbeitsmedium.

Es ist bekannt, den Pumpenvordruck in einem geschlossenen Hydrauliksystem mit Hilfe eines Vorspannspeichers zu erzeugen, in dem gleichzeitig das erforderliche Volumen an Arbeitsmedium gespeichert ist; vergleiche "Aerospace Fluid Power Conference", 28/29. 10. I963, Detroit Michigan, Volume 2, Kapitel: "developing a missile hydraulic power package¹¹ - Seite 3 und 15⁺'· Hier ist die von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe im gespeicherten Arbeitsmedium angeordnet, das sich in einem zylindrischen, am-Elektromotor und Hydraulikpumpe umfassenden-Aggregat angeflanschten Behälter befindet. Der Behälter ist an seiner Stirnseite von einem auf der äußeren Behältermantelfläche gleitenden, ebenfalls als Behälter ausgebildeten, Deckel verschlossen, dessen flanschartig nach außen gebogene offene Stirnseite federbeaufschlagt ist. Im Ruhezustand wird der Pumpenvordruck allein über den federbeaufschlagten behälterförmigen Deckel geliefert, während beim Arbeiten der Einrichtung über einen in der Wandung des inneren Behälters vorgesehenen Ringraum auch das von der Pumpe gelieferte

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⁺' im Druck wegzulassen

hochgespannte Arbeltsmedium den deckeiförmigen Behälter beaufschlagt und somit den Pumpenvordruck liefert.

Ein derartiger Vospannspeicher ist für geschlossene Hydrauliksysteme nicht geeignet,"wenn diese außerhalb der Erdatmosphäre, z. B. in Trägerraketen für Satelliten und Raumkapseln eingesetzt werden. Abgesehen davon, daß die mitgeführte elektrische Energie für die Umwandlung in hydraulischen Arbeitsdruck begrenzt ist, also hydraulischer Arbeitsdruck nur bei Bedarf, d. h. intermettierend zu erzeugen ist, muß diese Umwandlung möglichst ohne Zeitverzug erfolgen, sobald ein Steuersignal gegeben ist. Vor allem aber verursacht das am Einsatsort herrschende Vakuum besondere Schwierigkeiten.

Bei dem bekannten Vorspannspeicher weisen der innere und der äußere Behälter metallisch aufeinander gleitende Flächen auf und der in seinem Volumen veränderbare Innenraum ist gegen die ihn umgebende Atmosphäre durch dynamische Dichtungen abgedichtet. Beim Arbeiten im Vakuum wird eine derartige Dichtung undicht, so daß Arbeitsmedium verloren geht und der Pumpenvordruck nicht einhaltbar ist. Beides ist beim Einsatz außerhalb der Erdatmosphäre untragbar.

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Ein weiterer großer Nachteil ist darin zu sehen, daß die aufeinander gleitenden metallischen Flächen im Vakuum kaltverschweißen können. In diesem Falle kann die Steuerungseinheit einer Trägerrakete unbrauchbar werden. Auch beim Einsatz innerhalb, der Atmosphäre können Temperaturschwankungen, Änderungen der Luftfeuchtigkeit u. a. sowie aggressive Medien die Dichtung beeinflussen oder gar zerstören. Auch dadurch wird die Funktionssicherheit der Hydraulikeinrichtung in Frage gestellt.

Schließlich ist ein weiterer Nachteil die schwere Zugänglichkeit der Hydraulikpumpe. So muß u. a. bei Störungen oder bei Service-Arbeiten an der Pumpe erst der ganze Vorspannspeicher zerlegt und entfernt werden.

Hier setzt nun die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt,„die !lachteile der bekannten Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvordruckes in einem geschlossenen Hydrauliksystem zu beheben, insbesondere einen solchen Vorspannspeicher so auszubilden, daß er auch beim Einsatz im Vakuum unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen einwandfrei ohne Leckverluste arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Behälter ein an sich bekannter Faltenbalg ist, dessen

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eine Stirnseite von einem als Kolben wirkenden Deckel und dessen andere Stirnseite von einem einen weiteren Kolben führenden Zylinder fest verschlossen ist, wobei eine KoI-benstange den Deckel und den Kolben verbindet, der gemeinsam mit der Kolbenstange eine Durchflußöffnung für das rückzuführende Arbeitsmedium aufweist, und daß mindestens eine Durchflußöffnung für das Arbeitsmedium von dem vom Faltenbalg umschlossenen Raum zu einer Pumpe führt. Hierbei bilden Deckel und Kolben einen der Druckuntersetzung dienenden Differentialkolben. Die Verbindungen zwischen Faltenbalg und Deckel, bzw. Zylinder, sind durch Schweißung hergestellt.

Bei der erfxndungsgemäßen Ausgestaltung wird der Faltenbalg von einem Führungskörper umgeben,"wobei ein Kunststoffring zwischen Deckelrand und Innenwandung des Führungskörpers als Führungsglied für den hin und her beweglichen Faltenbalg dient. Weiterhin weist der Zylinder an seiner dem Faltenbalg zugewandten Seite einen Flansch mit Ring auf, an dem die eine Seite des FaItenbälges verschweißt ist, während der-die Kolbenstange umschließende Teil eine Öffnungen aufweisende Führungsmuffe bildet, deren'öffnungen in zusammengepreßtem Zustand des Faltenbalges mit den Öffnungen der Kolbenstange kommunizieren. ■ '

Ferner ist der Zylinder von einem Gehäuse umgeben, das die Zu- und Ableitungen des Arbeitsmediums bildende Bohrungen

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aufweist und Träger des den Faltenbalg umgebenden Führungskörpers ist. -

Das Gehäuse bildet einen massiven Grundkörper, der einerseits Aufnahmeorgan für den den Reservoirraum einschließenden Faltenbalg mit seinen zur Volumenänderung und entsprechender Druckreduzierung notwendigen Gliedern sowie andererseits Zuleitungs- und Verteilergehäuse für das Arbeitsmedium mit entsprechenden Anschlußstutzen zum geschlossenen Hydrauliksystem ist.

Ein zum Expansionsraum führender Kanal stellt die Beaufschlagung des Differentialkolbens mit Hochdruckmedium, das von der Hochdruckseite des Hydrauliksysteins, nämlich zwischen Hydraulikpumpe und Verbraucher über eine Abzweigleitung unmittelbar oder unter Zuschaltung eines Hoehdruckspeichers abgenommen wird, sicher. Weitere Bohrungen im Plansch bzw. Zylinder, die in einer Ringnut am zylindrischen Rohrteil desselben enden, führen von hier aus über einen Anschlußstutzen das angesammelte und konstant auf Pumpenvordruck gehaltene Arbeitsmedium in Richtung der Hydraulikpumpe ab.

Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird erstmals erreicht, daß ein Vorspannspeicher ohne dynamische Dichtungen und ohne direkt aufeinander gleitende dichtende Mantelflächen aus Metall hergestellt werden kann.

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Auf diese Weise können Kaltverschweißungseffekte bei Einsatz unter Vakuumbedingungen nicht auftreten. Weiterhin werden Infolge der fehlenden Dichtungen Leckverluste, die besonders an pulsierend unter hohen Drücken arbeitenden Hydraulikeinrichtungen auftreten, mit Sicherheit ausgeschaltet.

Ein mit einem derartigen Vorspannspeicher ausgerüstetes geschlossenes Hydrauliksystem stellt beispielsweise bei plötzlich notwendigen Kurskorrekturen einer Trägerrakete Arbeltsmedium in ausreichendem Maße für sprunghaft ansteigende Verbrauchsspitzen ohne nennenswerten Zeitverzug zur' Verfugung, so daß die vom Arbeitsmedium beaufschlagten ·' * Stell- und Steuerorgane unmittelbar nach Steuersignalgabe mit voller Leistung ansprechen.

Um bei plötzlich ansteigenden Verbrauchsspitzen, hervorgerufen durch großei Leistungsbedarf bei den Verbrauchern sicher . zu stellen, daß der Vorspannspeicher soviel Arbeitsmedium konstanten Vordruckes In der Zeiteinheit zur Pumpe führt, wie diese Hochdruckmedium an den Verbraucher fördert, wird der über die Hochdruckseite des Hydraulikkreislaufes am Differentialkolben anstehende Hochdruck des Arbeltsmediums benutzt, den Ausstoß an Ändestvolumina zur Hydraulikpumpe aus dem Reservoir des Faltenbalges zu bewirken.

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Die Energie für diesen schnellen Förderstoß für das der Pumpe zugeführte Arbeitsmedium wird dem Hochdruckspeicher entnommen« der während des Pumpenlaufes gefüllt wird.

Da die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorspannspeichers unabhängig von Einsatzort und Einsatzart den erforderlichen Pumpenvordruck bei allen Betriebszuständen sicherstellt, sind Kavitationserscheinungen auch in den im Kreislauf mit einbezogenen Hydraulik-Aggregaten ausgeschlossen.

Schließlich ist ein weiterer Vorteil in dem geringen Einbaugewicht, der leichten Montage und dem geringen Platzbedarf ■ zu sehen.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen eines erfindungsgemäßen AusfUhrungsbeispiels.

Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Vorspannspeicher gemäß der Erfindung mit ausgedehntem Faltenbalg, im Zustand nach Ende des Saughubes,

Fig. 2 den Vorspannspeicher gemäß Figur 1 mit zusammengedrücktem Faltenbalg, im Zustand nach Ende des Druckhubes und

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Figur 3 ein Wirkungsschema des Vorspannspeichers gemäß der Erfindung innerhalb eines geschlossenen Hydrauliksystems.

In einem Gehäuse 1 ist ein Zylinder 2 angeordnet, in dem ein Kolben 3 mit einer hohlen Kolbenstange 4 gleitet. Der Zylinder 2 weist einen Flansch 18 mit aufgesetztem Ring 19 auf, mit dem ein Faltenbalg 7 verschweißt ist. An ihrem freien Ende ist die Kolbenstange 4 über einen Deckel 5 durch eine weitere Schweißverbindung 6 mit dem Faltenbalg 7 verbunden. Es ist auf diese Weise ein in sich geschlossener Behälter 9 gebildet, dessen umschlossener Raum 10 veränderbar ist und ein Reservoir für ein Arbeitsmedium darstellt. Der Behälter 9 ist von einem ebenfalls am Gehäuse 1 befestigten Führungskörper 11 für den Faltenbalg J umgeben. Ein Hochdruckspeicher 12 ist an der dem Behälter 9 gegenüberliegenden Stirnseite I3 mit dem Gehäuse 1 druckdicht verschraubt. Ein Durchflußkanal 14, an den mindestens eine, vorzugsweise mehrere Bohrungen 15 in einem Rohrteil 16 des Zylinders 2 angeschlossen sind, verbindet den Hochdruckspeicher 12 mit einem Expansionsraum 17· Der im wesentlichen aus den vorstehend genannten Teilen bestehende Vorspannspeicher kann beispielsweise mit dem Gehäuse an anderen Bauteilen eines Hydraulik-Aggregates oder an einem Traggerüst einer Hydraulikstruktur befestigt sein.

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Der die Kolbenstange 4 umschließende Teil des Zylinders 2 ist als eine mit öffnungen 20 versehene Führungsmuffe 21 ausgebildet, wobei die öffnungen 20 in zusanmengepreBtem Zustand des Faltenbalges 7 mit den öffnungen der Kolbenstange 4 kommunizieren. Über eine Ringnut 22, die sich von einer Bohrung 23 der Führungsmuffe 21 auf Höhe der öffnungen 20 absetzt, sind diese untereinander verbunden, so daß die Zuleitung über Öffnungen 37 der Kolbenstange h auch bei zusammengedrücktem Faltenbalg 7 gemäß Figur 2 zum Raum 10 gewährleistet ist. Mindestens eine, vorzugsweise mehrere Durchflußöffnungen 24 im Flansch 18 des Zylinders 2 führen über eine Ringnut 25 am Außendurchmesser 26 des Rohrteiles 16 und einen Anschlußstutzen 27 im Gehäuse 1 gespeichertes Arbeitsmedium von Raum 10 zu einer Pumpe 57 (s. Fig. 3)« An einer Stirnseite 28 des Rohrteiles 16 von Zylinder 2, befinden sich Durchlaßquerschnitte 29, die einen Raum 30 über eine von Bohrung Jl abgesetzte Ringnut 32 mit einem Ansehlußstutzen 33 verbinden.

Die hohle Kolbenstange 4 ist über einen zylindrischen Ansatz fest mit dem Kolben 3 verbunden. Sie besitzt eine in axialer Richtung von der Kolbenstirnseite 35 aus verlaufende zentrale Durchflußöffnung 36, die in querliegende Öffnungen 37 in der Wandung 38 der Kolbenstange 4 mündet, um das zurückzuführende Arbeitsmedium von Raum 30 nach Raum IO zu leiten. Der Ansatz liegt bei gedehntem Faltenbalg 7 gemäß Figur 1 am Zylinderboden 39 des Zylinders 2 an und bewirkt einerseits eine

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Hubbegrenzung beim Füllen des Raumes 10 mit Arbeitsmedium andererseits bildet er zusammen mit einem Zylinderboden 39* einer Kolbenrückseite 4o und einer Bohrung 41 den Expansionsraum 17 für das vom Hochdruekspeicher 12 über die Durchflußöffnung 14 und die Bohrung 15 anströmende Medium.

Der mit einer Entltiftungeinrichtung 42 versehene Deckel 5 ist mit einer abgesetzten Bohrung 42 auf dem Außendurchmesser 44 der Kolbenstange 4 zentriert, und über ein lösbares Verbindungselement 45 mit der Kolbenstange 4 verbunden. Weiterhin wird der Deckel 5 über einen aufgesetzten Deckelrand 46 mit einem Kunststoffring 47 an der Innenwandung 48 des Führungskörpers 11 in axialer Richtung geführt. Eine Entlüftungsöffnung 49 in der Führungshülse 11 bewirkt den

a
Druckausgleich beim Zuseiwmendrücken und Ausdehnen des

Faltenbalges 7.

Der Vorspannspeicher 55 ist durch den 'rü-chlußstutzen 27 im Gehäuse 1, an den sich eine Pumpenansaugleitung 56 unmittelbar anschließt, mit der Hydraulikpumpe 57 verbunden. In Ruhestellung des Hydrauliksystems bewirkt der als Kraftspeicher wirkende Faltenbalg 7 im Raum 10 des Vorspannspeichers 55 einen kleinen überdruck unter dem das gespeicherte Arbeitsmedium in Form eines Pumpenvordruckes an der Hydraulikpumpe 57 fortwährend ansteht. Die Hydraulikpumpe erzeugt ihrerseits während des Betriebes einen Arbeitsdruck und führt das hochgespannte Arbeitsmedium über eine Druck-

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leitung 58 zur Arbeitsleistung in Richtung Verbraucher Durch eine Abzweigleitung 60 wird gleichzeitig der mit dem Vorspannspeicher 55 gekoppelte HocMruolcspeieher 12 aufgeladen. Das im Expansionsraum 17 des Vorspamispelchers 55 anstehende Hochdruckmedium wird ^rwoa eiern aus Deckel 5 und Kolben J5 gebildeten Differentialkolben drügkuntersetzt _s so daß Arbeitsmedium der Hydraulikpiimpe 57 unter !constantem Vordruck laufend zuströmt. Das iron den "yi^b^uiöhern 59 entspannte Arbeitsmedium fließt üäsr eine Hiederdruckleitung 62, die mit dem Anschlußstutze, Jß verbunden ist, zum Vorspannspeicher 55 wieder zurück.

Patentansprüche:

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Claims

BÖLKOW Gesellschaft Ottobi-unn, 8. 5» 67

mit beschränkter Haftung SXl Saiiö/zi Ottobrunn bei München BP 635

Patentansprüche

1. Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvordruckes in einem geschlossenen Hydrauliksystem, bestehend aus einem in seinem Volumen veränderbaren Behälter, dessen eine Wandung zum Zwecke der Druckerzeugung gegen das im Vorspannspeicher befindliche Arbeitsmedium gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (9) aus einem an sich bekannten Faltenbalg (7) gebildet ist, dessen eine Stirnseite von einem als Kolben wirkenden Deckel (5) und dessen andere Stirnseite von einem einen weiteren Kolben (3) führenden Zylinder (2) fest verschlossen ist, wobei eine Kolbenstange (4) den Deckel (5) und den Kolben (3) verbindet, der gemeinsam mit der Kolbenstange (4) eine Durchflußöffnung (36, 37) für das rückzuführende Arbeitsmedium aufweist, und daß mindestens eine Durchflußöffnung (24) für das Arbeitsmedium von dem vom Faltenbalg (7) umschlossenen Raum (10) zu einer Pumpe (57) führt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) und Kolben (3) einen der Druckuntersetzung dienenden Differentialkolben bilden.

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J>. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen Faltenbalg (7) und Deckel (5) bzw. Zylinder (2) Schweißverbindungen (6, 8) sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Faltenbalg (7) stirnseitig abschließende Deckel (5) über ein lösbares Verbindungselement (45) mit der eine Durchflußöffnung (?6) aufweisende Kolbenstange (4) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Deckel (5) eine Entlüftungs einrichtung (42) für den vom Faltenbalg (7) umschlosse nen Raum (10) besitzt.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Faltenbalg (7) von einem Führungskörper (11) umgeben ist, wobei ein Kunststoffring (47) zwischen Deckelrand (46) und Innen wandung (48) des Führungskörpers (11) als zusätzliches FUhrungsglied für den hin und her beweglichen Faltenbalg (7) dient.

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7« Einrichtung naoh den Ansprüchen,'1 und 2_S dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) an seiner dem Faltenbalg (7) zugewandten Seite einen Flansch (18) mit Ring (19) aufweist, an dem die eine Seite des Faltenbalges (7) verschweißt ist, während der die Kolbenstange (4) umschließende Steil eine ■ öffnungen (20) aufweisende Führungsmuffe (21) bildet, - deren öffnungen (20) in suäsammengepreltem Zustand des Faltenfealges (7) mit den öffnungen (37) der Kolbenstange (4) kommunizieren.

8. ISiiiiPiciittang n@sfa ueu fesprllslien 1 bis 7, dadurch g e k e & Tz 3 ^lehnet, deß der Zylinder (2) von e*aem Crisis® (1) umgeben ist/ das die die Zu- und Ab-

äss ArbeitSiEsäiuffis bilöeacl®^ B©h2*uogen (27, und Träger des den Faltenbalg (?) iaügebenöen fffiärungskörpers (Ii) ist.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gehäuse (1) ein Hbchdruckspelcher (12) unmittelbar verschraubt ist, der über eine DurehflußSffmjng (14) mit einem zwischen Kolben (3) und Zylinderboden (39) befindlichen Expansionsraum (17) verbunden ist.

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