DE1600402B2

DE1600402B2 - Vorspannspeicher zur Erzeugung eines Pumpenvorderdruckes in einem geschlossenen Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE1600402B2
Application number: DE19671600402
Authority: DE
Inventors: Alfred &GQQ München 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: 1970-12-17
Also published as: GB1221667A; FR1565967A; DE1600402A1

Description

Die Erfindung betrifft einen 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.

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

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

Ein derartiger Vorspannspeicher 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. intermittierend zu erzeugen ist, muß diese Umwandlung möglichst ohne Zeitverzug erfolgen, sobald ein Steuersignal gegeben ist. Vor allem aber verursacht das am Einsatzort herrschende Vakuum besondere Schwierigkeiten.

Bei dem bekannten Vorspannspeicher weisen der innere und der äußere Behälter metallisch aufeinandergleitende 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 verlorengeht und der Pumpenvordruck nicht einhaltbar ist. Beides ist beim Einsatz außerhalb der Erdatmosphäre untragbar.

Ein weiterer großer Nachteil ist darin zu sehen, daß die aufeinandergleitenden 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 Nachteile 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 eine Stirnseite ein als Kolben wirkender Deckel ist, der über eine den Behälterboden durchdringende Kolbenstange mit einem weiteren Kolben kleineren Durchmessers verbunden ist, welcher in einem an den Behälter sich anschließenden Zylinder geführt ist, dessen Expansionsraum über eine Durchflußöffnung mit einem Hochdruckspeicher verbunden ist, daß Kolben und Kolbenstange eine Durchflußöffnung für das rückzuführende Arbeitsmedium aufweisen und daß mindestens eine Durchflußöffnung für das Arbeitsmedium von dem vom Faltenbalg umschlossenen Raum zu einer Pumpe führt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der den Faltenbalg stirnseitig abschließende Deckel über ein lösbares Verbindungselement mit der eine Durchflußöffnung aufweisenden Kolbenstange verbunden. Hierbei ist der Faltenbalg von einem Führungskörper umgeben, wobei ein Kunststoffring zwischen Deckelrand und Innenwandung des Führungskörpers als zusätzliches Führungsglied für den hin- und herbeweglichen Faltenbalg dient.

Ferner weist der Zylinder an seiner dem Faltenbalg zugewandten Seite einen als Behälterboden dienenden Flansch mit Ring auf, an dem die eine Seite des Faltenbalges verschweißt ist, während der die Kolbenstange umschließende Teil eine Öffnungen aufweisende Führungsmuffe bildet, deren Öffnungen in zusammengepreßtem Zustand des Faltenbalges mit den Durchflußöffnungen der Kolbenstange kommunizieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinder von einem Gehäuse umgeben, das die die Zu- und Ableitungen des Arbeitsmediums bildenden Bohrungen aufweist und Träger des den Faltenbalg umgebenden Führungskörpers und des Hochdruckspeichers 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 Hoch-

druckmedium, das von der Hochdruckseite des Hydrauliksystems, nämlich zwischen Hydraulikpumpe und Verbraucher über eine Abzweigleitung unmittelbar oder unter Zuschaltung eines Hochdruckspeichers abgenommen wird, sicher. Weitere Bohrungen im Flansch bzw. Zylinder, die in einer Ringnut am zylinderischen Rohrteil desselben enden, führen von hier aus über einen Anschlußstutzen das angesammelte und konstant auf Pumpenvordruck gleitet. Der Zylinder 2 weist einen als Behälterboden 18 dienenden Flansch 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

gehaltene Arbeitsmedium in Richtung der Hydraulik- io Behälter 9 ist von einem ebenfalls am Gehäuse 1
pumpe 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.

Auf diese Weise können Kaltverschweißungseffekte bei Einsatz unter Vakuumbedingungen nicht auftreten. Weiterhin werden infolge der fehlenden festigten Führungskörper 11 für den Faltenbalg? umgeben. Ein Hochdruckspeicher 12 ist an der dem Behälter 9 gegenüberliegenden Stirnseite 13 mit dem Gehäuse 1 druckdicht verschraubt. Ein Durchflußan den mindestens eine,

15 kanal 14, mehrere Bohrungen 15 in einem Rohrteil 16 des Zylinders 2 angeschlossen sind, verbindet den Hocll· druckspeicher 12 mit einem Expansionsraum 17. Der im wesentlichen aus den vorstehend genannten Teilen

Dichtungen Leckverluste, die besonders an pul- 20 bestehende Vorspannspeicher kann beispielsweise mit sierend unter hohen Drücken arbeitenden Hydraulik- dem Gehäuse 1 an anderen Bauteilen eines Hydraulik

einrichtungen auftreten, mit Sicherheit ausgeschaltet.

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

Um bei plötzlich ansteigenden Verbrauchsspitzen, hervorgerufen durch großen Leistungsbedarf bei den Verbrauchern, sicherzustellen, daß der VorAggregates oder an einem Traggerüst einer Hydraulikstruktur befestigt sein.

Der die Kolbenstange 4 umschließende Teil des Zylinders 2 ist als eine mit Öffnungen 20 versehene Führungsmuffe 21 ausgebildet, wobei die Öffnungen 20 in zusammengepreßtem 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 Durchflußöffnungen 37 der Kolbenstange 4 auch bei zusammengedrücktem Faltenbalg 7 gemäß F i g. 2 zum Raum 10 gewährleistet

Spannspeicher soviel Arbeitsmedium konstanten Vor- 35 ist. Mindestens eine, vorzugsweise mehrere Durch-

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druckes 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 Arbeitsmediums benutzt, den Ausstoß an Mindesvolumina zur Hydraulikpumpe aus dem Reservoir des Faltenbalges zu bewirken.

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 unabhänging 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.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar. Im einzelnen zeigt

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

F i g. 2 den Vorspannspeicher gemäß F i g. 1 mit zusammengedrücktem Faltenbalg, im Zustand nach Ende des Druckhubes und

F i g. 3 ein Wirkungsschema des Vorspannspeichers gemäß der Erfindung innerhalb eines geschlossenen Hydraiiliksystems. ^

In einem Gehäuse 1 ist ein Zylinder 2 angeordnet, in dem ein Kolben 3 mit einer hohlen Kolbenstange flußöffnungen 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. F i g. 3). An einer Stirnseite 28 des Rohrteiles 16 von Zylinder 2 befinden sich Durchlaßquerschnitte 29, die einen Raum 30 über eine von Bohrung 31 abgesetzte Ringnut 32 mit einem Anschlußstutzen 33 verbinden.

Die hohle Kolbenstange 4 ist über einen zylindrischen Ansatz 34 fest mit dem Kolben 3 verbunden. Sie besitzt eine in axialer Richtung von der Kolbenstirnseite 35 aus verlaufende zentrale Durchflußöffnung 36, die in querliegende Durchflußöffnungen 37 in der Wandung 38 der Kolbenstange 4 mündet, um das zurückzuführende Arbeitsmedium von Raum 30 nach Raum 10 zu leiten. Der Ansatz 34 liegt bei gedehntem Faltenbalg 7 gemäß F i g. 1 am Zylinderboden 39 des Zylinders 2 an und bewirkt einerseits eine Hubbegrenzung beim Füllen des Raumes 10 mit Arbeitsmedium, andererseits bildet er zusammen mit einem Zylinderboden 39, einer Kolbenrückseite 40 und einer Bohrung 41 den Expansionsraum 17 für das vom Hochdruckspeicher 12 über die Durchflußöffnung 14 und die Bohrung 15 anströmende Medium.

Der mit einer Entlüftungseinrichtung 42 versehene Deckel 5 ist mit einer abgesetzten Bohrung 43 auf dem Außendurchmesser 44 der Kolbenstange 4 zentriert und über ein lösbares Verbindungselement mit der Kolbenstange 4 verbunden. Weiterhin wird der Deckel 5 über einen aufgesetzten Deckelrand mit einem Kunststoffrin« 47 an der Innenwandung

des Führungskörpers 11 in axialer Richtung geführt. Eine Entlüftungsöffnung 49 in der Führungshülse 11 bewirkt den »Druckausgleich« beim Zusammendrücken und Ausdehnungen des Faltenbalges 7.

Der Vorspannspeicher 55 ist durch den Anschlußstutzen 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 Vorspann-Speichers 55 einen kleinen Überdruck, unter dem das gespeicherte Arbeitsmedium in Form eines Pumpenvordruckes an der Hydraulikpumpe 57 fortwährend ansteht. Die Hydraulikpumpe 57 erzeugt ihrerseits während des Betriebes einen Arbeitsdruck und führt das hochgespannte Arbeitsmedium über eine Druckleitung 58 zur Arbeitsleistung in Richtung Verbraucher 59. Durch eine Abzweigleitung 60 wird gleichzeitig der mit dem Vorspannspeicher 55 gekoppelte Hochdruckspeicher 12 aufgeladen. Das im Expansionsraum 17 des Vorspannspeichers 55 anstehende Hochdruckmedium wird von dem aus Deckel 5 und Kolben 3 gebildeten Differentialkolben druckuntersetzt, so daß Arbeitsmedium der Hydraulikpumpe 57 unter konstantem Vordruck laufend zuströmt. Das von den Verbrauchern 59 entspannte Arbeitsmedium fließt über eine Niederdruckleitung 62, die mit dem Anschlußstutzen 33 verbunden ist, zum Vorspannspeicher 55 wieder zurück.

Claims

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 ein als Kolben wirkender Deckel (5) ist, der über eine den Behälterboden (18) durchdringende Kolbenstange (4) mit einem weiteren Kolben (3) kleineren Durchmessers verbunden ist, welcher in einem an den Behälter sich anschließenden Zylinder (2) geführt ist, dessen Expansionsraum (17) über eine Durchflußöffnung (14) mit einem Hochdruckspeicher (12) verbunden ist, daß Kolben (3) und Kolbenstange (4) eine Durchflußöffnung (36,37) für das rückzuführende Arbeitsmedium aufweisen und daß mindestens eine Durchflußöffnung (24) für das Arbeitsmedium von dem vom Faltenbalg (7) umschlossenen Raum (10) zu einer Pumpe (57) führt.

2. Vorspannspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Faltenbalg (7) stirnseitig abschließende Deckel (5) über ein lösbares Verbindungselement (45) mit der eine Durchflußöffnung (36) aufweisenden Kolbenstange (4) verbunden ist.

3. Vorspannspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (7) von einem Führungskörper (11) umgeben ist, wobei ein Kunststoffring (47) zwischen Dekkelrand (46) und Innenwandung (48) des Führungskörpers (11) als zusätzliches Führungsglied für den hin- und herbeweglichen Faltenbalg (7) dient.

4. Vorspannspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) an seiner dem Faltenbalg (7) zugewandten Seite einen als Behälterboden (18) dienenden Flansch mit Ring (19) aufweist, an dem die eine Seite des Faltenbalges (7) verschweißt ist, während der die Kolbenstange (4) umschließende Teil eine Öffnungen (20) aufweisende Führungsmuffe (21) bildet, deren Öffnungen (20) in zusammengepreßtem Zustand des Faltenbalges (7) mit den Durchflußöffnungen (37) der Kolbenstange (4) kommunizieren.

5. Vorspannspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) von einem Gehäuse (1) umgeben ist, das die die Zu- und Ableitungen des Arbeitsmediums bildenden Bohrungen (27, 33) aufweist und Träger des den Faltenbalg (7) umgebenden Führungskörpers (11) und des Hochdruckspeichers (12) ist.

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

7. Vorspannspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (5) eine Entlüftungseinrichtung (42) für den vom Faltenbalg (7) umschlossenen Raum (10) besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen