DE1775721C2 - Hydropneumatischer Druckspeicher und Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druckspeicher und Schwingungsdämpfer mit einem gegen die Zylinderwandung abgedichteten, fliegend angeordneten Kolben, der eine Membran aufweist, die einerseits von der Gas-, andererseits von der Flüssigkeitsseite her beaufschlagbar ist.

Bekannte Druckspeicher (US-PS 26 95 037, 27 64 997 und DT-AS 11 58 330) dieser Art haben jeweils einen in die Flüssigkeitsseite des Zylinders einmündenden Stutzen zum Anschluß an die Hydraulikleitung des zugehörigen hydraulischen Systems.

Dabei weist die Hydrauliklehung ein T-Stück auf, das einen Seitenarm bildet, an dessen Ende der Druckölspeicher angeschlossen ist. Durch diese Anordnung bedingt, müssen Druckwechsel, vor allem aber Schwingungen in der Hydraulikleitung, zu deren Dämpfung der Druckspeicher vorgesehen ist, ihre Richtung ändern, in den Seitenarm eindringen und diesen durchlaufen, um den Speicher zu erreichen.

Die Gesamtzahl schneller Impulse oder Druckwechsel in schneller Folge kann den Druckölspeicher daher nicht erreichen und alsaauch nicht gedämpft bzw. abgefangen werden.

Die Wirkung eines Druckspeichers oben beschriebener Art kann niemals eine totale Dämpfung von Schwingungen im hydraulischen System erreichen, da immer zwischen der ankommenden Hydraulikflüssigkeit und der Membran ein Reflektor angeordnet ist, der ein Großteil der ankommenden Schwingungen reflektiert und so dem System erhält, ohne daß eine Möglichkeit besteht, diese Schwingungen mittels der Membran zu dämpfen.

Als Reflektoren in diesem Sinne wirken die Ventile und der Kolbenboden (US-PS 26 95 037 und 27 64 997) oder der lochblendenartig ausgebildete Kolbenboden (DT-AS 11 58 330).

Eine Möglichkeit, diese Reflexion herabzusetzen, besteht hier nicht, da bei Fortfall der Ventile die Membran in die dann entstandenen Kanäle eingepreßt — bei plötzlichem Druckabfall im hydraulischen System beispielsweise — und so zerstört würde. Auch eine Vergrößerung der Kanäle der Lochblende hätte die gleiche Wirkung bezüglich des Membranverschleißes.

Die der Gattung nach fernliegende FR-PS 14 44 325 trägt nicht dazu bei. diesen Mangel zu beheben. Grundsätzlich fehlt einem solchen Blasenspeicher die bei Kolbenspeichern notwendige Möglichkeit des blitzschnellen Entleerens. Blasenspeicher benötigen erheblich größere Zeiten und sind schon daher nicht mit Kolbenspeichern zu vergleichen.

Würde hier der Durchiaßkanal fur die hydraulische Flüssigkeit so vergrößert, daß ein rasches Entleeren möglich ist so würde wiederum die Blase - als Äquivalent zur Membran - in diese Kanäle gepreßt und zerstört. .

Auch die Kombination der bekannten Speicher bringt keine Lösung für das Problem, kleine Volumenänderungen hoher Frequenz zu dämpfen, da immer entweder eine Art Reflektor den Zutritt zur Membran verhindert oder aber der Durchfluß pro Zeiteinheit zu gering ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen im Oberbegriff beschriebenen Druckspeicher zu schaffen, der besser auf Veränderungen im Druckgefälle zwischen dem komprimierbaren und dem re'ativ nicht komprimierbaren Medium anspricht.

Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der Zylinder flüssigkeitsseitig zwei voneinander getrennte als Zu- oder als Ablauf dien nde Kanäle aufweist, daß ferner der Kolben zur Flüssigkeitssseite hin, ähnlich einem Hohlkegelstumpf ausgebildet ist, der in der flüssigkeitsseitigen Endstellung des Kolbens die Kanäle so abdeckt, daß ein Einpressen der Membran in die Kanäle verhindert wird, aber er das Durchströmen der Flüssigkeit vom Einlaßkanal zum Auslaßkanal gestattet.

In der Normalstellung des Kolbens, in der letzterer eine Position mit Abstand von der Grundplatte einnimmt, können nun nämlich, weil ein Einlaß- und ein Auslaßkanal für die Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist, auch hochfrequente Schwingungen den Druckspeicher und insbesondere die Membran unbehindert erreichen.

Es wird die durch die Leitung strömende Hydraulikflüssigkeit insgesamt durch den Druckspeicher geleitet und also jede Schwingung dem Speicher zugeführt. Infolgedessen ist es unerheblich, ob hier am Einlaßkanal Behinderungen der Schwingungen od. dgl. vorliegen, da deren Weg zwingend durch den Druckspeicher führt und somit in jedem Fall zur Membran, deren Dämpfungswirkung voll zur Geltung kommt, da sie völlig frei beaufschlagbar ist. Ein besseres Ansprechen des Druckspeichers ist also sichergestellt. Bemerkenswert ist dabei, daß zwischen dem Ein- und Austrittskanal und der Membran ein völlig unbeeinflußtes Strömen und Schwingen möglich ist, da keine Lochblende od. dgl. im Kolbenboden das Beaufschlagen der Membran verhindert. Um zu verhindern, daß beim Zusammenbruch des Druckes in der hydraulischen Leitung die Membran in den Ein- oder Auslaßkanal gepreßt und so beschädigt wird, ist der Kolben durch den Zylinderendverschluß verschließbar. Trotzdem kann die erneute Füllung der Leitung und die Erhöhung des Druckes in der Leitung bis zum Betriebsdruck ohne Beanspruchung der Membran erfolgen, da die Hydraulikflüssigkeit um den als Hohlkegelstumpf ausgebildeten Kolbenteil herumfließen kann.

Wäre diese Anordnung nicht vorgesehen, so würde der Kolben und die Membran bis zum Erreichen des Betriebszustandes ständig stoßweise belastet, was der Lebensdauer von Membran und Kolbendichtungen abträglich wäre. Die Dämpfung von Schwingungen ist in diesem Falle unerheblich. Erst nach Erreichen des Be-

triebszustandes ist die Dämpfungsfunktion des Druckspeichers wichtig und auch gewährleistet.

In seinem eigentlichen Anwendungsbereich, nämlich als Schwingungsdämpfer und Geräuschdämpfer ist die Wirkungsweise des Druckspeichers hervorragend.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgender, näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen schematischen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen, hydropneumatischen Akkumulators,

F ig. 2 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt.

In F i g. 1 ist ein hydropneumatischer Druckspeicher 40 mit einem Zylinder 42 dargestellt, in dem ein fliegender Kolben 44 lagert. Am oberen Ende des Zylinders 42 ist eine Platte 46 angebracht. Diese Platte 46 hat mindestens einen radialen Durchlaß 4*S und einen peripherischen Durchlaß 50 und ist so angeordnet, daß der peripherische Durchlaß 50 zum Innern des Zylinders 42 hin offen ist. An der Oberseite der Platte 46 ist ein Kappenteil 52 angeordnet. Ferner ist in einer Ringnut 56 der Wand des Zylinders 42 ein dreiteiliger Klemmring 54 gelagert. In der Mitte des Kappenteiles 52 ist ein Anschluß 58 für ein komprimierbares Medium vorgesehen. Dieser Anschluß 58 ist in die obere Platte 46 :< dicht eingeschraubt und weist einen axial verlaufenden Durchlaß 60 auf, der in die radial und peripherisch verlaufenden Durchlässe 48 und 50 mündet.

Etwa mittig der axialen Erstreckung der Platte 46 ist noch ein O-Ring 64 vorgesehen. Am unteren Ende des Zylinders 42 ist eine Grundplatte 66 angeordnet, in welcher zwei Kanäle 68 und 70 angeordnet sind. An der Unterseite der Grundplatte 66 ist ein Klemmring 72 angebracht, der in einer Ringnut 74 in der Wand des Zylinders 42 einliegt.

In der Mitte der Länge der Grundplatte 66 ist ein O-Ring 76, ähnlich dem Ring 64, vorgesehen.

An der Innenseite der Grundplatte 66 ist ein ringförmiger, elastischer Puffer 78 aus Gummi etwa dreieckigen Querschnittes angeordnet.

Der Kolben 44 besitzt einen Hohlkegelstumpf 80, eine Membrane 82 und einen ringförmigen Klemmring 84, der mit den Bolzen 86 am Hohlkegelstumpf 80 befestigt ist.

Die Membrane 82 ist zwischen letzterem und dem Klemmring 84 eingeklemmt. Die Membrane 82 weist eine integral mit ihr geformte ringförmige Rippe auf.

Dieser hydropneumatische Druckspeicher arbeitet wie folgt: Zunächst wird ein komprimierbares Medium, z. B. Gas, durch das Anschlußstück 58 und die Durchlasse 48 und 50 in den Zylinder 42 eingeführt, bis das Gas im Zylinder 42 einen Druck erreicht, der etwas unter dem Betriebsdruck des hydraulischen Systems liegt.

Alsdann wird die hydraulische Seite druckbeaufschlagt, wobei sich der Kolben 44 von der Grundplatte 66 abhebt, und bei Erreichen des Betriebsdruckes immer mit Abstand zur Grundplatte 66 angeordnet ist.

Soll der Druckspeicher stillgelegt werden, wird der Kolben 44 infolge des Durckabfalles an der hydraulischen Seite zur Grundplatte 66 hin verschoben.

In dieser Stellung wird ein im Querschnitt im wesentlichen dreieckiger Ringraum 90 gebildet, in weichem ein hydraulisches Medium, z. B. Öl, zwischen einem Teil 91 des Hohlkegelstumpfes 80, dem Puffer 78 und der Zylinderwand 42 eingeschlossen wird. Bewegt sich nun der Kolben 44 weiter nach unten auf den Puffer 78 zu, wird das eingeschlossene Ö! unter Druck gesetzt, bis der Druck größer als der vom Gas ausgeübte Druck ist und bildet somit eine wirksame Gasdichtung.

Dabei ist sichergestellt, daß die Membrane 82 in keinen der Kanäle 68, 70 gedruckt werden kann, weil die Kanäle 68, 70 außerhalb der von dem offenen Hohlkegelstumpfende umschlossenen Fläche angeordnet sind.

Ist das Druckgefälle jedoch derart, daß es den Kolben zum Oberteil des Zylinders hin drückt, dann legt sich die Membrane 82 an die Unterseite der oberen Platte 46 an, wobei der ringförmige Klemmring 84 den peripherischen Durchlaß 50 schließt.

Somit führt ein Zusammenbruch des Druckes im hydraulischen System und/oder im pneumatischen System zu keiner Beschädigung der Membrane.

F i g. 2 zeigt einen Druckspeicher, bei dem der Kolben der in F i g. 1 gezeigten Verkörperung durch einen zweiteiligen Kolben 100 ersetzt ist. Der untere Teil 102 des Kolbens 100 ist im wesentlichen von gleicher Form wie die untere Hälfte des Kolbens 44; auch er hat einen Hohlkegelstumpf 104, der mit dem ringförmigen Puffer 78 zusammenarbeitet.

Der obere Teil 106 des Kolbens 100 ist im allgemeinen die Umkehrung des unteren Teiles 102, und die beiden Teile 102 und 106 begrenzen die untere bzw. obere Kolbenkammer 108 und 110. Zwischen den beiden Teilen 102 und 106 ist eine vorgeformte Membrane 112 angeordnet. Die Membrane 112 ruht auf dem unteren Kolbenteil 102 und wird von zwei integral mit der Membrane geformten, ringförmigen Rippen 114 in ihrer Stellung festgehalten. Diese Rippen liegen in Nuten 116 im oberen Kolbenteil 106. Drei Bolzen 115 halten die Teile 102 und 106 zusammen. In der Mitte der Lange der beiden Kolbenteile 102 und 106 sind zwei G-Ringdichtungen 118 vorgesehen. Der obere Kolbenteil 106 ist mit einem Teil 119 versehen, das von der Fassung der Membrane 112 nach innen ragt und über das sich die Membrane biegen kann. Die Grundplatte 66 ist ähnlich wie in F i g. 1 ausgebildet.

An der Grundplatte 66 ist eine Unterbauplatte 127 befestigt. In der Unterbauplatte 127 sind Durchlässe 129, 131 vorgesehen, die mit den Kanälen 68 bzw. 70 verbunden sind.

Die obere Platte 46 ist ähnlich der in der Verkörperung von F i g. 1 gezeigten Platte. In F i g. 2 besitzt das Anschlußstück 58 ein Rückschlagventil. Ein Entlüftungsventil 122 ist zusätzlich in die obere Platte 46 eingeschraubt. Das Ventil 122 gestattet das Entfernen von komprimierbarem Medium aus dem Zylinder 42, ehe das Kappenteil bei dem Auseinandernehmen des Akkumulators entfernt wird.

Da sich hier die Membrane 112, entsprechend den jeweiligen Betriebszuständen, um die gebogenen Randleisten des unteren und des oberen Kolbenteiles 102 bzw. 106 legt, wird der Verschleiß der Membrane 112 beträchtlich geringer und ihre Lebensdauer größer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   - Hydropneumatischer Druckspeicher und Schwingungsdämpfer mit einem gegen die Zylinderwandung abgedichteten, fliegend angeordneten Kolben, der eine Membran aufweist, die einerseits von der Gas-, andererseits von der Flüssigkeitsseite her beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (42) flüssigkeitsseitig zwei vonein- ω ander getrennte als Zu- oder als Ablauf dienende Kanäle (68, 70) aufweist, daß ferner der Kolben (44, 100) zur Flüssigkeitsseite (43. 108) hin, ähnlich einem Hohlkegelslumpf (80.104) ausgebildet ist, der in der flüssigkeitsseitigen Endstellung des Kolbens die Kanäle (68, 70) so abdeckt, daß ein Einpressen der Membran (82,112) in die Kanäle (68, 70) verhindert wird, aber er das Durchströmen der FJüssigkeJ! vom Einlaßkanal (68) zum Auslaßkanal (70) gestattet.