DE19852628B4

DE19852628B4 - Hydrospeicher mit einem Metallfaltenbalg als Trennwand

Info

Publication number: DE19852628B4
Application number: DE19852628A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Baumanns
Original assignee: Integral Accumulator GmbH and Co KG
Current assignee: Integral Accumulator GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1998-11-14
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2018-11-15
Also published as: DE19852628A1

Abstract

Hydrospeicher mit einem Metallfaltenbalg als Trennwand, bestehend aus einem aus mindestens zwei Gehäuseteilen durch Schweißung zusammengesetzten, einen Hohlraum umschließenden und eine zylindrische Partie aufweisenden Gehäuse, einem einseitig dicht und dauerhaft durch eine quer zu seiner Achsrichtung angeordnete Platte verschlossenen Metallfaltenbalg, dessen offenes Ende mit einem umlaufenden festen metallischen Haltering gasdicht verbunden ist, welcher Haltering mit mindestens einem Gehäuseteil verschweißt wird, derart, daß der Hohlraum in einen Flüsssigkeitsraum und einen davon gasdicht getrennten Gasraum unterteilt wird, wobei in den Flüssigkeitsraum ein Flüssigkeitsanschluß mündet, während der Gasraum über eine verschließbare Gasfüllöffnung mit einem Füllgas befüllbar ist, insbesondere für mittels Elektronenstrahlschweißung verschweißte Gehäuseteile, wobei, der Haltering gleichzeitig als Zentrierring für die zu verschweißenden Gehäuseteile dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Gehäuseteile (1; 7, 107) stumpf aneinander stoßen und in einem der Gehäuseteile (1) ausgehend von der Stirnfläche eine innen umlaufende Zentrieransenkung (21) angeordnet ist, deren Durchmesser und Breite mit dem Durchmesser und...

Description

Bekanntlich haben Hydrospeicher mit Metallfaltenbälgen den unbestreitbaren Vorteil, daß sie gasdichter sind als solche mit Membranen oder Blasen, denn selbst bei "dichten" Blasen oder Membranen treten gewisse Gasverluste dadurch auf, daß insbesondere bei hohen Temperaturen und/oder Drücken eine Permeation des Füllgases durch die Trennwand hindurch stattfindet. Die Folge ist auf der einen Seite ein Abfall des Fülldruckes und damit verbunden eine allmähliche Verschlechterung der Funktion. Zum anderen kann es in bestimmten Anwendungsfällen wie z.B. Bremskreisläufen aber auch störend wirken, daß sich Gas nach dem Durchtritt durch die Trennwand in der Flüssigkeit löst und deren Verhalten dadurch beeinflußt. Metallische Faltenbälge sind im Vergleich dazu tatsächlich dicht, müssen allerdings gasdicht mit einer Bodenplatte oder dergleichen abgeschlossen sein bzw. gasdicht am Gehäuse befestigt sein. Zur Befestigung am Gehäuse bietet sich der Haltering an, der seinerseits mit der letzten Welle des Faltenbalges dicht verbunden ist.

Die feste Verbindung von Halteringen mit mindestens einem Gehäuseteil ist bereits an sich beim Bau von Membranspeichern vorgeschlagen worden. So zeigt die DE 2139367 A einen Haltering für eine Membran, der gleichzeitig als Zentrierring für zwei in diesem Bereich zylindrische Gehäuseteile dient und der zusammen mit den stumpf aneinander stoßenden Gehäuseteilen mittels Elektronenstrahlschweißung verschweißt wird. Dabei kommt dem Haltering zusätzlich die Funktion einer Strahlbremse bzw. einer permanenten Schweißunterlage zu, die verhindert, daß während des Schweißens aufgeschmolzenes Material auf die Membrane gelangt und diese zerstört. An die Gasdichtheit der Schweißnaht werden nur insofern Anforderungen gestellt, als das Gehäuse gasdicht verschweißt sein muß, was auch wegen der sich über die gesamte tragende Wanddicke erstreckenden Schweißnaht gegeben ist. Die Verschweißung des Haltegliedes spielt hier nur eine untergeordnete Rolle, da die Gasdichtheit zwischen Gasraum und Flüssigkeitsraum durch die Dichtungswirkung des eingespannten Membranwulstes gewährleistet wird. Ganz ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei einem Hydrospeicher nach der DE 3833653 A1 bei welchem der Haltering zu einer Stützglocke für die Membran erweitert ist und wobei ein Gehäuseteil mit einer Zentrieransenkung mit einem dem Innendurchmesser des anderen Gehäuseteils entsprechenden Durchmesser versehen ist. Der ringförmige Rand der Stützglocke hat einen dazu passenden Außendurchmesser und erstreckt sich glatt durchgehend zu beiden Seiten der Schweißfuge. Die naheliegende Überlegung, auch das Halteglied eines Faltenbalges auf die gleiche Weise mit den beiden Gehäuseteilen zu paaren und mittels Elektronenstrahlschweißung zu verschweißen, führt zwar grundsätzlich zum Ziel, bringt aber auch einen Nachteil mit sich. Zur Erläuterung dieses Nachteils sei daran erinnert, daß bei einer Elektronenstrahlschweißnaht nur eine vergleichsweise schmale Zone aufgeschmolzen wird, die sich von außen keilförmig nach innen erstreckt. Beim Eintritt in den Haltering kann die Schweißnaht daher bis auf eine Breite von einigen Zehntel Millimetern verjüngt sein. Wenn man weiter davon ausgeht, daß bei Elektronenstrahlschweißnähten Fehler, wenn überhaupt, eher im Nahtgrund als außen auftreten, kann die Anschweißung des Halteringes im Hinblick auf die geforderte absolute Gasdichtheit zu einer Schwachstelle werden. Im Gegensatz zur Verschweißung eines Membranhalteringes muß hier die Gasdichtheit zwischen Gasraum und Flüssigkeitsraum durch die in Quer- bzw. Durchtrittsrichtung sehr schmale Schweißnaht gewährleistet werden.

Durch die DE 197 06 427 A1 ist ein Druckmittelspeicher bekannt geworden, der aus einem Gehäuse mit einem Deckel besteht und einen metallischen Faltenbalg hat. Der topfförmige Faltenbalg ist mit seinem offenen Endbereich zwischen dem Gehäuse und dem Deckel eingespannt sowie gleichzeitig dazwischen abgedichtet. Nähere Angaben über die Art und Weise der Einspannung und Abdichtung sind in der Schrift nicht enthalten und können aus der beiliegenden Zeichnung auch nicht erschlosen werden.

Schließlich kann zum Stand der Technik noch die CH 565 324 erwähnt werden, in der eine aus elastischem Material bestehende Membrane verwendet wird, die an ihrem offenen Ende mit einem Metallring versehen ist. Letzterer kann auch als Zentriering für die miteinander durch Schweißen zu verbindenden Gehäuseteile eingesetzt werden. Wegen der geforderten Gasdichtheit und auch der nicht ganz auszuschließenden Beschädigung der Membrane während des Schweißvorgangs, ist eine Verwendung der Membrane bei dem mit der Erfindung angestrebten Verwendungsfall nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Hydrospeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 den Haltering zusammen mit zwei Gehäuseteilen mittels Elektronenstrahlschweißung gemeinsam zu verschweißen und dabei den dichtenden Nahtquerschnitt merklich zu vergrößern, ohne die grundsätzliche Form der Schweißnaht zu verändern. Die Schweißung soll mit den üblichen Einstellungen zu verwirklichen sein und festigkeitsmäßig einer herkömmlichen Schweißung mindestens ebenbürtig sein. Die maschinelle Nahtvorbereitung soll sich im üblichen Rahmen bewegen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Man erkennt sehr leicht, daß die Dichtlänge, d. h. der Abstand zwischen dem letzten gasbenetzten Punkt auf der Gasseite und dem ersten flüssigkeitsbenetzten Punkt auf der Flüssigkeitsseite merklich größer ist als bei der herkömmlichen Anordnung, bei welcher die Gehäuseteile auf dem gleichen Durchmesser zentriert sind und die einfache Schweißnahtdicke an der Innenseite des Stumpfstoßes die Dichtlänge darstellt. Man erkennt auch, daß der Dichtquerschnitt bei Zentrierung auf zwei verschiedenen Durchmessern auch bei Schweißnähten sonst gleicher Abmessungen größer wird, wobei die Vergrößerung im wesentlichen vom Durchmesserunterschied zwischen Zentrieransenkung und zentrierender Mantelfläche am Haltering abhängt.

Es sei noch erwähnt, daß es auch auf dem engeren Gebiet der Faltenbalg-Speicher bekannt ist, einen Haltering mit einem Gehäuseteil zu verschweißen. Gemäß der FR 1,363,332 ist ein Haltering jeweils mit einem Boden verschweißt. Da die Schweißnaht aber eine relativ breite V-Naht für eine Schmelzschweißung mit Zusatzmaterial ist, stellt sich das hier zu lösende Problem gar nicht.

Anspruch 2 bezieht sich auf eine außen am Haltering liegende zylindrische Mantelfäche.

Anspruch 3 bezieht sich auf eine innen am Haltering liegende zylindrische Mantelfläche.

Anhand von in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
1 zeigt einen durch die Achse eines erfindungsgemäßen Hydrospeichers gehenden Querschnitt mit einer außen liegenden Mantelfläche..
2 zeigt im Detail eine herkömmliche Elektronenstrahlschweißnaht mit Darstellung der Mindestdichtlängen.
3 zeigt eine entsprechende erfindungsgemäße Schweißnaht mit deutlich vergrößerter Dichtlänge.
4 zeigt als Detail die Anordnung mit einer innen liegenden zylindrischen Mantelfläche.
Ein topfförmiges Gehäuseteil 1 besitzt einen länglich zylindrischen Teil 2, der an seinem unteren Ende in einen kegelstumpfförmigen Boden 3 ausläuft, an welchem zentrisch ein mit einer Bohrung 4 und einem Außengewinde 5 versehener Flüssigkeitsanschluß 6 angeordnet ist. An den zylindrischen Teil 1 ist mittels Elektronenstrahlschweißung ein flacher, bodenförmiger Gehäuseteil 7 angeschweißt. Zusammen mit den Gehäuseteilen 1 und 7 wird ein Haltering 8 verschweißt, dessen genauere Ausgestaltung weiter unten beschrieben wird. Mit dem Haltering 8 ist ein metallischer Faltenbalg 9 durch Schweißen, Löten oder ein anderes dauerhaftes Verbindungsverfahren verbunden. Der Faltenbalg 9 hat ein im wesentlichen zylindrisches Aussehen und ist mit seiner letzten am offenen Ende befindlichen Falte 10 mit dem Haltering 8 verbunden. Der äußere Durchmesser des Faltenbalges 9 ist etwas geringer als jener des Teils 2, so daß eine Bewegung in axialer Richtung möglich ist. An seinem dem Haltering 8 abgewandten Ende ist der Faltenbalg 9 mit einer Ventilplatte 11 dauerhaft und fest verbunden. Die Ventilplatte 11 ist von der Faltenbalgseite her gesehen zu konzentrischen Stufen 12 verformt. Die Bohrung 4 des Flüssigkeitsansschlusses 6 ist an ihrer inneren Mündung von einer konzentrischen Nut 13 umgeben, in welche eine Dichtung 14 eingelegt ist, die etwas über die umgebende Fläche 15 herausragt. Bei voller Ausdehnung des Faltenbalges 9 kommt der mittige Teil 16 der Ventilplatte 11 in Kontakt mit der Dichtung 14 und dichtet den den Faltenbalg 9 radial außen bzw. die Ventilplatte 11 stirnseitig umgebenden, als Flüsskeitsraum 17 bezeichneten Raum hermetisch ab. Im Gegensatz zu diesem Raum werden das Innere des Faltenbalges 9 und alle damit kommunizierenden Räume als Gasraum 18 bezeichnet. Die Füllung des Gasraumes 18 kann über eine verschließbare Gasfüllöffnung 19 mittels hier nicht näher beschriebener Fülleinrichtungen erfolgen. Vor der Füllung muß allerdings der Flüssigkeitsraum 16 vollständig mit der Betriebsflüssigkeit gefüllt sein, am besten mit dem Flüssigkeitsanschluß 6 nach oben. Dies hat zur Folge, daß sich zwischen Faltenbalg 9 und Gehäuseteil 1 immer Flüssigkeit befindet, insbesondere dann, wenn die Ventilplatte 11 im Zusammenwirken mit der Dichtung 14 den Flüssigkeitsraum 16 hermetisch dicht abschließt. Da die Flüssigkeit nun vollständig eingeschlossen ist, kann sie als Stütze für den Faltenbalg 9 dienen, der sonst durch den Gas-Fülldruck unzulässig verformt bzw. sogar zerstört würde.
Unter Bezug auf die 2 sei nun zunächst eine herkömmliche Schweißnaht 20' erläutert, welche die Gehäuseteile 2 und 7' miteinander verbindet. Beide Gehäuseteile 1 und 7' weisen Zentrieransenkungen 21 bzw. 22 gleichen Durchmessers auf, die auf einer einheitlichen Mantelfläche des Kragens 23 eines Halteringes 8' zentriert sind. Die Schweißnaht 20' muß bis in den Haltering 8' reichen. Es ist ersichtlich, daß eine minimale Schweißnaht (schwarz ausgefüllt) zwischen dem letzten flüssigkeitsbenetzten Punkt 24 und dem ersten gasbenetzten Punkt 25 eine Dichtlänge von S_min hat. Selbst eine etwas tiefer fokussierte Schweißnaht (gestrichelt gezeichnet) ergäbe nur eine Dichtlänge von S'_min.
Gemäß 3 bleibt bei einer erfindungsgemäßen Schweißnaht 20 die Zentrieransenkung 21 unverändert, während die Zentrieransenkung 22 entfällt. Dementsprechend ist der in die Zentrieransenkung 21 ragende Kragen 26 verkürzt und über eine wegen der Schweißnaht 20 nicht mehr sichtbare Seitenfläche 27 bis zu einer inneren Mantelfläche 28 abgesetzt, auf welcher der Gehäuseteil 7 zentriert ist. Die Schweißnaht 20 ist nun so angeordnet, daß ihre Mitte genau mit der Seitenfläche 27 bzw. mit dem Stumpfstoß der Gehäuseteile 1 und 7 übereinstimmt. Wenn nun wieder die Entfernung S_max vom letzten flüssigkeitsbenetzten Punkt 29 bis zum ersten gasbenetzten Punkt 30 gemessen wird, sieht man, daß S_max wesentlich größer ist als S'_min oder gar S_min.
In 4 werden gleiche Teile oder Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorigen Figuren, wo hingegen funktionell gleichwertige Teile oder Merkmale ein um 100 erhöhtes Bezugszeichen erhalten. Die Schweißnaht 120 ist aus Gründen der besseren Sichtbarkeit des Stumpfstoßes nur angedeutet. In die Zentrieransenkung 21 am Gehäuseteil 1 ragt ein Kragen 126 eines Halterings 108 hinein. Eine Seitenfläche 127 begrenzt den Kragen 126 und fluchtet im montierten Zustand mit dem Stumpfstoß der Gehäuseteile 1 und 107. Das Gehäuseteil 107 ist in Form eines flachen Bodens oder Deckels ausgebildet. Die Seitenfläche 127 verläuft radial einwärts und endet an einer Ansenkung oder Andrehung, welche eine innen liegende Mantelfläche 128 ergibt, die zur Zentrierung einer Andrehung 31 dient. Die Mantelfläche 128 erstreckt sich nur über einen kleineren Teil der axialen Ausdehnung des Halterings 108. Die Andrehung 31 ist dabei so bemessen, daß sie etwas kürzer ist als die Mantelfläche 128 in axialer Richtung. Es wird so gewährleistet, daß auch zwischen Gehäuseteil 107 und Seitenfläche 127 eine nahezu spielfreier Stumpfstoß entsteht. Es ist klar, daß auch bei dieser Anordnung die zwischen den Punkten 32 und 33 verlaufende Dichtlänge S_max größer ist als die Mindestdichtlängen S'_min und S_min nach 2.

1: Gehäuseteil
2: Teil
3: Boden
4: Bohrung
5: Außengewinde
6: Flüssigkeitsanschluß
7, 7', 107: Gehäuseteil
8, 8', 108: Haltering
9: Faltenbalg
10: Falte
11: Ventilplatte
12: Stufe
13: Nut
14: Dichtung
15: Fläche
16: mittiger Teil
17: Flüsssigkeitsraum
18, 118: Gasraum
19: Gasfüllöffnung
20, 20', 120: Schweißnaht
21: Zentrieransenkung
22: Zentrieransenkung
23: Kragen
24: Punkt
25: Punkt
26, 126: Kragen
27, 127: Seitenfläche
28, 128: Mantelfläche
29: Punkt
30: Punkt
31: Andrehung
32: Punkt
3 3: Punkt
S_min: Dichtungslänge
S'_min: Dichtungslänge
S_max: Dichtungslänge

Claims

Hydrospeicher mit einem Metallfaltenbalg als Trennwand, bestehend aus einem aus mindestens zwei Gehäuseteilen durch Schweißung zusammengesetzten, einen Hohlraum umschließenden und eine zylindrische Partie aufweisenden Gehäuse, einem einseitig dicht und dauerhaft durch eine quer zu seiner Achsrichtung angeordnete Platte verschlossenen Metallfaltenbalg, dessen offenes Ende mit einem umlaufenden festen metallischen Haltering gasdicht verbunden ist, welcher Haltering mit mindestens einem Gehäuseteil verschweißt wird, derart, daß der Hohlraum in einen Flüsssigkeitsraum und einen davon gasdicht getrennten Gasraum unterteilt wird, wobei in den Flüssigkeitsraum ein Flüssigkeitsanschluß mündet, während der Gasraum über eine verschließbare Gasfüllöffnung mit einem Füllgas befüllbar ist, insbesondere für mittels Elektronenstrahlschweißung verschweißte Gehäuseteile, wobei, der Haltering gleichzeitig als Zentrierring für die zu verschweißenden Gehäuseteile dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Gehäuseteile (1; 7, 107) stumpf aneinander stoßen und in einem der Gehäuseteile (1) ausgehend von der Stirnfläche eine innen umlaufende Zentrieransenkung (21) angeordnet ist, deren Durchmesser und Breite mit dem Durchmesser und der Breite eines ringförmigen Kragens (26; 126) am Haltering (8,108) korrespondiert, während der andere Gehäuseteil (7; 107) über eine gegenüber dem Kragen (26, 126) konzentrische, aber im Durchmesser geringere zylindrische Mantelfläche (28, 128) am Haltering (8, 108) (zentriert wird, wobei die Schweißnahtmitte überwiegend im Stumpfstoß zwischen den Gehäuseteilen (1; 7, 107) bzw. zwischen dem Gehäuseteil (7; 107) und der Seitenfläche (27; 127) des Kragens (26; 126) liegt.
Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrische Mantelfläche (28) an der Außenseite des Halterings (8) befindet und gegenüber dem Kragen (26) unter Bildung einer mit dem Stumpfstoß fluchtenden Seitenfläche (27) abgesetzt ist.
Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Mantelfläche (128) sich auf der Innenseite des Halterings (108) befindet und der andere Gehäuseteil (107) eine mit der Mantelfläche (128) korrespondierende Stufe, Andrehung (31) besitzt.