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Die
Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher
mit einem in einem Speichergehäuse
angeordneten, bewegbaren Trennelement, das einen ersten Arbeitsraum,
vorzugsweise Gasraum, von einem Fluidraum als zweitem Arbeitsraum
separiert und durch eine Membran aus einem flexiblen Werkstoff,
insbesondere einem Elastomer, gebildet ist, wobei sich am Speichergehäuse eine
einen Zugang zum Fluidraum bildende Gehäuseöffnung befindet, deren Durchgang
durch eine in eine Freigabestellung und eine Schließstellung überführbare Ventilanordnung
steuerbar ist, und wobei die Membran einen Flächenabschnitt aufweist, der
als bewegbarer Ventilkörper
der Ventilanordnung dient und bei Annäherung an die Gehäuseöffnung die Ventilanordnung
in die Schließstellung überführt.
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Membranspeicher
dieser Art sind bekannt, vgl. beispielsweise das Dokument
EP 0 604 445 B1 . Bei
derartigen Membranspeichern ist der gasseitige Arbeitsraum meist
mit einem unter einem hohen Vorspanndruck stehenden Arbeitsgas,
insbesondere N
2, vorgefüllt, wobei es sich um Vorspanndrücke in der Größenordnung
von 100 bar handeln kann. Wenn im Betrieb an der einen Ölanschluß aufweisenden
Gehäuseöffnung ein
Hydrauliksystem angeschlossen ist und der Druck des Hydrauliköls des angeschlossenen
Hydrosystems im Bereich des vorgesehenen Betriebsdruckes liegt,
ist die flexi ble Membran im Bereich des den Öldruck führenden Fluidraumes so weit von
der Innenwand des Speichergehäuses
abgehoben, dass die Volumenverringerung die sich durch das Abwölben der
Membran von der fluidseitigen Innenwand des Speichergehäuses ergibt,
den ursprünglichen
Vorfülldruck
p0 auf einen Druck p1 (momentaner Arbeitsdruck) anhebt, wobei Druckgleichgewicht
an der Membran herrscht.
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Wenn
an der Gehäuseöffnung kein
oder nur geringer Fluiddruck herrscht, wenn beispielsweise noch
kein Hydrosystem am Ölanschluss
angeschlossen ist oder das Hydrosystem drucklos ist, dann liegt die
Membran unter der Wirkung des Vorfülldruckes p0 an der Innenwand
des Fluidraumes an, wobei der an die Gehäuseöffnung heran bewegte Flächenabschnitt,
als Ventilkörper
einer Ventilanordnung wirkend, die Gehäuseöffnung verschließt.
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Der
Verschluss der Gehäuseöffnung ist
insofern vorteilhaft, als der Membranspeicher vor Einbau in eine
betreffende Hydroanlage und nachdem im Gasraum der gewünschte Vorfülldruck
p0 aufgebaut worden ist, keine offene Gehäuseöffnung aufweist, weil die den Ölanschluss
bildende Öffnung
durch die Membran geschlossen ist. Der vorgefüllte Speicher kann daher gehandhabt,
gelagert und transportiert werden, ohne dass zu befürchten ist,
dass durch die den Ölanschluss
bildende Gehäuseöffnung Verunreinigungen
oder Fremdkörper
eintreten könnten.
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Andererseits
können
sich während
des Betriebes des in eine Hydroanlage eingebauten Speichers Probleme
aufgrund des Vorhandenseins des durch die Ventilanordnung bewirkten
Verschlusses der Gehäuseöffnung ergeben.
Wenn es im Betrieb beispielsweise zu einem verhältnismäßig plötzlichem Abfall des Druckes
am Ölanschluss
kommen sollte, und dies aufgrund der Flexibilität der Membran zu einem schnellen
Schließvorgang
führt,
weil sich der als Ventilkörper
dienende Flächenabschnitt
schlagartig an die Gehäuseöffnung bewegt,
dann kann es zu einer Bildung sogenannter „Öltaschen" kommen, wobei in von der Gehäuseöffnung entfernteren
Wandbereichen ein Restvolumen des Hydrauliköls im Fluidraum zurückbleibt.
Mit anderen Worten gesagt, ist in diesem Fall die Membran im Bereich
von Öltaschen an
der Innenwand des Speichergehäuses
nicht vollflächig
anliegend, sondern dem Volumen der Öltaschen entsprechend leicht
abgehoben, wodurch sich eine entsprechende Volumenverkleinerung
des Gasraumes gegenüber
dessen durch die Geometrie des Speichergehäuses bestimmtem Größtvolumen
ergibt. Infolgedessen entspricht der Gasvorspanndruck im Gasraum,
obwohl kein Fluiddruck am Ölanschluss ansteht,
nicht dem vorgesehenen Wert p0, sondern einem höheren Gasvorspanndruck. Dadurch
steigt auch der Ansprechdruck des Speichers an, d. h. der Öffnungsdruck
p1 steigt an. Kann bei mehrmaligen schnellen
Entleerungen und Füllvorgängen zu
einem „Aufpumpen" des Speichers mit
ansteigendem p1 führen. Wenn nun Prüfvorgänge auf
der Gasseite vorgenommen werden, wie sie durch die Systemsteuerung
bei Hydroanlagen vorgesehen sind, so wird bei einer Kontrolle, ob
der Vorfülldruck
dem Wert p0 entspricht, irrtümlicherweise
ein zu hoher Gasvorspanndruck erkannt, der vom System gegebenenfalls
irrtümlicherweise
korrigiert wird.
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Im
Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
einen Membranspeicher zur Verfügung
zu stellen, bei dem trotz des Vorhandenseins einer an der ölseitigen
Gehäuseöffnung befindlichen
Ventilanordnung die Gefahr vermieden ist, dass es bei fehlendem
Fluiddruck zu unterschiedlichen, bei Prüfvorgängen möglicherweise irreführenden
Gasvorspanndrücken
im Gasraum kommen kann.
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Bei
einem hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Art
ist dieses Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Ventilanordnung eine bei der Schließstellung einen begrenzten
Durchstrom durch die Gehäuseöffnung ermöglichende
Bypassanordnung aufweist.
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In
vorteilhafter Weise ist daher bei fehlendem Fluiddruck zwar ein
mechanischer Verschluss der Gehäuseöffnung gegeben,
gleichzeitig ist jedoch durch die einen begrenzten Durchstrom ermöglichende
Bypassanordnung der Austritt eines Restvolumens trotz der in Schließstellung
befindlichen Ventilanordnung möglich,
so dass die schädlichen
Wirkungen bleibender Öltaschen
vermieden sind.
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Hierbei
kann die Anordnung vorzugsweise so getroffen sein, dass die Bypassanordnung
an dem als Ventilsitz für
den Ventilkörper
dienenden Rand der Gehäuseöffnung vorgesehen
ist. Diese Lageanordnung führt
zu einem sicheren Abfließen
des gesamten Ölinhalts
des Ölraumes.
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Die
Bypassanordnung kann in der Weise ausgebildet sein, dass der als
Ventilsitz dienende Rand der Gehäuseöffnung mindestens
eine in die Sitzfläche
eingearbeitete, mit der Gehäuseöffnung in Fluidverbindung
stehende Vertiefung aufweist. Eine solche Gestaltung führt zu einer
besonders einfachen Bauweise.
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Vorzugsweise
ist der Ventilsitz durch eine die Gehäuseöffnung konzentrisch umgebende,
kreisringförmige
ebene Fläche
gebildet, in der zumindest eine in die Gehäuseöffnung übergehende, vertiefte Nut eingearbeitet
ist. Der als Ventilkörper
wirkende Flächenabschnitt
der Membran kann hierbei an den ebenen Abschnitten des Ventilsitzes
flächig
anliegen und so den die Gehäuseöffnung mechanisch
schützenden
Verschluss bilden.
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Bei
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen
sind mehrere, von der Gehäuseöffnung ausgehend
radial verlaufende Nuten in sternförmiger Anordnung vorgesehen.
Dadurch ist sichergestellt, dass Restvolumina an Öl von sämtlichen,
die Gehäuseöffnung umgebenden
Seiten her abfließen
können.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Hydrospeichers
und
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2 eine
Schnittdarstellung entsprechend der in 1 mit II-II
bezeichneten Schnittlinie.
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Bei
dem in den Fig. dargestellten Hydrospeicher handelt es sich um einen
sogenannten Membranspeicher mit einer in einem als Ganzes mit 1 bezeichneten
Speichergehäuse
angeordneten Trennwand in Form einer elastischen Membran 3.
Die Membran 3 trennt das Gehäuse 1 in seinem Inneren in
einen Fluidraum 5 und einen Gasraum 7. Das Gehäuse 1 besteht,
in Blickrichtung auf 1 gesehen, aus einer oberen
Gehäuseschale 9 und
einer unteren Gehäuseschale 11,
die jeweils eine kreisrunde Schalenform mit näherungsweise halbkugelförmig gewölbter Innenwand
aufweisen. An dem dem Fluidraum 5 entgegengesetzten Ende
des Speichergehäuses 1,
also dem dem Gasraum 7 zugehörigen Ende, befindet sich ein
Gasanschluss 13, über
den der Gasraum 7 mit einem Arbeitsgas, insbesondere N2-Gas,
vorfüllbar
ist. Das dem Fluidraum 5 zugeordnete Ende weist eine in
den Fluidraum 5 mündende Gehäuseöffnung 15 auf,
an der ein Ölanschluss 17 außenseitig
angebracht ist, über
den der Speicher an einem (nicht dargestellten) Hydrauliksystem
anschließbar
ist.
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Obere
Gehäuseschale 9 und
untere Gehäuseschale 11,
die längs
einer Nahtstelle 19 aneinander stoßen, sind mittels eines Elektronenstrahlschweißverfahrens
miteinander verbunden. Im Bereich der Nahtstelle 19 ist
an der Innenwand ein Befestigungsring 21 festgelegt, der
den Träger
für die
Membran 3 bildet, die mit einem verdickten, umfänglichen
Randwulst 23 in einer Ringnut 25 des Befestigungsringes 21 sitzt.
Dieser ist über
ein Dicht- element 27 an der Innenwand des Gehäuses 1 abgedichtet.
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Die 1 zeigt
den Membranspeicher in einem Betriebszustand, bei dem sich die Membran 3 in einer
Zwischenstellung befindet, bei der an beiden Seiten der Membran 3 Druckgleichgewicht
herrscht, weil das am Ölanschluss 17 angeschlossene,
jedoch nicht dargestellte Hydrauliksystem im Fluidraum 5 einen
Fluiddruck erzeugt, der dem im Gasraum 7 herrschenden Druck
entspricht. Bei Zuständen,
bei denen im Ölraum 5 nur
ein geringer Öldruck
herrscht oder dieser fehlt, bewegt sich die Membran 3,
bei Blickrichtung entsprechend der 1, nach
unten und legt sich an die Innenseite der unteren Gehäuseschale 11 an,
wobei die Membran 3 mit ihrem zentralen Flächenbereich 29 die
Gehäuseöffnung 15 überdeckt.
Bei diesem Betriebszustand, der dem kleinsten Volumen des Ölraumes 5 und
dem größten Volumen
des Fluidraumes 7 entspricht, herrscht im Fluidraum 7 der
Vorfülldruck
p0. Dessen Größe ist einsatzspezifisch
gewählt
und stellt den Vorfülldruck
dar, der als Voreinstellung des Hydrospeichers, während der
Fluidraum 5 drucklos ist, im Gasraum 7 aufgebaut
wird. Bei laufendem Betrieb wird in zweckmäßiger Weise eine Prüfung dahingehend
durchgeführt, ob
der Vorfülldruck
p0 unverändert
ist und dementsprechend der Speicher ein unverändertes Betriebsverhalten besitzt.
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Wenn
es im Betrieb zu einem sehr raschen oder schlagartigen Abfall des
Druckes im Fluidraum 5 kommt, bewegt sich die Membran 3 schlagartig
in Richtung auf die Gehäuseöffnung 15,
wobei der Flächenbereich 29 in
der Art eines bewegbaren Ventilkörpers
am Rand der Gehäuseöffnung 15 anliegt. Der
Flächenbereich 29 bildet
als Ventilkörper
Bestandteil einer Ventilanordnung, deren Ventilsitz durch den Rand
der Gehäuseöffnung 15 gebildet
ist.
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Bei
entsprechend rascher oder schlagartiger Bewegung der Membran 3 besteht
die Gefahr, dass der Flächenbereich 29 den
Rand der Gehäuseöffnung 15 erreicht,
bevor das gesamte Ölvolumen
aus dem Fluidraum 5 über
die Öffnung 15 ausgetreten
ist, so dass Öltaschen
durch verbleibende Restvolumina im Fluidraum 5 gebildet
werden, so dass die Membran 3 nicht vollflächig an
der Innenwand der Gehäuseschale 11 anliegt.
Hieraus resultiert, dass das Volumen des Gasraumes 7 nicht
dem Größtwert entspricht,
wie er gegeben ist, wenn die Membran 3 vollflächig an
der Innenseite der Gehäuseschale 11 anliegt.
Wird bei einem solchen Zustand eine Prüfung dahingehend durchgeführt, ob
der Vorfülldruck
p0 dem vorgegebenen Wert unverändert
entspricht, so ergibt sich eine Verfälschung des Messergebnisses.
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Zur
Vermeidung dieses Problems ist erfindungsgemäß die durch den als Ventilkörper wirkenden
Flächenabschnitt 29 und
den als Ventilsitz wirkenden Rand 31 der Gehäuseöffnung 15 gebildete Ventilanordnung
derart gestaltet, dass bei der Schließstellung, wenn der Flächenbereich 29 am Rand 31 der Öffnung 15 anliegt,
ein die Ventilanordnung umgehender Bypass verbleibt, durch den jedwedes
Restvolumen des Öls
aus dem Fluidraum 5 abfließen kann. Als Umgehung für die Ventilanordnung
sind in den Rand 31 der Gehäuseöffnung 15, welcher
als Ventilsitz der Ventilanordnung dient, vertiefte Nuten 33 eingearbeitet,
die, wie am besten aus 2 zu ersehen ist, von der Gehäuseöffnung 15 sternförmig in
Radialrichtung verlaufen und eine solche Länge besitzen, dass sie sich
radial über
den Bereich hinaus erstrecken, in dem der Flächenbereich 29 der
Membran 3 abdichtend an dem als Ventilsitz dienenden Rand 31 der Öffnung 15 anliegt.
In der bei derartigen Membranen üblichen
Weise ist im Zentrum des Flächenbereiches 29 ein
Abstützkörper 35 in
eine Verdickung der Membran 3 eingebettet. Die sich ergebende
Versteifung am Flächenbereich 29 verhindert,
dass das nachgiebige Material der Membran 3 in die Nuten 33 eingedrückt wird,
was einen dichten Verschluss der Ventilanordnung zur Folge hätte und
die Bypassanordnung unwirksam machen würde. Bei einer nicht näher dargestellten
Ausführungsform
kann es auch vorgesehen sein, zumindest eine Nut vom Speicherboden
aus spiralförmig
an der Innenseite der Gehäusewand
umzuführen.
Auch können
derartig mehrere spiralförmige
Nuten angeordnet sein, die dem Grunde nach einer üblichen
Einschneid-Gewindeform
nachfolgen können.
Die dahingehende Nutenkontur ist insbesondere durch einen Drehvorgang
günstig
herstellbar.