DE2362303A1

DE2362303A1 - Hydropneumatischer membranspeicher

Info

Publication number: DE2362303A1
Application number: DE19732362303
Authority: DE
Inventors: Gerard Leduc
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1974-06-27
Also published as: FR2210725B1; DE2362303C2; GB1412366A; JPS505918A; FR2210725A1

Description

Hydropn eumat i scher Membranspeicher

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Membranspeicher, bei dem eine elastische Membran zwischen zwei Halbkugeln geklemmt und mitteis eines Wulstes ,verankert ist. ■ .

Hydropneumatisch^ Membranspeicher sind Apparaturen, die zwei Halbkugeln auf weis en, aie-norrii-al.erwei.se miteinander verschraubt sind, bis sie in- Anlage kommen und zwischen sich eine Membran einklemmen, die das,Innenvolumen der Kugel in zwei Teile teilt, von denen der obere Teil mit unter Druck stehendem Gas gefüllt wird und der untere Teil zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit dient. . _.-""..-

Diese Speicher müssen obligatorisch, bevor sie in den Handel gehen, einem Druck unterworfen werden, dem sogenannten Prüfdruck, der das 1,5-fache des maximalen Druckes beträgt, für den der Speicher zugelassen ist und der Stempel-, druck genannt wird. Man hat festgestellt, daß auch, wenn.

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dieser Prüfdruck keine fehlerhaften Folgen für Speicher kleinen Fassungsvermögens hat, er doch eine Beschädigung des Speichers bewirken kann, die umso schwerwiegender ist;, weil sie nicht bemerkt wird; diese Beschädigung beruht auf der Tatsache, daß die Membran die Neigung hat, in den Bereich der mechanischen Anlage zwischen den beiden Halbkugeln des Speichers zu fließen. ·* ■ "

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydropneumatischen Membranspeicher zu schaffen, bei dem diese. Beschädigung der Membran vermieden wird und dessen Lebensdauer deshalb merklich vergrößert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran eines Membranspeichers der eingangs erwähnten Art längs des gesamten ümfangs des oberen und äußeren Wulstrandes eine Verstärkung aufweist, die'jegliches Fließen von Material bei Beaufschlagen des Speichers mit Prüfdruck verhindert.

Eine solche zusammengesetzte Membran, ist längs ihres gesamten oberen Randes des Umfangs in der E'ließzone mit einem Ring versehen, der eine Druckfestigkeit auf v/eist, die wenigstens etwas größer als der maximale Prüfdruck des Speichers ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Darstellungen beispielsweise und .mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Eig, 1 eine Teilansicht eines herkömmlichen Speichei-s;

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Pig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. T nach teilweisem Lockern der öfteren Halbkugel;

Fig. 3 eine Teilansicht der Membran gemäß Fig. 2;

Fig. 4 und 5 zwei Ansichten zur Darstellung des Aufbaus *einer Membran für den erfindungsgemäßen Speicher;

Fig. 6 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Speichers; ~ - ■

Fig. 7 ,eine Detailansicht der Fig. 6 nach Beaufschlagung, mit Prüfdruck; '

Fig. 8 eine Detailansicht zur Darstellung eines Speichers gemäß Fig. 1 nach Prüfung.

Gemäß Fig. 1 weist ein hydropneumatischer Speicher zwei Halbkugeln 1 und 2 auf, die gßgpminander geklemmt werden,bis der untere Rand dei* Halbkugel 2 in Anlage an eine Ringschul-· ter 10 der Halbkugel 1 kommt. Zwische-p den beiden Halbkugeln 1 und 2 ist durch Klemmen eine elastomere Membran 3 befestigt, die einen Ansatz bzw. Wulst 3a aufweist, der ihre Verankerung bewirkt. Ein ein Ventil b.ildendes Teil 4 ist am unteren Bereich der Membran 3 angeordnet und deckt, wenn der Speicher von Flüssigkeit entleert ist, eine Öffnung 5 sb₅ durch die die Flüssigkeit ein- oder ausströmt. Das unter Druck stehende Gas strömt durch eine obere Öffnung ein, die mit einem Stopfeh 6 versehen ist.-

Bei Ausführungsformen mit mittlerem und großem Fassungsvermögen hat, man festgestellt, daß das Material, aus dem die Membran 3 besteht, die Neigung hat, zu fließen, wenn die obligatorische Prüfung, wie sie von der zuständigen Verwaltungsbehörde veranlasst, wird, durchgeführt wird. Diese Prüfung -besteht darin, daß»nachdem der Stopfen 6 herausgezogen wird, in die Öffnung Flüssigkeit eingeleitet wird und die Anordnung einem inneren Druck gleich 1,5 x Stempeldruck aus-

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gesetzt wird. Beispielsweise wird ein Speicher mit einem Stempeldruck von 400 Bar einem Prüfdruck von 600 Bar,ausgesetzt.

Nach, dem Beaiii"schlagen mit einem Prüfdruck von 600 Bar stellt man nach Losschrauben der Halbkugel 2 (Fig. 2 und 3) eine Beschädigung der Membran 3 am Außendurchmesser des Wulstes 3a fest. Die Membran 3 weist einen Abschub von Kautschuk längs des ganzen Umfanges auf und man· findet nach vollständigem Ausbau eine Ringhaut mit dem Durchmesser des Wulstes und einer mittleren Breite von 0,3 bis 0,5 mm, die stellenweise bis zu 3 mm betragen kann (Fig. 3)·

Die Membran ist daher beschädigt, diese Beschädigung führt aber erst nach hunderten von Betriebs stunden zu einer Undichtigkeit, die zeigt, ob der Speicher bei seiner Prüfung beschädigt wurde oder nicht.

Die Anmelder haben herausgefunden, daß dieser Materialfluß seine Ursache darin hat, daß die beiden Halbkugeln 1 und 2 unter der Wirkung des Prüfdruckes die Neigung haben, sich voneinander zu entfernen, so daß der untere Rand der Halbkugel 2 nicht mehr in Berührung mit der Schulter 10 ist; der· ganze Vorgang beruht -auf einer elastischen Verformung des Gewindestahls. Um dies zu vermeiden, wird es genügen, bei dem Zusammenbau die beiden Teile 1 und 2 mit einem Drehmoment zu verschrauben, das eine Vorspannung sicherstellt, die größer ist als die Kraft, die versucht, die beiden Teile voneinander zu trennen. DiesesSpanneja ist relativ leicht bei Speichern kleinen Fassungsvermögens durchzuführen. Bei Speichern mittleren und vor allem großen Fassungsvermögens (beispielsweise 50 1) sind zum Verspannen Drehmomente der Größenordnung 50 "t m notwendig.

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Man kommt so: .

- zu einer ersten Unmöglichkeit, weil die Beaufschlagung mit so großen Drehmomenten voraussetzt, daß die Halbkugeln 1 und 2 sehr fest in den Werkzeugen eingespannt werden, wodurch sieh das Gewinde verformt, sich verkeilt und dadurch verhindert wird', daß sich das angewandte Drehmoment in einer Verformung des Stahls bemerkbar macht, d.h. durch eine Vorspannung.

- Zu einer zweiten Unmöglichkeit, weil, wenn eine solche Vorspannung tatsächlich erreicht wird, sie immer zu dem Beginn eines Fressens im Bereich des mechanischen Anschlags zwischen 1 und 2 führt und gleichzeitig zu einem Fressen der Gewinde selbst führt. .

Erfindungsgemäß versieht man die Membran um den ganzen äußeren Umfang des Wulstes mit einem Eckeinschnitt 8 (Fig. 4) und bringt dort einen Ring 9 (-Fig. 5) mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt an, dessen Seiten die gleichen Abmessungen haben, wie die benachbarten Seiten des Einschnittes und erhält so einen Speicher, der im zusammengebauten Zustand wie in Fig. 6 dargestellt, aussieht. -

Der Querschnitt des Rings 9 ist quadratisch (oder rechteckig) mit einer Seitenlänge des Quadrates (oder der kleineren Seite des Rechtecks) zwischen 0,3 % und 2 % des maximalen Durchmessers des Rings.

Der Querschnitt des Rings 9 kann rechteckig oder quadratisch sein, Versuche haben gezeigt, daß es bei rechteckigem Querschnitt des Rings 9 vorteilhaft ist, wenn die Dicke des Rings größer ist als die Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser, wodurch ein Verdrehen des Rings beim Einbau -ver-

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mieden wird. In diesem Pail sollte die Dicke des Ringes wenigstens das 1,5-fache der Differenz zwischen Innen- und Außendurchmesser, vorzugsweise das 2,5- "bis 3-fache der Differenz zwischen seinem Innen- und Außendurchmesser betragen.

Der Ring 9 ist vorzugsweise kontinuierlich, kann aber auch in Segmentform ausgeführt sein.

Vorteilhafterweise besteht der Ring aus hartem Kunststoff oder hartem Plastikmateriai; dies ist wichtig, damit der Ring aus einem Material mit einer derartigen Widerstandsfähigkeit gegen Kompression besteht, daß er sich bei einem Druck, der etwas größer als der Prüfdruck für den Speicher ist, nicht verformt.

Diese Anordnung unterdrückt jeglichen Materialfluß und infolge davon jegliche Beschädigung der Membran, wodurch die Lebensdauer des Speichers wesentlich verlängert wird.

Zum Erleichtern des Zusammenbaus ist es vorteilhaft, die Abmessungen des Rings 9 so zu wählen, daß sein Außendurchmesser etwas kleiner als der seiner Lagerung in der Halbkugel 1 ist, während sein Innendurchmesser etwas kleiner als der der Auskehlung bzw. des Einschnittes 8 in der Membran ist: Dies führt einerseits dazu, daß der Ring die Membran leicht umspannt und andererseits dazu, daß die Baugruppe aus Ring und Membran in einfacher Weise angeordnet .werden kann. Das geringe Spiel bedeutet keinerlei Nachteil, weil die unter Druck gesetzten Teile angeordnet werden.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform ist die Membran 3 längs ihres gesamten Umfangs mit einer Verstärkung aus Gewebe versehen, das in dem die Membran bildenden Material ein-

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gebettet ist und die gleiche funktion erfüllt _wj_e" <3__er Ring 9.1 d.h. jeglichen ITaß des Materials, das die Membran bildet, verhindert.. ·

Beispiel:

In einem hydropneumatischen Speicher, dessen Fassnngs- ^: yermögen 1 1 beträgt und der einen Stempeldruck "von 400 Bar aufweist, hat jhbxl eine einfache, gebräuchliche Membran angeordnet.

Nach Erreichen eines Druckes iron 600 Bar wurde die, obere Halbkugel losgeschraubt und es wurde ein Abschieben von Material, das einen Ring bildete, längs des ganzen oberen Umfanges des Membranwulstes festgestellt*

Die Membran wurde durch eine gleiche Membran mit einem Außendurchmesser von "141,3' mm ersetzt, die eine quadratische Auskehlung von 1 _h5 iffl χ 1,5 mm aufwies *" In dieser Auskehlung wurde ein durchgehender Ring mit quadratischem .Querschnitt von 1,5 mm Seitenlange und einem Durchmesser von 141,3 mm aus Nylon angeordnet. Die Halbkugel wurde wieder montiert. Der Versuehsdruck von 600 Bar wurde in 100 Zyklen von herauf bis 600 Bar und he.runtBr bis 0 Bar aufgebracht.

Um vergleichbare Versuchsergebnisse zu erhalten^ wurden im Versuchsstand ein erfindungsgemäß abgeänderter Speicher und 5 nicht abgeänderte Speicher aufgestellt.

Der erste Druckanstieg wurde 2 Minuten lang aufrechterhalten und während den folgenden Zyklen wurde der Druck 20 Sekunden lang aufrechterhalten. Am Ende des Versuches betrug die Temperatur der Halbkugeln 65°.

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Am Ende des Versuches zeigte der erfindungsgemäße Speicher keinerlei Undichtigkeit, während 2 der 5 nicht abgeänderten Speicher leicht leckten.

Die 6 Speicher wurden daraufhin zerlegt und beim erfindungsgemäßfen Speicher wurde keinerlei Beschädigung der Membran und des Rings aus Nylon festgestellt, 'während bei den 5 anderen Speichern das Material längs des ganzen Randes des Wulstes abgeschoben bzw. abgeschert und in den Raum unter dem Gewinde der Halbkugel 2 eingepreßt war,wie in Fig. dargestellt.

Pat ent anspräche

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Claims

Pat ent ansprüche

Hydropneumatischer Membranspeicher, bei dem eine elastische Membran zwischen zwei Halbkugeln geklemmt ist und mittels eines Wulstes verankert ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (3) längs des gesamten Umfangs des oberen und äußeren Randes des Wulstes (3a) eine Verstärkung aufweist, die jegliches Fließen von Material bei Beaufschlagen des Speichers mit Prüfdruck verhindert.
2. Hydrox>neumatischer Membranspeicher nach Anspruch 1, dadurch g ek e η η ζ e i c h η e t , daß die Membran (3) längs des ganzen oberen und äußeren Umfangsrandes des Wulstes (3a) eine Auskehlung (8) aufweist, in der ein Ring (9) aus sehr hartem Material angeordnet ist.
3. Hydropneumatischer Membranspeicher nach Anspruch 2," dadurch. gekennzeichnet , daß die Härte des Materials, aus dem der Ring (9) besteht, derart ist, daß es keine Verformung erfährt, wenn es mit dem Prüfdruck des Speichers beaufschlagt wird«
4-. Hydropneumatischer Membranspeicher nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß der Querschnitt des Rings (9) quadratisch oder rechteckig ist, wobei die Abmessung der kleineren Seite zwischen 0,3 % und 2 % des maximalen Durchmessers des Rings (9) beträgt.
5. Hydropneumatischer Membranspeicher nach Anspruch ^l dadurch ' g e k e η η ζ ei c h η e t ', daß der Quer-

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schnitt des Rings (9) rechteckig ist, wobei die Dicke des Rings (9) größer ist als die Differenz zwischen seinem Aussen- und Innendurchmesser.
6. Hydropneumatischer Membranspeicher nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Rings (9) wenigstens das Ϊ,5-fache der Differenz zwischen seinem Außen- und Innendurchmesser, vorzugsweise das 2,5- bis 3-faclie dieser· Bifferenz. beträgt.
7. Hydropneumatischer Membranspeicner nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Rings (9). derart festgelegt sind, daß sein Außendurchmesser etwas kleiner als der seiner Lagerung in der Halbkugel (1) ist und sein Innendurchmesser etwas kleiner als der der Auskehlung (8) in der Membran (3) ist.
8. Hydropneumatisch^!"¹ Membranspeicher nach Anspruch 1, dadixrch gekennzeichnet , daß die Verstärkung aus nicht elastischem Material bestellt, das in die Masse des Wulstes (3a) eingegossen ist.
9. Hydropneumatischer Membranspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkung aus einer oder mehreren Fasern besteht, die den Wulst (3a) der Membran in dessen oberen Bereich umgeben und in das Membranmaterial eingegossen sind.

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