DE2362303C2

DE2362303C2 - Hydropneumatischer Membranspeicher

Info

Publication number: DE2362303C2
Application number: DE19732362303
Authority: DE
Inventors: Gerard Saint-Die Leduc; Michel Azerailles Leduc
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1983-12-01
Also published as: FR2210725B1; JPS505918A; DE2362303A1; GB1412366A; FR2210725A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Membranspeicher gemäD dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Membranspeicher (US-PS 23 00 722) weist die Membran an jeder Seite ihres Randes einen Wulst auf, welcher in eine zugehörige Ringnut eingreift, die in der Stirnfläche der zugehörigen Hohlkugelhälfte ausgebildet ist. Die Membran teilt das Innenvolumen des hohlkugelförmigen Gehäuses in zwei Teile, von denen der eine mit unter Druck stehendem Gas gefüllt wird und der andere Teil zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit dient.

Hydropneurnatische Membranspeicher müssen, bevor sie in den Handel gehen, mit Prüfdruck beaufschlagt werden, der das l,5fache des maximalen Druckes beträgt, für den der Speicher zugelassen ist und der Stempeldruck genannt wird. Eine Eigenart bekannter gattungsgemäßer Membranspeicher liegt darin, daß die Membran beim Beaufschlagen des Membranspeichers mit Prüfdruck dazu neigt, in den Bereich der mechanischen Anlage zwischen den beiden Hohlkugelhälften zu fließen und dadurch, insbesondere beim nachfolgenden Druckentlasten, beschädigt zu werden. Einer der Gründe dafür liegt darin, daß sich die Halbkugeln bei dem sehr hohen Prüfdruck etwas voneinander entfernen, so daß sich ein Spalt bildet, in den das Membrarimaterial hineinfließt

Aus der DE-OS 20 09 487 ist ein Membranspeicher bekannt, zwischen dessen beiden Gehäusehälften ein Stahlring eingespannt ist, an welchen der verdickte Randbereich der Membran großflächig anvulkanisiert ist Dieser Stahlring bildet einen Teil der innenseite der Membran und ist konisch geformt, wobei er die gesamte Stirnseite des Membranrandes bedeckt. Die Membran selbst ist nirgends zwischen beiden Gehäusehälften eingespannt und weist keinen Wulst auf, mit dem sie formschlüssig in eine Nut einer Gehäusehälfte eingreift. Die Membran des Membranspeichers gemäß der DE-OS 20 09 487 bildet zusammen mit dem Stahlring ein verhältnismäßig kompliziertes Bauteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Membranspeicher dahingehend weiterzubilden, daß er das Beaufschlagen mit Prüfdruck ohne jedwelche Schäden besteht und entsprechend eine große Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäße Verstärkung des Randes der Membran verhindert jedwelches Fließen von Material bei Beaufschlagen des Membranspeichers mit Prüfdruck.

Für die Ausbildung der Verstärkung bestehen zahlreiche Möglichkeiten. Vorteilhafte Ausführungsformen der Verstärkung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 eine Teilansicht eines herkömmlichen Membranspeichers,

Fig.2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 nach teilweisem Lockern der oberen Hohlkugelhälfte, F i g. 3 eine Teilansicht der Membran gemäß F i g. 2, Fig.4 und 5 zwei Ansichten zur Darstellung des Aufbaus einer Membran für den erfindungsgemäßen Membranspeicher,

F i g. 6 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Membranspeichers,

F i g. 7 eine Detailansicht der F i g. 6 nach Beaufschlagung mit Prüfdruck,

Fig.8 eine Detailansicht zur Darstellung eines Membranspeichers gemäß F i g. 1 nach Prüfung.

Zur Verdeutlichung der weiter unten erläuterten Erfindung wird zunächst ein herkömmlicher hydropneumatischer Membranspeicher beschrieben. Er weist gemäß Fig. 1 zwei Hohlkugelhälften 1 und 2 auf, die gegeneinandergeklemmt werden, bis der untere Rand der Hohlkugelhälfte 2 in Anlage an eine Ringschulter 10 der Hohlkugelhälfte 1 kommt. Zwischen den beiden

Hohlkugelhälften 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 bildendes Teil 4 ist am unteren Bereich der Membran 3 angeordnet und deckt, wenn der Membranspeicher von Flüssigkeit entleert ist, eine öffnung 5 ab, durch die die Flüssigkeit ein- oder ausströmt Das unter Druck stehende Gas strömt durch eine obere öffnung ein, die mit einem Stopfen 6 versehen ist.

Bei Ausführungsformen mit mittlerem oder großem Fassungsvermögen hat man festgestellt, daß das Material, aus dem die Membran 3 besteht, die Neigung hat, zu fließen, wenn die vorgeschriebene Prüfung 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 · Stempeldruck ausgesetzt wird. Beispielsweise wird ein Membranspeicher mit einem Stempeldruck von 400 Bar einen Prüfdruck von 600 Bar ausgesetzt.

Nach dem Beaufschlagen mit einem Prüfdruck von 600 Bar stellt man nach Losschrauben der Hohlkugelhälfte 2 (F i g. 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 Betriebsstunden 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 Hohlkugelhälften 1 und 2 unter der Wirkung des Prüfdruckes die Neigung haben, sich voneinander zu entfernen, so daß der untere Rand der Hohlkugelhälfte 2 nicht mehr in Berührung mit der Schulter 10 ist; der ganze Vorgang beruht auf einer elastischen Verformung des Gewindestahls. Um dies zu vermeiden, würde 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. Dieses Spannen ist relativ leicht bei Speichern kleinen Fassungsvermögens durchzuführen. Bei Speichern mittleren und vor allem großen Fassungsvermögens (beispielsweise 50 1) sind zum Verspannen Drehmomen- so te der Größenordnung 50 · 10⁴ Nm notwendig.

Man kommt so:

zu einer ersten Unmöglichkeit, weil die Beaufschlagung mit so großen Drehmomenten voraussetzt, Hohlkugelhälften 1 und 2 sehr fest in den Werkzeugen eingespannt werden, wodurch sich 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 einer Auskehlung 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 der Auskehlung 8 und erhält so einen Membranspeicher, 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 vermieden wird. In diesem FaJl sollte die Dicke des Ringes wenigstens das l,5fache der Differenz zwischen Innen- und Außendurchmesser, vorzugsweise das 2,5^: bis 3fache 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 9 aus hartem Kunststoff; 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 Membranspeicher 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 Hohlkugelhälfte 1 ist, während sein Innendurchmesser etwas kleiner als der der Auskehlung 8 in der Membran 3 ist: Dies führt einerseits dazu, daß der Ring 9 die Membran 3 leicht umspannt und andererseits dazu, daß die Baugruppe aus Ring 9 und Membran 3 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 eingebettet ist und die gleiche Funktion erfüllt wie der Ring 9, d. h. jeglichen Fluß des Materials, das die Membran bildet, verhindert.

Beispiel

In einem hydropneumatischen Membranspeicher, dessen Fassungsvermögen 1 1 beträgt und der einen Stempeldruck von 400 Bar aufweist, hat man eine einfache, gebräuchliche Membran angeordnet.

Nach Erreichen eines Druckes von 600 Bar wurde die obere Hohlkugelhälfte 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 1.5 mm · 1,5 mm aufwies. In dieser Auskehlung wurde ein durchgehender

Ring mit quadratischem Querschnitt von 1,5 mm Seitenlänge und einem Durchmesser von 1413 mm aus Nylon angeordnet Die Hohlkugelhälfte wurde wieder montiert Der Versuchsdruck von 600 Bar wurde in 100 Zyklen von herauf bis 600 Bar und herunter bis 0 Bar aufgebracht.

Um vergleichbare Versuchsergebnisse zu erhalten, wurden im Versuchsstand ein erfindungsgemäß abgeänderter Membranspeicher und fünf nicht abgeänderte Membranspeicher 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 Hohlkugelhälften 65°.

Am Ende des Versuches zeigte der erfindungsgemäße Membranspeicher keinerlei Undichtigkeit, während zwei der fünf nicht abgeänderten Membranspeicher leicht leckten.

Die sechs Membranspeicher wurden daraufhin zerlegt und beim erfindungsgemäßen Speicher wurde keinerlei Beschädigung der Membran und des Rings aus Nylon festgestellt, während bei den fünf anderen Speichern das Material längs des ganzen Randes des Wulstes abgeschoben bzw. abgeschert und in den Raum unter dem Gewinde der Hohlkugelhälfte 2 eingepreßt war, wie in F i g. 8 dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydropneumatischer Membranspeicher, bei dem das elastische Material einer elastischen Membran unmittelbar zwischen zwei sich gegenüberliegenden Flächen zweier gegeneinandergepreßter, die beiden Gehäusehälften des Membranspeichers bildende halbe Hohlkugeln geklemmt ist, wobei die Räche einer Hohlkugelhälfte eine Nut aufweist, in die ein an einer Seite des Randes der jo Membran ausgebildeter Wulst eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Membran (3) längs des gesamten Umfangs an der dem Wulst (3a) abgewandten Seite und der Außenseite eine Verstärkung aus einem Material mit gegenüber dem Membranmaterial erhöhter Festigkeit aufweist, welche Verstärkung sich bei Beaufschlagen des Membranspeichers mit Prüfdruck nicht verformt.

2. Membranspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung durch einen Ring (9) gebildet ist, welcher in einer Auskehlung (8) der Membran (3) angeordnet ist.

3. Membranspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 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.

4. Membranspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rings (9) rechteckig ist, wobei die Dicke des Rings (9) größer ist als die Differenz zwischen seinem Außen- und Innendurchmesser.

5. Membranspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Rings (9) wenigstens das l,5fache der Differenz zwischen seinem Außen- und Innendurchmesser, vorzugsweise das 2,5- bis 3fache dieser Differenz, beträgt.

6. Membranspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

7. Membranspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus nicht elastischem Material besteht, das in die Masse des Wulstes (3a) eingegossen ist.

8. Membranspeicher nach Anspruch 7, 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.