DE2623951B2 - Hydropneumatischer Druckspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen.

Ein derartiger Druckspeicher ist bereits durch die DE-OS 23 63 688 bekannt geworden. Einer der beiden Gehäuseteile besteht aus einem Halbkugelboden mit zylindrischem Bord, während der andere Gehäuseteil die Form eines Klöpperbodens oder Korbbogenbodens hat, an den sich ebenfalls ein zylindrischer Bord anschließt

Da Druckspeicher zu den Druckbehältern zu zählen sind, sollen die in den technischen Merkblättern für Druckbehälter empfohlenen Gehäuseformen verwendet werden. Dies betrifft die Bodenformen und insbesondere auch die Mindesthöhen der zylindrischen Borde. Darüber hinaus muß ein zylindrischer Bord auch so hoch sein, daß ein ausreichender Abstand der Befestigungszone von der Schweißnaht gewährleistet ist. Ein zu geringer Abstand würde trotz äußerer Kühlung Wärmeschäden an der Membran zur Folge haben. Alle diese Anforderungen führen dazu, daß die gasraumseitige Innenfläche des Druckspeichers größer ist als die Fläche der ungedehnten Membran. Das bedeutet, daß zwischen einer symmetrisch um das Halteglied in Richtung des Gasraumes gestülpten, ungedehnten Membran und der Innenfläche ein Zwischenraum besteht Wenn in dieser Lage der Druck im Flüssigkeitsraum weiter gesteigert wird, tritt eine Dehnung der Membrane ein, die insbesondere in der Nähe des Haltegliedes zu einer vorzeitigen Zerstörung der Membran führen kann. Ein solcher Fall kommt in den meisten Anwendungsfällen allerdings nicht vor, weil dort das sogenannte Druckverhältnis, d. h, das Verhältnis von maximalem Betriebsdruck zur Gasvorspannung etwa auf 8:1 herstellerseitig begrenzt wird. In bestimmten Industriezweigen ist jedoch ein Druckverhältnis von 10:1 und mehr erforderlich, vornehmlich dann, wenn eine Hydraulikanlage mit zwei sehr stark differierenden Drücken betrieben wird und der Druckspeicher in beiden Druckbereichen funktionell notwendig ist Es wäre nun theoretisch denkbar, die Membran in ihrer Größe und Form nach der gasraumseitigen Innenfläche zu bemessen. Man könnte dadurch zwar Dehnungen vermeiden, bekäme jedoch bei entleertem Druckspeicher sogenannte Flüssigkeitsnester, die immer dann auftreten können, wenn die Membranfläche größer ist als die flüssigkeitsseitige Innenfläche. Flüssigkeitsnester bestehen aus lokalen beulenförmigen, allseits dicht von der Membran umschlossenen Flüssigkeitsansammlungen, die zu einer Verkleinerung des Gasraumes führen und damit eine unerwünschte Erhöhung der Gasvorspannung bewirken. Eine andere Möglichkeit, die Gefahr von Dehnungen zu verringern, besteht darin, die gasraumseitige Bodenform zu ändern und einen Boden vorzusehen, welcher der umgestülpten Membran nahe

to kommt Unter Beibehaltung der vorgeschriebenen Bordhöhen gelingt dies aber nur dann, wenn man Materialanhäufungen vornimmt, die zwar bei geschmiedeten Teilen prinzipiell möglich sind, bei Blechteilen aber kaum zu verwirklichen sind. Stark abweichende Wanddicken führen überdies zu Dehnungsbehinderungen und damit zu einer Verschlechterung der dynamischen Festigkeit. Es wird auch versucht, durch Einstecken eines Gehäuseteils in den anderen das Problem zu lösen. Diese Lösung bedingt aber unter der

so Voraussetzung gleicher Wanddicken einseitige Kehlnähte, die wegen der in ihnen auftretenden Biegespannungen im Behälterbau nicht empfohlen werden und außerdem z. B. auf einer Elektronenstrahlschweißanlage nicht zu verwirklichen sind. Sofern es sich um Druckspeicher handelt, deren Gehäuseteile nicht verschweißt, sondern durch Flansche, Gewinde, Bördelungen od. dgl. verbunden werden (siehe z. B. DE-PS 11 98 148), lassen sich die Innenflächen beiderseits der Befestigungszone vergleichsweise einfach in gleicher Größe ausbilden. Derartige Lösungen sind aber für eine Massenproduktion zu teuer.

Es liegt daher die Aufgabe vor, den eingangs genannten Druckspeicher mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß auch hohe Lastverhältnisse gefahren werden können, ohne daß Dehnungen in der Membran auftreten und Flüssigkeitsnester sich bilden können. Anders ausgedrückt soll trotz eines hohen Druckverhältnisses eine ausreichende Lebensdauer

erzielt werden sowie die Funktionsfähigkeit voll erhalten bleiben. Darüber hinaus soll der Druckspeicher unter Beachtung der in den technischen Merkblättern für Druckbehälter empfohlenen Gehäuseformen klein in Größe und Gewicht bleiben und im Rahmen einer Massenfertigung mit geringen Kosten hersteilbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen.

Stützkörper, die ein Überdehnen von Membranen vermeiden sollen, sind im Drackspeicherbau an sich bekannt Diese Stützkörper (GB-PS 11 08 551, DE-AS 12 28 874, DE-GM 19 08 427) sind perforiert, so daß die Membran bei Erreichen eines vorbestimmten Druckverhältnisses zur Anlage kommt. Die Höhe des Druckverhältnisses richtet sich nach der Größe des Gasraumes auf der Rückseite des Stützkörpers. Auf jeden Fall ist beim Anliegen der Membran am Stützkörper die Funktionsfähigkeit des Druckspeichers — sofern er für Schwingungs- oder Druckstoßdämpfu-g eingesetzt wird — nicht mehr gegeben, und eine weitere Steigerung des Druckverhältnisses ist ebenfalls nicht mehr möglich. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wäre damit nicht vollständig zu lösen gewesen. Beim Bau von Blasenspeichern ist es darüber hinaus bekannt, im Innern der Blasen poröse Stützkörper anzuordnen (DE-AS 12 40 264, DE-OS 19 04 957). Da diese Stützkörper aber entweder in sich komprimierbar sind oder aber in den Poren Gas aufnehmen können, werden sich auch die Blasen bei einem bestimmten Druckverhältnis anlegen. Der Gedanke der Steigerung des Druckverhältnisses tritt bei Blasenspeichern auch etwas in den Hintergrund, da man sich mit Druckverhältnissen von 3:1 bis 4:1 zufrieden gibt. Eine Anwendung solcher poröser Stützkörper zur Lösung der Aufgabe der Erfindung hätte somit auch nicht zum Erfolg geführt, da poröse Stützkörper perforierten gleichzusetzen sind.

Die erfindui/gsgemäße Lösung hat demgegenüber den Vorteil, daß der Füllkörper sowohl inkompressibel als auch formbeständig und gasundurchlässig ist. Er ist somit nicht in der Lage, in irgendeiner Form Gas aufzunehmen. Das bedeutet, daß zwischen Füllkörper und Membrane immer ein Restgasvolumen verbleibt, das auch bei weiteren Drucksteigerungen ein vollständiges Anlegen der Membran am Füllkörper verhindert und die Funktionsfähigkeit des Druckspeichers damit gewährleistet Durch die Formgebung des Füllkörpers wird auch die freie Innenfläche des Gasraumes gerade in dem Maße verkleinert, daß Dehnungen der Membrane vermieden werden.

Der Anspruch 2 bezieht sich auf ein günstiges Material für den Füllkörper.

Die Ansprüche 3 bis 5 richten sich auf Möclichkeiten zur Befestigung des Füllkörpers.

Der Anspruch 6 bezieht sich auf eine Maßnahme zur Vermeidung von Wärmeschäden im Füllkörper.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung irn folgenden näher erläutert Diese zeigt einen Schnitt durch einen Druckspeicher längs seiner Achse.

Der hydropneumatisch* Druckspeicher 1 besitzt zwei Gehäuseteile 2 und 3, die an Rändern 4 und 5 stumpf aneinanderstoßen und durch Schweißen fest und dauerhaft miteinander verbunden werden. Ein Halte-

i& glied 6, welches in einer umlaufenden Nut 7 in dem Gehäuseteil 3 fixiert ist, umschließt einen verdickten Rand 8 einer Membran 9 mit Vorspannung, so daß einerseits eine Halterung der Membrane 9 und andererseits eine gasdichte Abdichtung in der Befestigungszone erzielt wird. Die Membran 9 teilt das Innere des Druckspeichers 1 in einen Gasraum 10 und einen Flüssigkeitsraumi 11. In den Gasraum 10 mündet eine Gaseinfüllöffnung 12, die mittels einer Verschlußschraube 13 und einer Dichtung 14 nach dem Einfüllen eines unter Druck stehenden Gases, meist Stickstoff, verschlossen wird. Der Gehäuseteil 3 ist mit einem Anschlußstück 15 verschweißt, in dem sich ein Flüssigkeitsanschluß 16 befindet, der in den Flüssigkeitsraum 11 mündet Die Innenfläche des Gehäuseteils 3 wird mit 17 bezeichnet während die auf der anderen Seite der Befestigungszone liegende Innenfläche des Gehäuseteiis 2 die Bezugszahl 18 erhält Die Membran 9 ist einmal bei nahezu entleertem Flüssigkeitsraum 11 in ihrer natürlichen, ungedehnten Form dargestellt und

3ü zusätzlich gestrichelt in jener Lage angedeutet, die sie bei druckbelastetem Speicher ungedehnt bei symmetrischer Umstülpung um das Halteglied einnehmen würde. Es ist ersichtlich, daß der Abstand zum Gehäuseteil 2 stellenweise beträchtlich ist, so daß bei weiterer Druckerhöhung starke Dehnungen auftreten würden. Um dies zu verhindern, ist der Raum zwischen der umgestülpten und ungedehnten Membrane 9 und der Innenfläche 18 mit einem Füllkörper 19 ausgefüllt. Dies ist so zu verstehen, daß die Membran bei druckentlastetem Speicher sicli ungedehnt am Füllkörper anschmiegt, so daß dann umso mehr bei geladenem Druckspeicher die Membran naturgemäß immer außerhalb des Bereichs jeglicher Dehnungsbeanspruchung liegen muß.

Der Füllkörper 19 liegt mit seiner Außenfläche an der Innenfläche 18 des Gehäuses an. Zur Halterung in dem Gehäuseteil 2 besitzt der Füllkörper 19 einen kleinen umlaufenden Wulst 20, der in eine entsprechend geformte Nut 21 in dem Gehäuseteil 2 einrastet. Weiterhin zur Fixierung dient eine bis zum Halteglied 6 reichende Schürze 22. Es ist natürlich auch möglich, den Füllkörper 19 einzukleben oder anzuvulkanisieren. Da der Füllkörper inkompressibel, formbeständig und gasundurchlässig ist bleibt auch bei hohen Druckverhältnissen noch ein Restgasvolumen zwischen Membran 9 und Füllkörper 19 bestehen, vorausgesetzt, daß dieser den im zugedachten Raum auch vollständig ausfüllt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem aus zwei aneinanderstoßenden, an der Stoßstelle durch Schweißung dicht miteinander verbundenen Gehäuseteilen zusammengesetzten Gehäuse von im wesentlichen gleicher Wandstärke und mit einer das Innere des Gehäuses gasdicht in einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum veränderlicher Größe unterteilenden walkfähigen Membran, deren Rand mittels eines Haltegliedes gegen die Innenwand des unteren Gehäuseteils festgehalten wird, dessen von der Befestigungszone der Membran aus sich erstreckende Innenfläche der Form der ungedehnten Membran entspricht, während die auf der anderen Seite der Befestigungszone sich erstreckende Innenfläche des Druckspeichers größer ist als die Fläche der um das Halteglied in Richtung des Gasraumes gestülpten ungedehnten Membran, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Innenfläche (18) des Gehäuses und der vollständig symmetrisch umgestülpten und ungedehnten Membran (9) mit einem formfesten, gasundurchlässigen Füllkörper (19) ausgefüllt ist

2. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (19) aus Kunststoff besteht.

3. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (19) in einer zu Befestigungszone der Membran parallelen Ebene außen einen umlaufenden Wulst

(20) besitzt, der in eine entsprechend geformte Nut

(21) in dem benachbarten Gehäuseteil (2) einrastbar ist.

4. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (19) eingeklebt oder anvulkanisiert ist

5. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (19) eine sich bis zum Halteglied (6) erstreckende Schürze (22) besitzt, mit der er sich auf dem Halteglied (6) abstützt.

6. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze

(22) im Bereich der Schweißnaht mit Abstand von der Innenfläche (18) verläuft.