DE2904602C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als Druckmittelfeder dienenden volumenveränderlichen hydropneumatischen Speicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Speicher ist aus der FR-PS 11 13 867 bekannt. Der vorbekannte Speicher kann als Druckmittelfeder benutzt werden. Wenn auf die beiden Angriffspunkte von einer entfernten Stelle aus jeweils eine Kraft ausgeübt wird, die so groß ist, daß die beiden Angriffspunkte einander angenähert werden, sucht das veränderliche Volumen des fließfähigen Mediums sich zu verkleinern. Der flüssige Teil komprimiert den gasförmigen Teil, indem er die von dem Gasdruck ausgehende Gegenkraft überwindet. Wenn die Krafteinwirkung nachläßt oder aufgehoben wird, sucht der Gasdruck den flüssigen Teil zurückzuschieben und das veränderliche Volumen des fließfähigen Mediums zu vergrößern, wobei die beiden Angriffspunkte zurück in ihre Ausgangslage streben, in der sie weiter voneinander entfernt sind.

Der aus der FR-PS 11 13 867 vorbekannte, als Druckmittelfeder dienende volumenveränderliche hydropneumatische Speicher weist eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen besteht er aus einer großen Anzahl von Einzelteilen und Dichtungselementen, er ist daher platzraubend, kompliziert und teuer gebaut. Insbesondere ist am offenen Ende der Hülse eine Kappe vorgesehen. Desweiteren befindet sich eine Lochplatte zwischen der Blase und der Flasche.

Weiterhin befinden sich die Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit in verschiedenen Organen, und zwar sowohl am geschlossenen Ende der Flasche als auch in der Lochplatte innerhalb der Flasche als auch im Umfangskörper der Flasche selbst. Durch diese Vielzahl von Öffnungen in vielen Teilen des Speichers wird ein hohes Maß an Flüssigkeitsreibung und damit ein hohes Maß an Druckverlust erzeugt.

Schließlich sind zwei Führungen zwischen der Hülse und der Flasche vorgesehen: Zum einen ein Absatz an der Flasche, der mit der Innenfläche der Hülse in Berührung kommt, zum anderen ein Absatz an der Kappe, der mit der Außenfläche der Flasche in Berührung kommt. Durch diese Ausgestaltung wird der Aufbau verkompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen als Druckmittelfeder dienenden volumenveränderlichen hydropneumatischen Speicher der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der einfach, stabil und platzsparend aufgebaut ist, mit einer geringen Zahl von einzelnen Bauteilen und Dichtungselementen auskommt und nur einen geringen Druckverlust erzeugt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch diese Ausgestaltung ist der Speicher einfach, stabil und platzsparend aufgebaut. Die Hülse besitzt keine Kappe, wodurch auch die (zweite) bearbeitete Innenfläche an dieser Hülse entbehrlich ist. In gleicher Weise muß die Flasche nicht an ihrem Ende einen Absatz aufweisen, der mit der Innenfläche der Hülse in Gleitberührung tritt.

Gemäß der Erfindung ist eine Lochplatte zwischen der Membran und der Innenfläche der Flasche nicht erforderlich. Die Erfindung benötigt auch nicht eine Kappe, so daß sie mit einer geringen Anzahl von einzelnen Bauteilen und Dichtungselementen auskommt.

Dadurch, daß die Hülse im Innern eine einzige bearbeitete Bohrung aufweist, in der die Flasche nach Art eines Tauchkolbens verschiebbar ist, sind die Öffnungen für den Durchtritt der Flüssigkeit lediglich in dem verschlossenen Ende der Flasche vorgesehen. Dies führt dazu, daß lediglich ein geringer Druckverlust bei der Relativbewegung zwischen der Hülse und der Flasche auftritt.

Die trennende Einrichtung kann als verformbare Blase ausgebildet sein, die innerhalb der Flasche befestigt ist.

Es ist zweckmäßig, die Einrichtung für den Durchtritt für Flüssigkeit so auszuführen, daß die Blase, wenn sie in der Flasche die maximale Ausdehnung erreicht hat, nicht infolge Kriechens durch die Einrichtung für den Durchtritt von Flüssigkeit hindurchtreten kann. Eine brauchbare Lösung dafür besteht darin, die Einrichtung für den Durchtritt von Flüssigkeit als eine Anzahl von Öffnungen zu verwirklichen, die einen ausreichend geringen Durchmesser aufweisen. Durch eine Änderung der Zahl und/oder des Querschnitts dieser Öffnungen können die Strömungsbedingungen für die Flüssigkeit beeinflußt werden, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit des Speichers dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, besondere Hubbegrenzungen für die Kompression und die Streckung vorzusehen. Bei der Kompressionsbewegung wird der Hub nämlich durch die bloße Anlage des Endes der Flasche, das mit der Einrichtung für den Durchtritt der Flüssigkeit ausgestattet ist, an dem Boden der Hülse begrenzt. Die Streckbewegung wird begrenzt durch die Wirkung der Flüssigkeitsansaugung, die von dem flüssigen Teil ausgeht, wenn die Blase sich bei maximaler Expansion an die Innenseite der Flasche legt; dadurch wird verhindert, daß die Flasche versehentlich aus der Hülse heraustritt.

Wenn die Streckbewegung beispielsweise von der Struktur der Anlage her begrenzt ist, ist der der Speicher eingesetzt wird, kann man die Länge der in dem Speicher enthaltenen Flüssigkeit ändern, um unter anderem das Elastizitätsverhalten des Speichers zu modifizieren.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen, als Druckmittelfeder dienenden volumenveränderlichen hydropneumatischen Speicher im Zustand stärkster Kompression;

Fig. 3 bzw. 3 Schnittzeichnungen analog Fig. 1, jedoch in einer Zwischenstellung bzw. bei maximaler Streckung und

Fig. 4 eine Anwendung der Erfindung zum Betätigen des Stromabnehmers eines elektrischen Triebwagens.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenen Ausführungsform besitzt ein als Druckmittelfeder dienender volumenveränderlicher hydropneumatischer Speicher zwei Angriffspunkte 10 bzw. 11 an zwei Organen 12 bzw. 13, die gegeneinander verschiebbar sind und ein starres Gehäuse 12-13 mit veränderlichem Volumen bilden. Das Gehäuse umschließt ein volumenveränderliches fließfähiges Medium, das durch ein Trennelement 14 in einen flüssigen Teil 15 und einen gasförmigen Teil 16 unterteilt wird.

Das erste Organ 12 ist als Hülse mit einer Zylinderwand 17 ausgeführt, die innenbearbeitet 18 ist und einen angeschraubten oder aufgeschweißten flachen Boden 19 besitzt. In dem Boden 19 befindet sich eine Einrichtung 20 zur Zuführung von Flüssigkeit, beispielsweise eine Öffnung, durch die Flüssigkeit in das Gehäuse 12-13 eingefüllt oder aus ihm hinausgelassen werden kann. Die Einfüllöffnung 20 läßt sich bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel mit einem Stopfen 20 A verschließen, wenn die Flüssigkeitsmenge in dem Gehäuse 12-13 unveränderlich bleiben soll.

Der Angriffspunkt 10 weist bspw. eine Kappe 21 auf, die mit der Hülse 12 nahe dem Boden 19 starr verbunden ist und die eine Bohrung 22 zeigt, in die ein Zapfen eingeführt werden kann, der dann den Angriffspunkt 10 darstellt.

Das zweite Organ 13 ist als Flasche ausgebildet, deren Seitenwand 23 zylindrisch ist und die zwei verschlossene Enden 24 und 25 besitzt.

Die Flasche 13 ist etwa nach Art eines Tauchkolbens in der Hülse 12 an deren bearbeiteter Innenbohrung 18 entlang verschiebbar. Zur Abdichtung zwischen der Flasche 13 und der Hülse 12 dient eine Dichtung 26, die in eine Nut 27 in der Nähe des dem Boden 19 abgewandten offenen Endes der Hülse 12 eingreift. Die Dichtung 26 arbeitet mit der Seitenwand 23 der Flasche 13 zusammen.

Das geschlossene Ende 24 der Flasche 13 wird von einem mit der Seitenwand 23 fest verbundenen flachen Boden gebildet, der in das Innere der Hülse 12 in die Nähe von deren Boden 19 zeigt. Der flache Boden 24 ist, wie gezeichnet, eingeschweißt oder leicht auswechselbar angebracht, etwa eingeschraubt, um eine Veränderung der Kenndaten des hydropneumatischen Speichers herbeiführen zu können, wie weiter unten erläutert werden soll. Der Boden 24 der Flasche 13 weist eine Einrichtung für den Durchtritt von Flüssigkeit auf, die aus einer Anzahl enger Öffnungen 29 besteht.

Das andere verschlossene Ende 25 der Flasche 13 ist ungefähr halbkugelig ausgeführt und befindet sich außerhalb der Hülse 12. Es besitzt eine Gaseinfüllöffnung 30, die mit einem Gasfüllventil 31 versehen ist.

Das trennende Element 14 besteht aus einer verformbaren Blase, die innerhalb der Flasche 13 untergebracht ist und bei 32 an das Ventil 31 gehängt ist. Die Blase 14 befindet sich zwischen den Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen 29 und der Gaseinfüllöffnung 30.

Das Ventil 31 besitzt Außengewinde und nimmt eine Mutter 33 zum Befestigen des Ventils an der Flasche und eine Gegenmutter 34 auf, die ein Außengewinde zum Aufschrauben einer Abdeckung 35 aufweist. In dem Ende dieser Abdeckung ist eine Ausnehmung 36 ausgebildet, die mit einer Kugel 37 zusammenwirkt, die den Angriffspunkt 11 in Form eines Kugelgelenks darstellt. Das Ende des Ventils 31 ist vorzugsweise mit einem Schraubdeckel 38 mit zwischenliegender Dichtung 39 verschlossen.

Wenn der erfindungsgemäße als Druckmittelfeder dienende volumenveränderliche hydropneumatische Speicher in Betrieb genommen werden soll, wird Stickstoff oder ein anderes Gas durch das Ventil 31 in die Blase 14 unter einem solchen Druck eingeführt, daß die Blase in den Zustand maximaler Ausdehnung im Inneren der Flasche 13 gebracht wird (Fig. 3), wobei die Blase 14 an der gesamten Umrißfläche der Innenwand dieser Flasche 13 anliegt und insbesondere den Boden 24 berührt und auf den Öffnungen 29 aufliegt. Diese Öffnungen 29 sind so eng, daß ein Kriechen der Blase 14 durch diese Öffnungen 29 hindurch ausgeschlossen ist. Durch die Öffnung 20 wird eine vorbestimmte Menge Flüssigkeit, beispielsweise Öl, in das Innere der Hülse 12 eingefüllt; dann wird die Hülse mit dem Stopfen 20 A verschlossen.

Der als Druckmittelfeder dienende volumenveränderliche hydropneumatische Speicher ist jetzt betriebsbereit.

Wenn in gestreckter Stellung (Fig. 3) auf die Angriffspunkte 10 und 11 eine so große Kraft ausgeübt wird, daß die Angriffspunkte in Richtung zueinander bewegt werden, sucht das veränderliche Volumen 15, 16 des fließfähigen Mediums sich zu verkleinern, und die Flüssigkeit 15 drückt die Blase 14 zusammen, indem der Druck des in der Blase 14 befindlichen Gases überwunden wird (Fig. 2).

Wenn diese Kraft nachläßt oder verschwindet, versucht der Druck des in der Blase 14 befindlichen Gases die Flüssigkeit zurückzudrängen; dadurch würden die Angriffspunkte 10 und 11 in die Lage bei gestrecktem Speicher zurückgeführt werden. Die Öffnungen 29 für die Flüssigkeit sind natürlich so eng gewählt, daß kein Kriechen der Blase 14 durch die Öffnungen 29 eintreten kann. Durch Vergrößern oder Verkleinern der Zahl der Öffnungen 29 und/oder durch Verändern des Öffnungsquerschnitts unter eine Grenze, die durch die Forderung, das Kriechen zu verhindern, gegeben ist, lassen sich die Druckverluste des die Öffnungen durchsetzenden Flüssigkeitsstroms herab- oder heraufsetzen; auf diese Weise können die Kennwerte für die Arbeitsweise des hydropneumatischen Speichers je nach Bedarf bei einem gegebenen Vordruck des Gases verändert werden.

Ferner können Kugeln oder gleichartig wirkende Einrichtungen in Verbindung mit mindestens einer Öffnung 29 vorgesehen werden, um auf diese Weise den Durchsatz von der Fließrichtung der den Boden 24 durchsetzenden Strömung abhängig zu machen.

Der Hub des erfindungsgemäßen hydropneumatischen Speichers ist bei der beschriebenen Ausführungsform in Kompressionsrichtung begrenzt durch die Anlage des Boden 24 an dem Boden 19 (Fig. 1) und in Streckrichtung (Fig. 3) durch die Saugwirkung der Flüssigkeit 15.

Durch Variation der Flüssigkeitsmenge, die bei 20 eingefüllt wird, kann der erfindungsgemäße hydropneumatische Speicher außerdem eine doppelte Funktion ausüben, nämlich einerseits ein Element aus einer erste Position in eine zweite Position verstellen und andererseits die Bewegungen dieses Elements aus der zweiten Position in die erste Position dämpfen.

Die erfindungsgemäße hydropneumatische Feder kann in unterschiedlicher Weise angewendet werden. Unter anderem läßt sie sich an einem Stromabnehmer 40 eines elektrischen Triebwagens 41 anbringen, um den Kontakt des Schleifschuhs 42 dieses Stromabnehmers 40 an der Fahrleitung 43 zu gewährleisten. Das Teil 44 ist ein Hubzylinder für den Stromabnehmer 40, und das Teil 45 ist eine Rückstellfeder, die den Stromabnehmer in die abgesenkte Lage zurückholt. Um diese Dauerwirkung zu erzielen, ist ein Arm 46 des Stromabnehmers 40 über einen Schieber 47 mit der erfindungsgemäßen hydropneumatischen Feder 12, 13 verbunden. Die von der hydropneumatischen Feder 12, 13 ausgeübte Kraft wird auf den Schleifschuh 42 des Stromabnehmers übertragen.

Die Änderungen des Abstands der Fahrebene der Eisenbahn von der Fahrleitung 43 werden durch eine derartige Vorrichtung weich und selbsttätig ausgeglichen. Ein ständiger Reibkontakt zwischen 42 und 43 wird auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Triebwagens aufrechterhalten.

Für die Anwendung nach Fig. 4 wird das Kugelgelenk 11 durch eine starre Verbindung 11 ersetzt.

Der hydropneumatische Speicher überträgt seine Kraft auf den Arm 46 vorzugsweise über ein (nicht gezeichnetes) längliches Öhr, so daß bei dem Absenken des Stromabnehmers 40 keine Gefahr besteht, daß Zugkräfte auf den hydropneumatischen Speicher ausgeübt werden.

Claims (4)

1. Als Druckmittelfeder dienender volumenveränderlicher hydropneumatischer Speicher, bestehend aus zwei gegeneinander gleitend verschiebbaren Organen, die ein starres Gehäuse mit veränderlichem Volumen darstellen und ein volumenveränderliches fließfähiges Medium umschließen, das zum einen Teil aus einer Flüssigkeit und zum anderen Teil aus einem Gas besteht, und aus einer den flüssigen von dem gasförmigen Teil trennenden Einrichtung, wobei eines der Organe als eine zylindrische, die Flüssigkeit aufnehmende Hülse ausgebildet ist und das andere Organ als eine Flasche mit einer Einrichtung für den Durchtritt der Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei die Flasche zwei Enden aufweist, von denen eines der Enden sich innerhalb der Hülse befindet, während sich am anderen Ende der Flasche eine Gaseinfüllöffnung befindet, und wobei die trennende Einrichtung zwischen der Einrichtung für den Durchtritt von Flüssigkeit und der Gaseinfüllöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) im Inneren eine einzige bearbeitete Bohrung (18) aufweist, in der die Flasche (13) nach Art eines Tauchkolbens verschiebbar ist und daß nur das innerhalb der Hülse (17) angeordnete Ende (24) der Flasche (13) die Einrichtung (29) für den Durchtritt der Flüssigkeit besitzt.

2. Hydropneumatischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb der Hülse (17) angeordnete Ende (24) der Flasche (13) aus einem auswechselbaren Boden besteht.

3. Hydropneumatischer Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die trennende Einrichtung (14) als verformbare Blase ausgebildet ist, die innerhalb der Flasche (13) befestigt ist, und daß die Einrichtung (29) für den Durchtritt von Flüssigkeit durch das innerhalb der Hülse (17) angeordnete Ende (24) der Flasche (13) eine Anzahl Öffnungen (29) aufweist, die einen so geringen Durchmesser aufweisen, daß ein Kriechen der Blase (14) durch diese Öffnungen (29) im ganz gestrecktem Zustand des Speichers vermieden wird.

4. Hydropneumatischer Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichet, daß einige Öffnungen nur in einer Richtung durchströmbar sind.