DE3333597A1

DE3333597A1 - Druckspeicher

Info

Publication number: DE3333597A1
Application number: DE19833333597
Authority: DE
Inventors: Heinz Peter 3050 Wunstorf Suhr
Original assignee: Wilkhahn Wilkening and Hahne GmbH and Co KG
Current assignee: Wilkhahn Wilkening and Hahne GmbH and Co KG
Priority date: 1983-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1985-04-18

Description

Druck speicher
Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher, enthaltend ein Druckgefäß mit einem Flüssigkeitsraum und einem Gasraum.
Druckspeicher dieser Art mit öl als Druckflüssigkeit (sogenannte Druckölspeicher) sind als Gasspeicher mit und ohne Trennwand bekannt. In diesen Druckspeichern wird die Flüssigkeit durch komprimiertes Gas (Luft oder Stickstoff) unter Druck gesetzt, wobei in Druckspeichern ohne Trennwand das Druckgas direkt gegen die Oberfläche der Flüssigkeit wirkt, während in Druckspeichern mit Trennwand zwischen dem Flüssigkeitsraum und dem Gasraum eine Trennwand (beispielsweise eine Membran) vorgesehen ist.
Derartige Druckspeicher können als Stoßdämpfer Verwendung finden, um Druckstöße in einem Arbeitskreis abzudämpfen. Sie können ferner als Energiequelle für Spitzenbedarf oder für einen pumpenlosen Notkreis eingesetzt werden und eignen sich schließlich auch als hydraulische Druckfedern.
Der wesentliche Nachteile der bisher bekannten Druckspeicher (in der oben erläuterten Bauart der Gasspeicher) besteht darin, daß bei einem Schadensfall aufgrund der großen Kompressibilität des Gases ein erhebliches Volumen explosionsartig freigesetzt wird, was eine erhebliche Gefährdung der Benutzer mit sich bringen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher zu schaffen, der sich durch eine wesentlich verbesserte Betriebssicherheit auszeichnet und zugleich preisgünstig sowie in gedrängter Bauweise gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gas raum durch die Zellen wenigstens eines Körpers aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Schaumstoff gebildet wird.
Wird ein solcher Schaumstoffkörper komprimiert, so vergrößert sich der Druck in den mit Gas gefüllten Zellen des Schaumstoffkörpers, wodurch sich eine progressive Federkennlinie ergibt. Der Druckspeicher kann dabei in gewünschter Weise vorgeladen werden, indem der Schaumstoffkörper zunächst mechanisch vorgespannt wird, ehe er mit der Druckflüssigkeit in Berührung kommt.
Bei einem solchen Druckspeicher wird in einem etwaigen Schadens falle nur das verhältnismäßig kleine (und für den Benutzer ungefährliche) Volumen freigesetzt, das der gespeicherten Druckflüssigkeitsmenge entspricht.
Ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemäßen Lösung besteht ferner darin, daß die Daten des Druckspeichers durch die Art und Bemessung des Schaumstoffkörpers in weiten Grenzen frei wählbar sind, wobei sich zugleich eine fertigungstechnisch einfache und kompakte Bauweise ergibt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele beschrieben.
In der Zeichnung zeigen Fig.1 bis 3 eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Druckspeichers im nicht vorgespannten Zustand (Fig.1), im mechanisch vorgespannten Zustand (Fig.2) und im geladenen Zustand (Fig.3), Fig.4 und 5 Schemadarstellungen von zwei weiteren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Druckspeichers, Fig.6 und 7 Prinzip-Darstellungen je eines Ausführungsbeispieles eines als hydraulische Druckfeder ausgebildeten erfindungsgemäßen Druckspeichers.
Der in den Fig.1 bis 3 dargestellte Druckspeicher 1 enthält ein Druckgefäß 2, das aus einem Unterteil 3 und einem Deckel 4 besteht.
In das Druckgefäß 2 wird ein Körper 5 aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Schaumstoff, beispielsweise aus zelligem Polyurethan-Elastomer, eingebracht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Schaumstoffkörpers 5 so bemessen, daß der Schaumstoffkörper 5 komprimiert wird, wenn der Deckel 4 auf das Unterteil 3 des Druckgefäßes 2 aufgesetzt wird.
Der Deckel 4 ist mit einer Zu- bzw. Abflußöffnung 6 für Druckflüssigkeit, insbesondere öl, Versehen.
Wird der Druckspeicher 1 an einen äußeren, nicht dargestellten Arbeitskreis angeschlossen, so wird der Schaumstoffkörper 5 durch das im Flüssigkeitsraum 7 des Druckspeichers 1 befindliche Drucköl weiter komprimiert, wobei der Druck in den gasgefüllten Zellen des Schaumstoffkörpers 5 mit zunehmender Kompression des Schaumstoffkörpers 5 progressiv ansteigt.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel (unter Verwendung eines handelsüblichen geschlossenporigen Schaumstoffes aus zelligem Polyurethan-Elastomer) kann der Druckspeicher mit maximal 80% des Volumens des Schaumstoffkörpers 5 mit Drucköl gefüllt werden. Bei einer Kompression des Schaumstoffkörpers um 35% beträgt der Speicherdruck 1 N/mm2. Die Kennlinie ist hierbei progressiv.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 enthält der Druckspeicher 11 im Druckgefäß 12 einen frei im Flüssigkeitsraum 17 schwimmenden Schaumstoffkörper 15 aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Material. Das Druckgefäß 2 ist mit einer Öffnung 16 für den Zu- und Abfluß des Drucköles vorgesehen. Die Wirkungsweise entspricht der des zuvor erläuterten Ausführungsbeispieles.
Bei der Variante gemäß Fig.5 enthält der Druckspeicher 21 ein Druckgefäß 22 mit einer zentralen Druckflüssigkeitsleitung 28, die an einen äußeren, nicht dargestellten Arbeitskreis angeschlossen ist.
Diese Druckflüssigkeitsleitung 28 steht über eine Flüssigkeitsöffnung 29 mit einem die Leitung 28 umgebenden Ringraum 30 in Verbindung, in dem ein Schaumstoffkörper 25 aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Material angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schaumstoffkörper 25 durch einen Ringspalt von der Flüssigkeitsleitung 28 getrennt.
Fig.6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Druckspeicher 31 als hydraulische Druckfeder ausgebildet ist. Im Druckgefäß 32 ist ein Kolben 33 gleitbeweglich, der den Flüssigkeitsraum 37 begrenzt. Über dem Flüssigkeitsraum 37 befindet sich ein Schaumstoffkörper 35 aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Material, dessen Zellen den komprimierbaren Gas raum des Druckspeichers bilden. Das Druckgefäß 32 und die Kolbenstange 38 sind mit den gegeneinander abzu- federnden (nicht dargestellten) Bauteilen verbunden.
Fig.7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als hydraulische Druckfeder ausgebildeten Druckspeichers 41. In dem Druckgefäß 42 ist ein Kolben 43 gleitbeweglich, der einen mit Druckflüssigkeit gefüllten Flüssigkeitsraum 47 begrenzt.
Dieser Flüssigkeitsraum 47 steht über eine Flüssigkeitsöffnung 49 mit einem Ringraum 50 in Verbindung, in dem ein Schaumstoffkörper 45 aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Material angeordnet ist. Zwischen dem Schaumstoffkörper 45 und dem Zylinder 46 ist ein Ringspalt vorgesehen, durch den sich die über die Öffnung 49 zuströmende Druckflüssigkeit über die gesamte axiale Länge des Druckspeichers 41 verteilen kann.
Die vorteilhaften Eigenschaften eines solchen, als hydraulische Druckfeder ausgebildeten erfindungsgemäßen Druckspeichers seien an folgendem Beispiel erläutert: Ausgehend von einem Kolbendurchmesser von 18 mm, einem Hub von 100 mm, einem Druckspeicher-Außendurchmesser von 40 mm und einer axialen Vorspannung des Schaumstoffkörpers um 18% ergibt sich (bei Verwendung eines handelsüblichen, elastisch kompressiblen, geschlossenporigen Schaumstoffes aus zelligem Polyurethan-Elastomer) eine maximale Füllung von 39 des Volumens des SchamstofSkörTjcr.
Entsprechend den technischen Daten des gewählten Schaumstoffes beträgt der Vorspanndruck 0,6 N/mm2 und der Fülldruck 1,2 N/mm2. Daraus ergibt sich eine von 15 auf 30 kp ansteigende Federkennlinie (zusätzlich kann eine etwa gewünschte Dämpfung durch entsprechende Drosselung der Öffnung 49 erzielt werden, die den Innenraum des Zylinders 46 mit dem vom Schaumstoffkörper 45 gebildeten Speicher verbindet).
Eine solche Öldruckfeder besitzt bei ähnlichen Abmessungen eine ähnliche Federkennlinie wie eine Gasdruckfeder, birgt jedoch nicht die bei Beschädigungen auftretenden Gefahren einer Gasdruckfeder.
Während ferner eine vergleichbare Gasdruckfeder mit einem Gasdruck von ca. 4,3 N/mm2 arbeitet, beträgt der Druck in einer vergleichbaren erfindungsgemäßen Öldruckfeder nur ca. 1,2 N/mm2.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, insbesondere, was die Ausbildung und Anordnung des Schaumstoffkörpers anbelangt. So kann der Schaumstoffkörper selbstverständlich in eine beliebige Anzahl von Teilkörpern unterteilt werden, was die Fertigung unterschiedlicher Größen des Druckspeichers und die Lagerhaltung vereinfacht.
Als elastisch kompressibler, geschlossenporiger Schaumstoff stehen handelsüblich verschiedene Varianten mit unterschiedlicher Federkennlinie zur Verfügung. Es versteht sich, daß der jeweilige Schaumstoff einwandfrei beständig gegenüber der verwendeten Druckflüssigkeit (meist Öl) sein muß.
Um den Druckspeicher mit einer gewünschten Dämpfung zu versehen, können beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen der Fig.5 und 7 die öffnungen 29 bzw. 49 als Düsen oder als einstellbare Drosselstellen ausgebildet werden.

Claims

Patentansprüche: 0Druckspeicher, enthaltend ein Druckgefäß mit einem Flüssigkeitsraum und einem Gasraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum durch die Zellen wenigstens eines Körpers (z.B. 5) aus elastisch kompressiblem, geschlossenporigem Schaumstoff gebildet wird.
2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (z.B. 2) mit wenigstens einer Zu- bzw. Abflußöffnung (z.B. 6) für die Druckflüssigkeit versehen ist.
3. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsraum (z.B. 37) durch einen im Druckgefäß (z.B. 32) gleitbeweglichen Kolben (z.B. 33) begrenzt ist.
4. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper (z.B. 5) in fester Lage, jedoch komprimierbar, im Druckgefäß (z.B. 2) angeordnet ist.
5. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper (15) schwimmend im Flüssigkeitsraum (17) angeordnet ist.
6. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsraum (7) und der Schaumstoffkörper (5) im Druckgefäß (2) nebeneinander angeordnet sind.
7. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper (z.B. 45) den Flüssigkeitsraum (z;B. 47) umschließt.
8. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper (z.B. 5) innerhalb des Druckgefäßes (z.B. 2) vorgespannt ist. -
9. Druckspeicher nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (22) eine zentrale Druckflüssigkeitsleitung (28) aufweist, die über wenigstens eine Flüssigkeitsöffnung (29) mit einem die Druckflüssigkeitsleitung umgebenden Ringraum (30) verbunden ist, in dem der Schaumstoffkörper (25) - vorzugsweise durch einen Rinqsi lt von der Druckflüssigkeitsleitung (28) getrennt - untergebracht ist.
10. Druckspeicher nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (42) einen zentralen Zylinder (46) mit darin gleitbeweglichem Kolben (43) aufweist, wobei der vom Kolben begrenzte, mit Druckflüssigkeit gefüllte Flüssigkeitsraum 647) über wenigstens eine Flüssigkeitsöffnung (49) mit einem den Zylinder umgebenden Ringraum (50) verbunden ist, in dem der Schaumstoffkörper (45) - vorzugsweise durch einen Ringspalt vom Zylinder getrennt - untergebracht ist.
11. Druckspeicher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsöffnung (29 bzw. 49) als eine einstellbare Drosselstelle ausgebildet ist.
12. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoffkörper (z.B. 5) aus zelligem Polyurethan-Elastomer besteht.
13. Druckspeicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Stoßdämpfer.
14. Druckspeicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Energiequelle für Spitzenbedarf und/oder für einen pumpenlosen Notkreis.
15. Druckspeicher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung als hydraulische Druckfeder.