DE3810507C2 - Membran-Speicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Speicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Absorbieren von Pulsa­ tionsstößen bzw. Impulsstößen.

In einem Membran-Speicher ist das Innere des Hauptkörpers eines Behälters in eine Gaskammer und in eine Flüssigkeitskammer mittels einer Membran unterteilt, die aus elastischem Material gebildet ist, wobei unter einem vorbestimmten Druck gehaltenes Gas in die Gaskammer eingefüllt wird, während die Flüssigkeits­ kammer mit einem hydraulischen Kreis in Verbindung gebracht wird und Flüssigkeit über Verbindungslöcher in einer Wand der Flüs­ sigkeitskammer hindurch in die Flüssigkeitskammer und aus dieser heraus fließen gelassen wird (US-PS 3 364 949).

Bei einem bekannten Membran-Speicher sind die Verbindungs­ löcher rechtwinklig zu einem Ventilkörper vorgesehen, so daß, wenn der Flüssigkeitsdruck hoch wird als Folge von Druckänderun­ gen in einem hydraulischen Kreis, die Flüssigkeit rechtwinklig mit hoher Geschwindigkeit auf die Fläche des Ventilkörpers auf­ trifft und demgemäß eine starke Stoßkraft auf den Ventilkörper ausübt.

Demgemäß kann der Ventilkörper beschädigt werden und ge­ gebenenfalls auch die Membran, was dazu führt, daß der Speicher nicht arbeiten kann.

Ein Druckspeicher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ ten Art ist aus der US 4 638 838 bekannt. Dieser bekannte Druckspeicher weist eine innere Röhre mit Öffnung auf, die über einen ringförmigen Diffusor eine schräge Fluidpassage erzeugen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Membran-Speicher zu schaffen, bei welchem eine Stoßkraft, die an einen Ventilkörper durch in die Flüssigkeits­ kammer fließende Flüssigkeit angelegt werden kann, geschwächt werden kann, um zu verhindern, daß der Ventilkörper beschädigt oder zerstört wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Membran-Speichers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht des Speichers nach Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 2A ist eine abgewickelte Ansicht eines Ventil­ körpers, der in dem Speicher gemäß den Fig. 1 und 2 vorgesehen ist;

Fig. 3 bis 9 sind jeweils der Fig. 2 ähnliche Quer­ schnittsansichten von Membran-Speichern gemäß anderen bevor­ zugten Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Hauptkörper 1 eines Behälters darge­ stellt, der ein äußeres Rohr 2 zylindrischer Gestalt aufweist, dessen gegenüberliegende Enden durch Seitenplatten 3 und 4 dicht verschlossen sind. Das Innere des Hauptkörpers 1 ist mittels einer aus elastischem Material gebildeten Blase oder Membran 5 in eine Gaskammer 6 und eine Flüssigkeitskammer 7 unterteilt. Weiterhin ist ein inneres Rohr 8 vorgesehen, wel­ ches zu dem äußeren Rohr 2 und der Membran 5 gleichachsig an­ geordnet ist, und ein Ende des inneren Rohres 8 ist an der Seitenplatte 3 sicher befestigt, während sein anderes Ende mit einem Anschlag 2a des äußeren Rohres 2 in Berührung ge­ halten ist, wobei ein Auge 5a der Membran 5 zwischen dem An­ schlag 2a und der Seitenplatte 4 unter Druck angeordnet ist, um die Membran 5 sicher zu halten.

In der Wand des inneren Rohres 8 ist eine Mehrzahl von schlitzartigen Verbindungslöchern 10 gebildet, die in einem Winkel θ zur Mittelachse c des Hauptkörpers 1 axialsymmetrisch angeordnet sind. Zusätzlich sind auf der Innenseite des inne­ ren Rohres 8 drei Ventilkörper 12 bogenförmiger Gestalt ange­ ordnet, die jeweils mittels Stiften 11 an ihrem mittleren Teil befestigt sind.

Der Ventilkörper 12 ist aus einem Federventil 13 und einem Schutzteil 14 zusammengesetzt, die übereinander angeord­ net sind, wobei das Federventil 13 auf der Außenseite ein sog. Fischgrät-Federventil ist, welches aus einem Rückenabschnitt 31A, in welchem eine Mehrzahl von Stiftlöchern 30A gebildet ist, und einer Mehrzahl von Zweigabschnitten 32A besteht zum Öffnen und Schließen der Verbindungslöcher 10, wie es in der linken Hälfte 3A der Fig. 2A dargestellt ist, und wobei im Vergleich zu bekannten Ventilkörpern der Rückenabschnitt 31A lang ist und die Zweigabschnitte 32A in größerer Anzahl vor­ gesehen sind. Der Schutzteil 14 ist auf der Innenseite des Ventilkörpers 12 angeordnet, d. h. auf der der Membran 5 zuge­ wandten Seite, und er besteht aus Polytetrafluoräthylen und hat eine Gestalt, die der Gestalt des oben beschriebenen Fischgrät-Federventils 13 ähnlich, jedoch größer ist. Die Stiftlöcher 30A in dem Federventil 13 haben einen etwas größe­ ren Durchmesser als die Stifte 11 und wenn die Stifte 11 in den betreffenden Stiftlöchern 30A aufgenommen sind, ist eine Verschiebung zwischen dem inneren Rohr 8 und dem Federventil 13 außerordentlich gering, da Bewegung des Federventils 13 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung begrenzt ist als Folge der Tatsache, daß der Rückenabschnitt 31A des Federventils 13 an einer Mehrzahl von Stellen festgelegt ist. Demgemäß tritt im wesentlichen keine Verschiebung zwischen dem inneren Rohr 8 und dem Federventil 13 auf, so daß das Ausmaß an Verformung des Federventils 13 ebenfalls außerordentlich klein ist. Es ist zu bemerken, daß das Federventil 13 dahingehend abgeändert werden kann, daß die Spitzenenden 32a der betreffenden Zweig­ abschnitte 32A miteinander verbunden werden, wie es in der rechten Hälfte 3B der Fig. 2A dargestellt ist. Wenn die Spitzen­ enden 32a gemäß vor stehender Beschreibung miteinander verbunden sind, ist die Stärke des Federungsvermögens des Federventils 13 erhöht. Wenn der Flüssigkeitsdruck niedriger wird als der Druck in der Gaskammer 6, werden die Ventilkörper 12 durch die Membran 5 nach außen gedrückt und kommen mit der Innenfläche des inneren Rohres 8 in Berührung, so daß die Verbindungslöcher 10 ge­ schlossen werden. Wenn im Gegensatz dazu der Flüssigkeitsdruck höher wird als der Druck in der Gaskammer 6, werden die Ventil­ körper 12 in Richtung gegen die Mittelachse des Hauptkörpers 1 geschoben, und zwar unter dem hohen Druck der Flüssigkeit, die durch die Verbindungslöcher 10 hindurch einfließt, so daß die Ventilkörper 12 sich von den Verbindungslöchern 10 trennen und in einem Bereich angeordnet werden, der einem schnellen Fließen der Flüssigkeit nicht unterworfen ist.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Nachdem die Einlaßöffnung 15 und die Auslaßöffnung 16 mit dem nicht dargestellten hydraulischen Kreis verbunden sind, wird eine Kappe 17 abgenommen und Gas wird durch eine Gaszuführöffnung 18 eingeführt unter Verwendung einer nicht dargestellten Gasein­ fülleinrichtung, und nachdem der Druck in der Gaskammer 6 auf einen vorbestimmten Wert gestiegen ist, wird die Kappe 17 auf die Gaszuführöffnung 18 aufgesetzt.

Zu diesem Zeitpunkt dehnt sich die Membran 5 in Richtung gegen die Innenfläche des inneren Rohres 8 aus, und wenn der Druck in dem hydraulischen Kreis einen vorbestimmten Druck er­ reicht, nimmt die Membran 5 die Gestalt ein, wie sie bei 5A in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist.

Wenn der Flüssigkeitsdruck in dem hydraulischen Kreis sinkt, dehnt sich die Membran 5 aus und demgemäß wird die Flüssig­ keit in der Flüssigkeitskammer 7 über die Verbindungslöcher 10 und die Auslaßöffnung 16 in Richtung des Pfeiles A7 in den hydrau­ lischen Kreis abgegeben.

Während dieser Periode bewegt sich die Membran 5 radial in Richtung gegen das innere Rohr 8, und auf der Hälfte der Be­ wegung gelangt die Membran 5 mit dem Schutzteil 14 der Ventil­ körper 12 in Berührung und verschiebt diesen.

Wenn der Flüssigkeitsdruck im hydraulischen Kreis weiter sinkt, bewegt sich die Membran 5 weiter in den gleichen Richtun­ gen, kommt mit der Innenfläche des inneren Rohres 8 in Berührung und drückt gegen das innere Rohr 8, jedoch tritt die Membran 5 niemals in die Verbindungslöcher 10 ein, weil diese durch die Ventilkörper 12 geschlossen sind.

Wenn im Gegensatz dazu der Flüssigkeitsdruck im hydrau­ lischen Kreis steigt, fließt die Flüssigkeit mit hoher Ge­ schwindigkeit durch die Einlaßöffnung 15 und die Verbindungs­ löcher 10 in die Flüssigkeitskammer 7 in Richtung des Pfeiles A8, so daß die Flüssigkeit die Ventilkörper 12 und die Membran 5 von dem inneren Rohr 8 trennt und Bewegung von innen entgegengesetzt zu den oben angegebenen Richtungen hervorruft. Während dieser Periode kann ein Inkrement eines Impulsdruckes oder Pulsations­ druckes durch die Volumenänderung der Membran 5 absorbiert werden, d. h. durch die dynamische elastische Wirkung der Membran 5, so daß dieser Druck verringert wird.

Während dieser Arbeitsweise trifft anfänglich Flüssigkeit direkt auf die Ventilkörper 12 auf, die durch die Verbindungs­ löcher 10 hindurch in die Flüssigkeitskammer 7 eingetreten ist, und diese Flüssigkeit bewegt sich in radialer Richtung, so daß die Ventilkörper 12 sich von der Innenfläche des inneren Rohres 8 trennen. Da jedoch die Fließrichtung der Flüssigkeit durch die Verbindungslöcher 10 bestimmt ist und demgemäß die Flüssig­ keit in schräger Richtung gegen die Ventilkörper 12 fließt, wird auf die Ventilkörper 12 keine große Stoßkraft ausgeübt.

Wenn danach die Ventilkörper 12 sich in dem Bereich be­ wegen, wo sie mit der Flüssigkeit nicht mehr zusammentreffen, die unter hoher Geschwindigkeit durch die Verbindungslöcher 10 hindurch einfließt, ist verhindert, daß die Ventilkörper 12 durch die mit hoher Geschwindigkeit fließende Flüssigkeit be­ schädigt werden.

Die durch die Verbindungslöcher 10 hindurchtretende Flüssigkeit fließt in die Flüssigkeitskammer 7 in Richtung der Pfeile A8 und kommt mit einer Druckaufnahmefläche 9 der Membran 5 in Berührung, die einen Winkel θ dazwischen bildet, so daß der Druck in der Flüssigkeitskammer 7 sich erhöht und die Membran 5 dadurch zu Sterngestalt verformt wird, die drei Spitzen hat. Zu diesem Zeitpunkt nimmt dann die Membran 5 den Zustand ein, der in den Fig. 1 und 2 bei 5B dargestellt ist.

In diesem Zustand ist eine Beschädigung der Membran 5 verhindert als Folge der Tatsache, daß auf die Druckaufnahme­ fläche 9 der Membran 5 keine schnellfließende Flüssigkeit auf­ trifft, die in rechtwinkliger Richtung fließt, wie es beim Stand der Technik der Fall ist.

Bei der beschriebenen Ausführung trifft, da benachbarte Verbindungslöcher 10 axialsymmetrisch gebildet sind, schnell­ fließende Flüssigkeit aus den betreffenden Verbindungslöchern 10 auf andere schnellfließende Flüssigkeit auf, bevor sie auf die Membran 5 auftrifft, so daß die Fließgeschwindigkeit der Flüs­ sigkeit verringert und die auf die Membran 5 ausgeübte Stoßkraft verringert sind.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform gemäß den Fig. 1, 2 und 2A beschränkt. Daher werden nachstehend weitere Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 9 erläutert, in denen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Membran 35 zu regel­ mäßiger Sterngestalt 35B verformt werden, wenn dünne Wandteile 35a, die in axialer Richtung gerichtet sind, in der Membran 35 gebildet werden, so daß bei Verformung der Membran 35 sie an diesen dünnen Wandteilen 35a gebogen wird.

Gemäß Fig. 4 ist ein Federventil 43 eines Ventilkörpers 42 kürzer ausgeführt als der Schutzteil 44, und benachbarte Ventil­ körper 42 können im Abstand voneinander vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 5 ist ein Endteil zweier Ventilkörper 52, deren jeder aus einem Federventil 53 und aus einem Schutzteil 54 besteht, die übereinander angeordnet sind, an dem inneren Rohr 8 mittels Stiften 51 befestigt, und die anderen Endteile von ihnen können frei bleiben.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei wel­ cher bei zwei Ventilkörpern, in denen ein Federventil 63 länger ausgeführt ist als der Schutzteil 64, der Mittelteil der Ventil­ körper am inneren Rohr 8 mittels Stiften 61 befestigt ist, wäh­ rend die beiden Seitenteile eines Federventils 63a in die Innen­ seite des anderen Federventils 63b eingesetzt sind, wobei das andere Federventil 63b mit der Innenfläche des inneren Rohres 8 in Berührung gehalten ist.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei wel­ cher der mittlere Teil eines einzigen Ventilkörpers 72, in wel­ chem ein Federventil 73 kürzer als der Schutzteil 74 ist, am inneren Rohr 8 mittels eines Stiftes 11 befestigt ist, und die gegenüberliegenden Enden des Ventilkörpers 72 mit der Innenfläche des inneren Rohres 8 in Berührung gehalten sind. Mit dem Be­ zugszeichen 75B ist der Zustand einer Membran 75 dargestellt, wenn sie unter der Wirkung von Flüssigkeitsdruck zu Sterngestalt mit vier Spitzen verformt worden ist.

Gemäß Fig. 8 sind ein Federventil 83 und ein Schutzteil 84, welche die gleiche Länge haben, übereinander angeordnet, um einen einzigen Ventilkörper 82 zu bilden, dessen mittlerer Teil am inneren Rohr 8 mittels Stiften 11 befestigt ist und nur die gegenüberliegenden Enden des Federventils 83 mit der Innenfläche des inneren Rohres 8 in Berührung gehalten sind. Mit dem Bezugs­ zeichen 80 sind die Verbindungslöcher bezeichnet.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei wel­ cher zwei Ventilkörper 92 zueinander entgegengesetzt angeordnet sind und die Mittelteile der Ventilkörper 92 mit dem inneren Rohr 8 mittels Stiften 91 gleitbar oder verschiebbar verbunden sind, um es den Stiften 91 und den Ventilkörpern 92 zu ermög­ lichen, sich in der durch den Pfeil A90 angegebenen Richtung zu verschieben unter der Wirkung der Flüssigkeit, die durch die Verbindungslöcher 90 hindurchfließt.

Claims (11)

1. Speicher, bei welchem das Innere des Hauptkörpers (1) eines Behälters mit einer oder mehreren Einlaßöffnungen (15) und einer oder mehreren Auslaßöffnungen (16) in eine Gaskammer (6) und in eine Flüssigkeitskammer (7) durch eine Membran (5) unterteilt ist, mit einem inneren Rohr (8), welches Verbindungs­ löcher (10) aufweist und zwischen der Einlaßöffnung oder den Einlaßöffnungen und der Auslaßöffnung oder den Auslaßöffnungen und der Membran angeordnet ist, und mit Ventilkörpern (12) zum Öffnen und Schließen der Verbindungslöcher, wobei die Ventil­ körper an der Innenseite des inneren Rohres angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslöcher (10) zur Achse des Hauptkörpers (1) des Behälters schräg angeordnet sind, so daß durch die Ver­ bindungslöcher hindurchtretende Flüssigkeit schräg gegen die Ventilkörper (12) fließt.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslöcher (10) schlitzförmig sind.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslöcher (10) in Mehrfachanordnung vorgesehen sind.

4. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß benachbarte Verbindungslöcher (10) axial­ symmetrisch zueinander vorgesehen sind.

5. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Ventilkörper (12) ein Federventil (13) und einen Schutzteil (14) aufweist.

6. Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federventil ein Fischgrät-Federventil ist.

7. Speicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenendenteile (32a) des Fischgrät-Federventils (13) in den Zweigteilen (32A) miteinander verbunden sind.

8. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ventilkörper (12) ein bogenförmiger Ven­ tilkörper ist.

9. Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückenabschnitt (30A) des bogenförmigen Ventilkörpers durch Stifte (11) abgestützt ist, die in dem inneren Rohr (8) ange­ ordnet sind.

10. Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte ortsfest angebracht sind.

11. Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte verschiebbar angeordnet sind.