DE3810509C2 - Druckspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, der dazu verwendet werden kann, Druck­ pulsationen oder Druckimpulse einer Pumpe zu absorbieren.

Bisher werden Membran-Speicher verwendet als Speicher zum Absorbieren von Druckpulsationen einer Pumpe, und in einem solchen Speicher ist das Innere eines Hauptkörpers eines Behälters, der mit einer oder mehreren Einlaßöffnungen und mit einer oder mehreren Auslaßöffnungen versehen ist, mittels einer aus elastischem Material gebildeten Membran oder Blase in eine Gaskammer und eine Flüssigkeitskammer unterteilt. Gas unter einem vorbestimmten Druck wird in die Gaskammer einge­ füllt, während die Flüssigkeitskammer mit dem hydraulischen Kreis o. dgl. verbunden wird, wobei Flüssigkeit durch Verbin­ dungslöcher hindurch in die Flüssigkeitskammer einfließen und aus ihr ausfließen gelassen wird, die in einer Wand der Flüs­ sigkeitskammer gebildet sind.

Bei bekannten Membran-Speichern der beschriebenen Art ist ausreichende Absorption von Druckpulsationen nicht möglich, wenn der Speicher beispielsweise verwendet wird für eine öl­ hydraulische Pumpe, bei welcher Druckpulsationen von mehreren hundert Zyklen auftreten, beispielsweise eine Zahnradpumpe, eine Flügelpumpe o. dgl.

Dies bedeutet, daß ein bekannter Membran-Speicher Pumpen­ druckpulsationen hoher Frequenz nicht absorbieren kann. Der Grund dafür ist wie folgt.

In Fig. 4 ist mit dem Bezugszeichen A ein Leitungskreis bezeichnet, der eine Pumpe B mit einem Tank C verbindet. Das Bezugszeichen D bezeichnet einen Hals eines Speichers Acc, der in den Leitungskreis A eingeschaltet ist. Das Bezugszei­ chen E bezeichnet eine Blase oder Membran, welche eine Gas­ kammer F und eine Flüssigkeitskammer G voneinander trennt, und das Bezugszeichen H bezeichnet eine Drossel, die in dem Leitungskreis A gebildet ist.

Um Pumpendruckpulsationen hoher Frequenz mittels des Speichers Acc zu absorbieren, werden zwei Bedingungen als notwendig betrachtet, d. h. eine Bedingung a, gemäß welcher die Eigenfrequenz des Speichersystems so gewählt sein soll, daß sie nahe der Pulsationsfrequenz oder Impulsfrequenz der Pumpe liegt, und eine Bedingung b, gemäß welcher der Frequenz­ bereich der Dämpfung der Druckimpulse derart gewählt werden soll, daß er breit genug ist, um zwei oder drei Frequenz­ komponenten der Druckpulsation zu dämpfen.

Hinsichtlich der Bedingung b ist festzustellen, daß eine Masse M, welche die Eigenfrequenz eines Speichers bestimmt, bekanntlich angenähert durch die nachstehende Gleichung dar­ gestellt ist, bei Betrachtung vom Hals D aus:

M = ρ SL,

worin ρ die Dichte der Flüssigkeit, S die Querschnittsfläche des Halses, d. h. die Querschnittsfläche der Zugangsöffnung zur Flüssigkeitskammer und L die wirksame Länge des Halses darstellen, d. h. die Länge, über welche die Flüssigkeit fließt, nachdem sie in die Flüssigkeitskammer eingetreten ist, bevor sie auf die Membran auftrifft.

Die Federkonstante K des in den Speicher Acc eingefüllten Gases, betrachtet vom Hals D aus, ist bekanntlich durch die nach stehende Gleichung wiedergegeben:

worin r die polytrope Zahl des eingefüllten Gases, P einen inhärenten mittleren Druck und V das Volumen des Gases beim Druck P darstellen. Wenn eine natürliche Frequenz oder Eigen­ frequenz fn des Speichers auf der Basis der obigen Gleichungen berechnet wird, wird die nachstehende Gleichung erhalten:

Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß, um die Eigenfre­ quenz fn des Speichers zu erhöhen in einem Fall, in welchem P und ρ jeweils konstant gehalten werden, es lediglich er­ forderlich ist, den Halsquerschnitt S zu vergrößern, die wirksame Länge L des Halses zu verkleinern und das Volumen V des Gases beim Druck P zu verringern.

Demgemäß ist es vorstellbar, das Volumen V des Gases zu verringern durch Verringerung des Durchmessers der Blase oder der Membran. Wenn jedoch der Durchmesser verringert wird, wird die Oberfläche der Membran klein und dies ist nachteilig für wirksames Absorbieren von Druckpulsationen.

Aus der US 46 38 838 ist ein gattungsgemäßer Druckspeicher bekannt, an dessen Einlaßöffnung ein Diffusor angeschlossen ist, der in die Blase hineinragt. Ferner sind die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung auf der Gehäuselängsachse angeordnet. Auch dieser bekannte Druckspeicher ist zur Dämpfung von Druckpulsation hoher Frequenz weniger geeignet, wobei außerdem die Gefahr besteht, daß die Blase als Ergebnis wiederholten Zusammenziehens beschädigt wird, da sie mit ihrem der Blasenöffnung gegenüberliegenden Ende ein Ventil in der Auslaßöffnung betätigt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Druck-Speicher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der höhere Eigen­ frequenz hat, Druckpulsationen hoher Frequenz einer hydrau­ lischen Pumpe wirksam dämpfen kann und so ausgelegt ist, daß eine Beschädigung der Membran bzw. Blase als Ergebnis wiederholten Zusammenziehens in eine ungünstige Gestalt ver­ hindert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht, in der ein wesent­ licher Teil einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 3 ist eine Teillängsschnittansicht, in der der wesentliche Teil einer noch anderen bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung nur teilweise dargestellt ist.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer allgemeinen Anordnung und Ausführung eines Membran-Speichers in einem hydraulischen Kreis.

In Fig. 1 ist ein Behälterhauptkörper 1 dargestellt, der ein äußeres Rohr 2 zylindrischer Gestalt aufweist, an dessen einem Ende eine Seitenplatte 3 und an dessen anderem Ende ein Deckel 4 angeordnet sind. Das Innere des Hauptkör­ pers 1 ist in eine Gaskammer 6 und in eine Flüssigkeits­ kammer 7 unterteilt, und zwar mittels einer Blase oder einer Membran 5, die aus einem elastischen Teil bzw. einem elasti­ schen Material gebildet ist. Eine Öffnung 5a der Membran 5 ist durch den Deckel 4 dicht verschlossen. Ein inneres Rohr 8 ist gleichachsig zu dem äußeren Rohr 2 und der Membran 5 angeordnet, und in dem inneren Rohr 8 ist eine Mehrzahl von Verbindungslöchern 10 gebildet, um das Fließen von Flüssig­ keit in die Flüssigkeitskammer 7 hinein und aus dieser heraus zu ermöglichen. Ventilkörper 12 sind vorgesehen, die über Stifte 11 an der Innenseite des inneren Rohres 8 befestigt sind. Wenn der Druck der Flüssigkeit niedriger wird als der Druck in der Gaskammer 6, werden die Ventilkörper 12 von der Membran 5 nach außen gedrückt und sie gelangen mit der Innen­ fläche des inneren Rohres 8 in Berührung, wodurch die Verbin­ dungslöcher 10 geschlossen werden und außerdem die Membran 5 daran gehindert ist, in die Verbindungslöcher 10 einzutreten. Ein Einsatz 20 ist vorgesehen zum Verringern des Gasvolumens in die Gaskammer 6, und der Einsatz 20 ist mit konischer Ge­ stalt gebildet und an dem Deckel 4 durch irgendwelche nicht­ dargestellte Befestigungsmittel befestigt.

Obwohl der in Fig. 4 schematisch dargestellte Speicher Acc etwas anders aussieht als der in Fig. 1 im einzelnen dargestellte Speicher, soweit es seine Verbindung mit einem hydraulischen Kreis betrifft, sind doch die Speicher einander äquivalent. Insbesondere ist gemäß Fig. 4 der Speicher Acc mit einem hydraulischen Kreis über eine einzige Öffnung verbunden, die als "Hals D" bezeichnet ist, während der Speicher gemäß Fig. 1 mit einer Flüssigkeitslieferquelle (beispielsweise mit einer hydraulischen Pumpe) über eine Einlaßöffnung 15 und mit einer hydraulischen Last (d. h. mit einer Vorrichtung, die hydrau­ lischen Druck verwendet) über eine Auslaßöffnung 16 verbunden ist. Jedoch ist Aufmerksamkeit darauf zu richten, daß bei dem Speicher die Einlaßöffnung 15 und die Auslaßöffnung 16 über die Flüssigkeitskammer 7 verbunden sind, welche die Membran 5 umgibt. Wenn daher die mit 15 bezeichnete Stelle in Fig. 4 als Einlaßöffnung angesehen wird, ist die in Fig. 4 mit 16 bezeichnete Stelle eine Auslaßöffnung, und der Lei­ tungsabschnitt zwischen den Stellen 15 und 16 und der ab­ zweigende Hals D bilden gemeinsam einen Teil der Flüssigkeits­ kammer G, wobei bequem ersichtlich ist, daß der in Fig. 4 mit einer strichpunktierten Linie umgebene Bereich Acc′ dem Speicher gemäß Fig. 1 genau äquivalent ist. Wenn anderer­ seits nur der mit Acc bezeichnete Teil als Speicher betrachtet wird, ist der abgezweigte Leitungsabschnitt "Hals " in Fig. 4 lediglich eine Zugangsöffnung zu dem Speicher und er dient als kombinierte Einlaß/Auslaß-Öffnung, weil die Flüssigkeit in dem hydraulischen Kreis durch diese einzige Zugangsöffnung hindurch in den Speicher Acc hinein und aus diesem heraus fließt, wenn der Druck in dem hydraulischen Kreis sich erhöht oder erniedrigt als Ergebnis von Druckpulsationen, die von der hydraulischen Pumpe hervorgerufen sind.

Daher ist der Ausdruck "Einlaß/Auslaßöffnung oder -Öffnungen", wie er hier in der Beschreibung verwendet wird, so zu verstehen, daß er sowohl eine einzige Zugangsöffnung zum Speicher Acc, die als kombinierte Einlaß-/Auslaß-Öffnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, dient, und zwei Zugangsöff­ nungen zum Speicher Acc′ umfaßt, die als Einlaßöffnungen und als Auslaßöffnungen dienen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Membran-Speichers gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform erläutert. Nachdem die Einlaßöffnung 15 und die Auslaßöffnung 16 mit einem nicht­ dargestellten hydraulischen Kreis verbunden sind, wird eine Kappe 17 entfernt und Gas wird durch eine Gaszuführöffnung 18 hindurch in den Speicher geführt unter Verwendung einer nicht­ dargestellten Gaseinfülleinrichtung. Das Gas strömt dann durch einen Durchgang 9 und weiter in Richtung eines Pfeiles A20 durch einen Spalt zwischen einem Fußteil 21 und einem Kopf­ teil 22 eines Einsatzes 20, wonach das Gas in die Gaskammer 6 eintritt. Der Spalt ist mit solchen Abmessungen gebildet, daß die Membran 5 nicht in den Spalt gedrückt werden kann, selbst wenn das Gas in der Membran 5 auslecken sollte und die Mem­ bran 5 durch den Druck der Flüssigkeit gegen den Spalt ge­ drückt werden sollte.

Wenn der Druck in der Gaskammer 6 einen vorbestimmten Druck erreicht hat, wird die Gaszufuhr gestoppt und die Kappe 17 wird an der Gaszuführöffnung 18 angebracht. Zu diesem Zeit­ punkt dehnt sich die Membran 5 aus und gelangt mit der Innen­ fläche des inneren Rohres 8 über die Ventilkörper 12 in Be­ rührung, und, wenn der Druck in dem hydraulischen Kreis einen vorbestimmten Druck erreicht, befindet sich die Membran 5 in dem Zustand, der in Fig. 1 bei 5A dargestellt ist.

Wenn der hydraulische Druck in dem hydraulischen Kreis sinkt, dehnt sich die Membran 5 aus, und demgemäß wird auf die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 7 ein Druck ausge­ übt und Flüssigkeit wird durch die Verbindungslöcher 10 an den hydraulischen Kreis abgegeben, wobei sie in Richtung eines Pfeiles A7 fließt.

Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die Membran radial in Richtung gegen das innere Rohr 8 und gelangt auf der Mitte der Bewegung mit einem Schutzteil 14 der Ventilkörper 12 in Berührung, und, wenn die Membran 5 sich in gleichen Richtungen weiterbewegt, gelangen die Ventilkörper 12 in Berührung mit der inneren Fläche des inneren Rohres 8. Da jedoch die Verbin­ dungslöcher 10 durch die Ventilkörper 12 geschlossen werden, tritt die Membran 5 niemals in die Verbindungslöcher 10 ein.

Wenn der hydraulische Druck in dem hydraulischen Kreis steigt, fließt Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 7 durch die Verbindungslöcher 10 hindurch mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A8, wodurch die Ventilkörper 12 und die Membran 5 von dem inneren Rohr 8 getrennt und in Richtungen bewegt werden, die zu den oben beschriebenen Richtungen ent­ gegengesetzt sind.

Zu diesem Zeitpunkt verformt sich die Membran 5 regel­ mäßig unter der Führung durch den Einsatz 20 und sie nimmt die Gestalt ein, die in Fig. 1 bei 5B dargestellt ist, wodurch ein Teil des Pulsationsdruckes durch die Volumenänderung der Membran 5 verringert ist, d. h. durch einen dynamischen elasti­ schen Effekt der Membran 5, wodurch die Druckpulsation ab­ sorbiert wird.

Die Erfindung ist auf die oben beschriebene Ausführungs­ form nicht beschränkt, und die Gestalt des Einsatzes kann ge­ ändert werden, wie es in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 2 ist ein Einsatz 30 vorgesehen, der einen Fußteil 31, einen mittleren Teil 32 und einen Kopfteil 33 aufweist. Der Fußteil 31 ist mit kegelstumpfförmiger Gestalt, der mittlere Teil 32 in Gestalt einer kreisförmigen Stange und der Kopfteil 33 mit Kugelgestalt gebildet. Weiterhin ist der Kopfteil 33 mit dem Boden 5b der Membran 5 in Berührung gehalten.

Weiterhin kann eine Abwandlung vorgenommen werden derart, daß ein Sicherungsteil am freien Ende des Kopfteiles 33 vor­ gesehen wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Boden 5b der Membran 5 mit dem Sicherungsteil 34 in Eingriff gebracht, wodurch die Membran 5 und der Kopfteil 33 sicher aneinander befestigt sind. Wenn eine solche Ausführung gewählt wird, ist es möglich, eine Beschrän­ kung hinsichtlich der zusammengezogenen Gestalt der Membran 5 zu erhalten und dadurch eine Beschädigung der Membran 5 durch wiederholtes Zusammenziehen zu einer ungünstigen Gestalt zu verhindern.

Während der Deckel 4 und der Einsatz 20 oder 30 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen getrennt gebildet sind, ist es selbstverständlich möglich, den Einsatz dadurch her­ zustellen, daß die Innenseite des Deckels 4 mit konischer Gestalt oder Kegelgestalt gebildet wird.

Claims (9)

1. Druckspeicher, umfassend einen Behälterhauptkörper (1) mit einem äußeren Rohr (2) zylindrischer Gestalt, an des­ sen einem Ende eine Seitenplatte (3) und an dessen anderem Ende ein Deckel (4) angeordnet ist, wenigstens eine Einlaß­ öffnung (15) und eine Auslaßöffnung (16), die am äußeren Rohr (2) gebildet sind, und eine Blase bzw. Membran (5) zum Unter­ teilen des Inneren des Behälterhauptkörpers (1) in eine Gas­ kammer (6) und eine Flüssigkeitskammer (7), wobei eine Öff­ nung (5a) der Blase (5) durch den Deckel (4) dicht verschlos­ sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (15) und die Auslaßöffnung (16) senk­ recht zur Längsachse des äußeren Rohrs (2) angeordnet sind, daß ein inneres Rohr (8) zwischen dem äußeren Rohr (2) und der Blase (5) angeordnet ist und mehrere Verbindungslöcher (10) aufweist, die einem mittleren Abschnitt der Blase (5) gegenüberliegen und daß ein Einsatz (20, 30) so angeordnet ist, daß er in die Blase (5) für den Zweck vorragt, das Volumen der Gaskammer (6) zu verringern.

2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (20) einen Teil des Deckels (4) bildet, der die Öffnung (5a) der Blase (5) dicht verschließt.

3. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (30) auf der Innenseite des Deckels (4) angeordnet ist, der die Öffnung (5a) der Blase (5) dicht ver­ schließt.

4. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20, 30) konische Ge­ stalt hat.

5. Druckspeicher nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatz (30) aus einem Fußteil (31), einem mittleren Teil (32) und einem Kopfteil (33) gebildet ist.

6. Druckspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Fußteil (31) konische Gestalt hat.

7. Druckspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kopfteil (33) eine Gestalt hat, die einer ver­ formten Gestalt der Blase (5) entspricht.

8. Druckspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kopfteil (33) Kugelgestalt hat.

9. Druckspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß am freien Ende des Kopfteils (33) ein Sicherungsteil (34) zum Eingriff mit dem Fußteil (31) der Membran (5) gebil­ det ist.