DE3916854C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher mit einer
bewegbaren Wand, die zwischen mindestens einem eine Stützkraft
liefernden federelastischen Körper und einer über einen
fluidischen Anschluß mit einem Fluid beaufschlagbaren
Druckkammer angeordnet ist.
Derartige Druckspeicher werden an pneumatischen und hydrauli
schen Anlagen eingesetzt und dienen dazu, das sich zum
Beispiel infolge einer Temperaturerhöhung ausdehnende
Fluid aufzunehmen, wobei der Druck im System möglichst
konstant gehalten werden soll. Dies ist vor allem bei
Flüssigkeitssystemen von besonderer Bedeutung, da eine
Druckerhöhung zu Undichtigkeiten und zur Zerstörung einzelner
Komponenten führen könnte.
Vielfältige Ausführungsformen und Einsatzmöglichkeiten von
Druckspeichern sind bekannt. So ist zum Beispiel in der
chemischen Industrie ein sogenanntes Ausdehnungsgefäß üblich,
das aus einem durch eine Gummimembran aufgeteilten Druck
gefäß besteht. Diese Membran ist von der einen Seite her
mit einer chemischen Flüssigkeit und von der anderen Seite
her mit Luft beaufschlagt, die sich abgeschlossen in ihrer
Gefäßhälfte befindet. Bei einer Ausdehnung der Flüssigkeit
wird die Membran gegen das Luftpolster ausgelenkt, das mit
wachsender Auslenkung immer mehr komprimiert wird und
einen Gegendruck ausübt. Nachteilig hierbei sind vor allem
die in gewissen Fällen realtiv geringe Lebensdauer der Membran, die mit der
regelmäßig erforderlichen technischen Überwachung verbundenen
Kosten und die relativ geringe Widerstandskraft
gegen extreme Temperaturen und Abhängigkeit von Temperaturschwankungen
sowie mechanischen Einflüssen. Auch die relativ geringe
Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit engt den Einsatzbe
reich beträchtlich ein.
Im übrigen sind in der chemischen Industrie ganz allgemein
abgeschlossene Rohrsysteme oder Behälter häufig den herr
schenden klimatischen Verhältnissen und damit großen Tempera
turschwankungen ungeschützt ausgesetzt. Dabei dehnt sich
das enthaltene Fluid infolge durch Sonnenbestrahlung bedingte
Erwärmung sehr stark aus, und es entstehen relativ hohe
Innendrücke, die kompensiert werden müssen, um ein Bersten
der Rohre bzw. Behälter zu vermeiden. Druckspeicher, die
hierfür verwendet werden, müssen temperaturunempfindlich,
wartungsarm und auf sehr lange Zeit frei von Korrosion
sein.
Wegen des bei den oben beschriebenen Membranspeichern
allgemeinen Problems hinsichtlich Temperaturbeständigkeit
und Lebensdauer hat man bereits sogenannte Feder- oder
Kolbenspeicher der eingangs genannten Art vorgeschlagen,
bei denen sich ein von einem Fluid beaufschlagbarer Kolben
gegen eine die Stützkraft liefernde Spiralfeder abstützt.
Stellvertretend für diesen Stand der Technik wird auf die
DE-OS 21 05 640 und die DE-PS 34 41 484 verwiesen. Die von
diesen Federspeichern regelmäßig an den Tag gelegte lineare
Verhaltenscharakteristik führt allerdings dazu, daß der
Arbeits- bzw. Druckbereich, innerhalb dessen ein Einsatz
möglich ist, beträchtlich eingeschränkt ist. Durch entspre
chende Auslegung der Feder ergibt sich entweder ein gutes
Ansprechverhalten bei geringen Druckkräften mit dem Nachteil
nur geringer Maximalbelastbarkeit oder es stellt sich eine
hohe Belastbarkeit ein, wobei dann allerdings das Ansprech
verhalten in Bereichen geringer Belastung sehr schlecht
ist. Man könnte zwar daran denken, hier durch Kombination
mehrerer Federelemente etwas Abhilfe zu schaffen, dies hätte
jedoch eine sprunghafte, in aller Regel nicht tolerierbare
Federcharakteristik zur Folge.
Problematisch bei den bekannten Federspeichern ist außerdem,
daß die Federn so gut wie keine Eigendämpfung aufweisen.
Dadurch erfolgt die Entspannung unverzögert, was zu Druck
spitzen im angeschlossenen Fluidsystem und daraus resultieren
den Beschädigungen von fluidischen Bauteilen führen kann.
Dieser Nachteil tritt vor allem in der Kraftfahrzeugtechnik
auf. Dort werden als Hilfsmittel zur Fahrwerksabstimmung
bzw. zur Verbesserung des Fahrverhaltens zunehmend hydraulische
Elemente bzw. Systeme eingesetzt. Als Beispiel sei auf die
Niveauregulierung verwiesen, die dem Fahrzeug eine unab
hängig vom Beladungszustand gleichmäßige Bodenfreiheit
garantiert oder das Eintauchen des Fahrzeuges beim Bremsen
oder Beschleunigen verhindert. Den im Hydrauliksystem
ständig erforderlichen konstanten Druck liefert eine in
der Regel als Kolbenpumpe ausgestaltete Hydraulikpumpe,
die unter Vermittlung eines sogenannten Speicherladeventils
abwechselnd dem Hydrauliksystem zugeschaltet oder von
selbigem abgekoppelt wird. Bei diesem Abkoppeln entstehen
durch die rasche Entspannung starke Druckimpulse, die die
angeschlossenen hydraulischen Elemente beschädigen können
und auch akustisch unangenehm in Erscheinung treten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb, ausgehend
von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Druckspeicher, darin,
einen solchen Druckspeicher zu schaffen, bei dem die genannten Probleme
nicht mehr auftreten und der gegenüber Membran- oder Feder
speichern Vorteile hat, indem er praktisch temperaturunab
hängig ist, sowohl bei niedrigen Drücken leicht anspricht
als auch hohe Maximaldrücke aufnimmt, ferner für gewisse
Anwendungsfälle eine verzögerte zeitliche Rückstellung
gewährleistet und letztlich überlastsicher und korrosions
beständig ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Druckspeicher der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Körper als aus gestrick
tem und/oder gewelltem und/oder gerolltem und/oder verwobenem
und/oder verflochtenem Drahtmaterial formgepreßter Drahtkör
per ausgebildet ist.
Ein derartiger fluidischer Druckspeicher zeichnet sich
durch eine progressive Ansprechcharakteristik aus, was
eine extrem hohe Maximalbelastbarkeit bei gleichzeitig
hervorragendem Ansprechverhalten auch bei geringer Druckbe
lastung gewährleistet. Der Arbeitsbereich des Druckspeichers
ist demzufolge sehr groß, es erübrigt sich die aufwendige
Lagerhaltung einer Vielzahl von Federausführungsformen, da
der Druckspeicher mit ein und demselben Drahtkörper sowohl
in Fällen niedriger als auch in Fällen hoher oder kombinierter
Beanspruchung eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist
die dynamische Belastbarkeit sehr gut, sie kann beim 5-
bis 10fachen der bei nicht dynamischer statischer Belastung
möglichen Maximallast liegen.
Die Kompensation unvermittelt auftretender Druckspitzen
bereitet dem Druckspeicher daher keine Probleme. Darüber hinaus
bewirken die zahlreichen Drahtwindungen bzw. -lagen des
verwendeten Drahtkörpers beim Bewegen der bewegbaren Wand
eine beträchtliche Reibung, die dem Drahtkörper hinsichtlich
seiner Charakteristik eine Eigenhysterese auferlegt, was
auch bei schlagartiger Be- oder Entlastung eine vorteilhaft
zeitlich verzögerte Rückstellung der bewegbaren Wand gewährleistet.
Im Falle des eingangs erwähnten Beispieles aus der Kraft
fahrzeugtechnik verzögert der erfindungsgemäße Druckspeicher
so die Entspannung, indem er ein gespeichertes Volumen über
einen längeren Zeitraum abgibt, wodurch sich die Impulsenergie
reduziert und die schädliche bzw. unangenehme Wirkung der
Schaltschläge vermieden wird.
Bei alledem wirkt sich die entstehende Reibungswärme in
keiner Weise negativ aus, da sie infolge der durch die
Vielzahl von Drahtwindungen vorliegenden großen Materialober
fläche rasch an die Umgebung abgegeben wird, wobei sich
durch die Vielzahl kleinster Zwischenräume im Drahtkörper
ein die Wärmeabfuhr unterstützender Pumpeffekt einstellt.
Ein Wärmestau kann nicht auftreten. Die hohe Dämpfung
ergibt bei alledem eine erstaunlich niedrige Resonanzüberhöhung
von Q=3,3 bis 2,5, d.h. bei Betrieb des Druckspeichers
im Eigenresonanzbereich des federnden Drahtkörpers ist die
Amplitudenüberhöhung im Vergleich zu üblichen Federn nur
sehr gering ausgeprägt.
Es kommt hinzu, daß der Drahtkörper temperaturunempfindlich
und wenig korrosionsanfällig ist, so daß der Druckspeicher
auch auf dem Gebiet der chemischen Industrie, z.B. zu den
eingangs geschilderten Anwendungsfällen, besonders vorteil
haft eingesetzt werden kann.
Letztlich bedarf es für eine zuverlässige Funktionsweise
keines bzw. eines nur minimalen Vorspanndruckes des Draht
körpers, was der Sicherheit förderlich ist. Und da im
Bereich zwischen der bewegbaren Wand und der Druckkammer
eventuell vorhandene Abdichtungen keinen Beitrag für das
verzögerte Rückstellverhalten liefern müssen, werden sie
nur minimal beansprucht, was eine hohe Lebensdauer gewährleistet.
Zwar wird in der Zeitschrift "Industrieanzeiger", Nr. 94
vom 24.11.1982/104. Jg. Seiten 16 und 17 ein Drahtkissen
beschrieben. Sein Einsatz erschöpft sich allerdings auf die
Dämpfung mechanischer Schwingungen im Zusammenhang mit der
Lagerung von Pressen. Die vorteilhafte Verwendung von
Drahtkörpern der erfindungsgemäßen Art bei einem fluidischen
Druckspeicher wird nicht gelehrt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Druckspeichers möglich.
Bei einem aus Edelstahlmaterial bestehenden Drahtkörper
ergibt sich eine besonders hohe Beständigkeit gegen alle
möglichen äußeren Einflüsse.
Eine vorteilhafte Konstruktion bei sehr geringer Baugröße
wird dadurch erreicht, daß die bewegbare Wand als in einem
entsprechenden Zylinder bzw. Gehäuse bewegbarer Kolben
ausgebildet ist, der auf eine Anlageplatte für den elasti
schen Drahtkörper einwirkt. An der dieser Anlageplatte
entgegengesetzten Seite des Drahtkörpers ist eine Gegen
anlageplatte vorgesehen, die über mindestens ein Zugelement
mit dem Zylinder verbunden ist und hinsichtlich ihres
Abstandes zum Zylinder bzw. der Anlageplatte zweckmäßiger
weise eingestellt werden kann. Hierdurch kann auf einfache
Weise eine Einstellbarkeit und Auswechselbarkeit des elasti
schen Drahtkörpers erreicht werden. Beide Platten können
von beliebig geformten Körpern gebildet sein.
Indem als Zugelement ein Bolzen vorgesehen wird, der zentral
durch den elastischen Drahtkörper hindurchgeführt ist,
läßt sich eine besonders kompakte Anordnung erzielen,
wobei die äußeren Abmessungen des Druckspeichers kaum
größer sind als diejenigen des Drahtkörpers selbst. Dabei
wird zweckmäßigerweise der Bolzen in den fluidischen Anschluß
eingeschraubt, wobei zur Zuführung des Fluids wenigstens im
Einschraubbereich des Bolzens Durchgangsbohrungen und/oder
Längsnuten vorgesehen sein können.
Von Vorteil ist, daß die Druckkammer des Druckspeichers
auch als randseitige, den Kolben aufnehmende Kolbenbohrung
an der fluidischen Einrichtung ausgebildet sein kann, so
daß ein Zylinder bzw. Gehäuse als separates Bauteil entfallen
kann, was eine weitere Kostenreduzierung bewirkt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckspeichers
besteht darin, daß er in an ihn angeschlossenen Ventilsteue
rungen oder Pumpen einen Abbau von Schaltschlägen bzw. von
Druckspitzen bewirkt. Schaltschläge, die Druckwellen ver
ursachen, treten insbesondere beim Ändern des Schaltzustandes
von Ventilen auf und können Beschädigungen an fluidischen
Einrichtungen hervorrufen. Mit dem erfindungsgemäßen Druck
speicher lassen sich die entsprechenden Druckspitzen sehr
gut dämpfen, wobei die Dämpfung vorteilhafterweise unmittelbar
am Entstehungsort der Störung erfolgen kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Druckspeichers ist
vorgesehen, daß der das zu dämpfende Medium führende Fluid
kanal eine Sprungstelle aufweist und die Druckkammer des
Druckspeichers an diese Sprungstelle angeschlossen ist.
Damit ist gewährleistet, daß eine durch Druckschwankung
oder dergleichen ausgelöste Druckwelle nicht geradlinig
durchläuft und den Druckspeicher unbeeinflußt passiert,
sondern kurzzeitig "gestaut" wird, so daß der Druckspeicher
problemlos ansprechen kann.
Einige Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Druckspeicher mit separatem Zylinder
und als Blechformteil ausgebildetem Kolben
als erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Druckspeicher mit einem als randseitige
Kolbenbohrung an einer fluidischen Einrichtung
ausgebildeten Zylinder und massivem Kolben
als zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 zwei an einer Zwischenplatte einer Ventil
anordnung vorgesehene Druckspeicher, die
zur Dämpfung von Schaltschlägen vorgesehen
sind, im Querschnitt, wobei lediglich
einer der Druckspeicher geschnitten abge
bildet ist, gemäß Schnittlinie III-III aus
Fig. 4,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Zwischenplatte
aus Fig. 3 gemäß Schnittlinie IV-IV aus
Fig. 3 und
Fig. 5 ein die Federcharakteristik und Eigenhysterese
des verwendeten federelastischen Drahtkörpers
aufzeigendes Diagramm.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
ein Zylinder 10 an einem Ende mit einem axialen, rohrförmigen
Gewindefortsatz 11 versehen, der mit einem Außen- und
Innengewinde versehen
ist und als fluidischer Anschluß dient. In die Gewinde-
Innenbohrung 12 ist ein Bolzen 13 eingeschraubt, der
an seinen beiden Endbereichen mit einem Gewinde
versehen ist. Der in die Gewinde-Innenbohrung 12
eingeschraubte Endbereich des Bolzens 13 trägt randsei
tige Längsnuten 14, von denen in der Abbildung nur
eine zu sehen ist. Diese Längsnuten 14 reichen über
den Gewindefortsatz 11 hinaus ins Innere des Zylinders
10 und gestatten dadurch den Zufluß eines Fluids F,
vorzugsweise einer Flüssigkeit, in den Zylinder.
Anstelle oder zusätzlich zu diesen Längsnuten 14
können auch entsprechende Durchgangsbohrungen vorgesehen
sein.
Im Innern des Zylinders ist ein Kolben 15 auf dem
Bolzen 13 verschiebbar angeordnet. Dieser Kolben 15
ist als Blechformteil durch Tiefziehen, Ausbauchen,
Sicken, Drücken, Bördeln, Formstanzen od. dgl. hergestellt.
An seinem der Gewinde-Innenbohrung 12 zugewandten
Ende trägt dieser Kolben 15 eine als Ringdichtung
ausgebildete äußere Kolbendichtung 16, die in einer
im Querschnitt U-förmigen, umfangsseitigen Rinne 17
gehalten wird. Am gegenüberliegenden Ende weist der
Kolben 15 eine radial nach innen versetzte Abstufung
18 auf, die in eine entsprechende Einbauchung einer
Anlageplatte 19 eingreift. Diese Anlageplatte 19
steht radial über den Zylinder 10 über und liegt an
dessen offenem Ende an. Zwischen dem radial verlaufenden
inneren Endbereich 20 der Einbauchung und dem stirnseitigen
Ende des Kolbens 15 ist eine innere Kolbendichtung 21
angeordnet, die den Kolben 15 zum Bolzen 13 hin
abdichtet. Der Kolben 15 kann mit der Anlageplatte 19
verschweißt, verlötet oder verpreßt sein. Es ist
jedoch auch möglich, daß die beiden Teile nur lose
ineinandergesteckt werden. In diesem Falle muß das
stirnseitige Ende des Kolbens 15 dichtend an der
inneren Kolbendichtung 21 anliegen.
Ein elastischer, zylindrischer Körper 22 mit einer
axialen Durchgangsöffnung 23 ist als aus Drahtmaterial
formgepreßter Körper ausgebildet. Zur Erzielung der
Elastizität ist das Drahtmaterial gestrickt, gewellt,
gerollt, verwoben und/oder verflochten. Diese Arten
der Strukturierung können in vielfältiger Weise
untereinander kombiniert werden. Durch die Formpressung
und Verdichtung liegt das Drahtmaterial eng aneinander
und bildet einen kompakten, elastisch reversibel
verformbaren Körper. Es wird dabei ein sehr dünnes
Drahtmaterial verwendet, dessen Drahtstärke vorzugsweise
weniger als 1/50 des Durchmessers des Körpers beträgt.
Dieser elastische Körper 22 wird zwischen einer Anlagefläche der
Anlageplatte 19 und einer zugewandten Gegenanlagefläche
einer entsprechend geformten Gegenanlageplatte 24
gehalten. Diese Gegenanlageplatte 24 ist ebenfalls
auf den Bolzen 13 aufgeschoben, wobei die Fixierung
mittels einer Scheibe 25 und zwei Muttern 26 erfolgt,
die auf das mit einem Gewinde versehene Ende des
Bolzens 13 aufgeschraubt sind. Auch die Gegenanlageplatte
24 weist eine Einbauchung 27 auf, in der die Muttern
26 angeordnet sind. Durch die Einbauchungen 27 und
entsprechende Einformungen im elastischen Körper 22
wird dessen radiale Lage fixiert. In der Durchgangs
öffnung 23 des elastischen Körpers 22 ist ein rohr
förmiger Anschlagkörper 28 angeordnet, der die axiale
Deformierung des elastischen Körpers 22 begrenzt.
Dieser Anschlagkörper 28 ist an der Gegenanlageplatte
24 befestigt.
Die gesamte, den Druckspeicher bildende Anordnung
wird mittels des Gewindefortsatzes 11 in einen entspre
chenden Anschluß einer fluidischen Anlage eingeschraubt,
der z. B. mit einem Ventilkanal in Verbindung steht.
Dehnt sich das Fluid in dieser Anlage aus, so gelangt es
über die Längsnuten 14 in den Zylinder 14 und verschiebt
den Kolben 15 nach rechts, wodurch sich die Anlageplatte
19 ebenfalls nach rechts gegen die Gegenanlageplatte
24 bewegt, deren Abstand zum Zylinder 10 mittels des
Bolzens 13 fixiert ist. Hierdurch wird der elastische
Körper 22 zusammengepreßt und verschiebt den Kolben
15 wieder nach links, sobald sich das Fluid wieder
zusammenzieht. Die Verschiebung der Anlageplatte 19
ist durch den Anschlagkörper 28 begrenzt. Mittels der
Muttern 26 läßt sich beispielsweise eine Vorspannung
einstellen, die den Auslösedruck für die Bewegung des
Kolbens 15 bestimmt.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
weist mit dem ersten Ausführungsbeispiel viele Gemeinsam
keiten auf, so daß gleiche oder gleich wirkende Bauteile
mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals
beschrieben sind. Ein Zylinder 30 ist hier nicht als
separates Bauteil, sondern als randseitige Bohrung
in einem massiven Gehäuse 31 einer fluidischen Komponente
ausgebildet. Ein konzentrischer, fluidischer Zuführ
kanal 32 mündet im stirnseitigen Ende des Zylinders
30 und ist mit einem Innengewinde zur Aufnahme des
Bolzens 13 versehen. Ein Kolben 33 ist massiv ausge
bildet und einstückig mit einer Anlageplatte 34 für
den elastischen Körper 22 verbunden. Der Kolben 33
ist wiederum mit einer äußeren Kolbendichtung 35 in
einer umfangsseitigen Nut und einer inneren Kolben
dichtung 36 in einer Innennut versehen. Eine Gegenanlage
platte 37 ist wie die Anlageplatte 34 als massive,
ebene Scheibe ausgebildet.
Zur Montage wird zunächst der Bolzen 13 in den Zuführ
kanal 32 eingeschraubt, wonach dann der Kolben 33
auf den Bolzen 13 aufgeschoben und in den Zylinder
30 eingeschoben wird. Nun werden der elastische Körper
22 und die Gegenanlageplatte 37 auf den Bolzen 13 aufge
schoben und mittels der Muttern 26 fixiert. Die übrige
Wirkungsweise entspricht der des ersten Ausführungsbei
spiels.
Selbstverständlich können einzelne Elemente des ersten
Ausführungsbeispiels auch mit Elementen des zweiten
Ausführungsbeispiels kombiniert werden. So kann beispiels
weise das erste Ausführungsbeispiel auch mit massivem
und/oder einstückig mit der Anlageplatte 19 verbundenem
Kolben versehen sein, während beim zweiten Ausführungs
beispiel eine dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen
de Anordnung von Kolben und Anlageplatte vorgesehen
sein kann. Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel können
Absätze an der Anlageplatte 34 und/oder an der Gegen
anlageplatte 37 vorgesehen sein, um die radiale Position
des elastischen Körpers 22 zu fixieren. Beim zweiten
Ausführungsbeispiel kann der massive Kolben 33 auch
als gegenüber der Anlageplatte 34 separates Bauteil
ausgebildet sein.
Die dargestellten Kolbendichtungen können auch entfallen,
wenn z. B. durch einen entsprechenden Paßsitz oder
durch Labyrinthdichtungen od. dgl. eine entsprechende
Abdichtung gewährleistet ist.
Die Dimensionierung des elastischen Körpers 22 kann
sehr stark variieren, z. B. das Verhältnis seiner
Länge zu seinem Durchmesser. Weiterhin kann die
Zylinderform einen kreisförmigen, ovalen, vieleckigen
oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Der zentrale
Bolzen 13 kann entfallen, wenn die Gegenanlageplatte
über äußere Verbindungsmittel, z. B. ein Gehäuse, mit
dem Zylinder 10 bzw. mit dem Gehäuse 31 verbunden
ist. Auch können mehrere elastische Körper in Art
einer Parallel- und/oder Hintereinanderschaltung
gleichzeitig vorhanden sein (vgl. z. B. Fig. 3).
Die beschriebenen Druckspeicher eignen sich vorzugsweise
für Hochdruckreiniger, Spannsysteme, Bremssysteme,
Ventilanordnungen od. dgl., in denen Druckspitzen
auftreten oder eine Pulsationsdämpfung erforderlich
erscheint. Da kein Gasdruckspeicher vorgesehen ist,
ist auch eine Überwachung durch den TÜV nicht vorge
schrieben.
Es sei noch festgehalten, daß der elastische Körper
zwar vorzugsweise aus Edelstahldraht besteht, jedoch
auch andere Drahtsorten Verwendung finden können, die
die notwendigen elastischen Eigenschaften aufweisen.
Das Erfordernis einer Korrosionsbeständigkeit hängt
nicht zuletzt von der Aggressivität der Umgebung oder
des verwendeten Fluids ab.
Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 sind
gleiche oder gleichwirkende Bauteile wiederum mit
denselben Bezugszeichen versehen worden. Wie beim
Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 ist auch hier der
Zylinder 30 nicht als separates Bauteil ausgebildet,
sondern wird von einer randseitigen Öffnung bzw.
Ausnehmung eines Gehäuses 40 repräsentiert. Letzteres
wird beim Ausführungsbeispiel von einer z. B. quaderförmigen
Zwischenplatte 41 gebildet, die zwischen eine gestrichelt
angedeutete Ventilanordnung 42 und eine Grund- oder
Verteilerplatte 43 od. dgl. zwischengefügt ist. In der
Zwischenplatte 41 sind beispielsweise zwei als Strömungs
kanäle ausgebildete Fluidkanäle 44, 44′ vorgesehen,
die über die Grund- oder Verteilerplatte 43 zu Verbrauchern
führen können und die mittels der Ventilanordnung 42
beschaltbar und steuerbar sind. Jeder der Fluidkanäle
44, 44′ steht vorzugsweise mit einer ihm zugeordneten
Druckkammer 46 in Verbindung, die der einen axialen
Kolbenseite zugeordnet ist, während sich an der anderen
Kolbenseite, wie bereits oben beschrieben, elastische
Körper 22 befinden. Wenn nun in den Fluidkanälen 44,
44′ Druckschwankungen seitens des darin geführten
Strömungsmediums anfallen, bewirkt der Druckspeicher
unter Vermittlung der Körper 22 eine Dämpfung.
Beim Betätigen von Ventilen, insbesondere von Absperr
ventilen, treten regelmäßig sogenannte Schaltschläge
auf, die in dem an das Ventil angeschlossenen Kanal-
bzw. Leitungssystem Druckwellen mit extremen Druckspitzen
verursachen können. Indem der erfindungsgemäße Druck
speicher an die entsprechenden Kanäle bzw. Leitungen
z. B. in der in Fig. 3 beschriebenen Art und Weise
angeschlossen wird, werden diese Druckspitzen praktisch
unmittelbar am Entstehungsort geschwächt oder eliminiert,
was vor allem der Lebensdauer der gesamten Anordnung zu
gute kommt.
Nicht nur in zu Verbrauchern führende Fluidkanäle,
sondern in beliebige andere Strömungskanäle oder -leitungen
od. dgl. kann der erfindungsgemäße Druckspeicher eingeschaltet
werden. Im Zusammenhang mit Ventilanordnungen ist
insbesondere auch die Verbindung mit Speise- und/oder
Steuerdruck liefernden Kanälen vorteilhaft. Hier kann
eine Pulsationsdämpfung hoher Effizienz erfolgen,
insbesondere wenn der Druck über Kolben-
und/oder Zahnradpumpen geliefert wird.
Eine Zwischenplattenbauweise gemäß Fig. 3 erlaubt
auch eine mühelose Integration in bereits vorhandene
Systeme. Beliebig viele im Gehäuse 40 ausgebildete
Kanäle können bedarfsgerecht mit Druckspeichern
korrespondieren. Es ist natürlich auch möglich,
Druckspeicher unmittelbar an Kanäle einer jeweiligen
fluidischen Einrichtung, z. B. eines Ventils, anzuschließen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 sind die
Druckkammern 46 zweckmäßigerweise Bestandteil des
jeweils zugeordneten Fluidkanals 44, 44′ und in
dessen Kanalweg unmittelbar eingeschaltet. Die Druck
kammern 46, die vom inneren Endabschnitt der jeweils
zugeordneten Gehäuseöffnung 30 gebildet sind, kommunizieren
mit dem Fluidkanal 44, 44′ im Bereich einer Strömungsstau
stelle 47, die hier mit einer Strömungsumlenkstelle
zusammenfällt. Dies bedeutet, daß die Strömung nicht
geradlinig durch die Fluidkanäle 44, 44′ hindurchtritt,
mithin auch entstandene Druckwellen gestaut und/oder
umgelenkt werden und keine geradlinige Ausbreitungs
richtung haben. Dies hat den Vorteil, daß die Druckwelle
nicht am Druckspeicher vorbeiläuft, sondern sich auf
die beim Ausführungsbeispiel von einem Kolben gebildete
bewegbare Wand 48 auswirkt und diese entgegen der
vom Körper 22 gelieferte Stützkraft beaufschlagt.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Anordnung derart
getroffen, daß zwei Kanaläste des Fluidkanals 44, 44′
von entgegengesetzten Anschlußflächen 49 ausgehend in
die Zwischenplatte 41 eindringen, wobei sie parallel
zueinander, jedoch um einen Betrag einander gegenüber
versetzt angeordnet sind. Die im Platteninnern angeordneten
Enden der Kanaläste werden durch die Druckkammer 46
miteinander verbunden, wobei die zugehörige, den
Kolben bzw. die bewegbare Wand 48 enthaltende Gehäuse
öffnung sich quer und vorzugsweise rechtwinkelig zum
Verlauf des Fluidkanals 44, 44′ erstreckt. Die Bewegungs
richtung der bewegbaren Wand verläuft hier also
vorzugsweise rechtwinkelig zu einer die beiden Kanaläste
enthaltenden und durch die Schnittebene IV-IV angedeutete
Ebene. Von Vorteil ist hierbei, wenn die jeweiligen
Kanaläste schräg mit Bezug zur zugehörigen Anschlußfläche
49 in die Zwischenplatte eintauchen.
Wie leicht erkennbar ist, ist beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 und 4 auf einen Bolzen 13 verzichtet
worden. Die Gegenanlagefläche 50 aufweisende Gegenan
lageplatte 24 ist hier Bestandteil eines hohlzylindrischen
kappenförmigen Körpers 51, der mit einem am offenen
Randbereich angeordneten Gewindeabschnitt 52 in eine
Erweiterung der Gehäuseöffnung eingeschraubt ist. Die
die Anlagefläche 53 aufweisende Anlageplatte 19 ist
im kappenförmigen Körper 51 axial verschiebbar angeordnet.
Sie ist zweckmäßigerweise, wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, einstückig mit dem Kolben 33 ausgebildet
und stellt mit diesem zusammen die bewegbare Wand 48
dar. Im vom kappenförmigen Körper 51 und der Anlageplatte
19 begrenzten Raum sind zwei der elastischen Körper
22 in Bewegungsrichtung der Wand 48 hintereinander
angeordnet. Dies zeigt, daß bei Bedarf pro Druckspeicher
mehrere elastische Körper 22 verwendbar sind, die
hintereinander und/oder parallel geschaltet sein
können.
Um die von den Körpern 22 ausgeübte Stützkraft zu
variieren, ist lediglich die Einschraubtiefe des
Körpers 51 gegenüber der Gehäuseöffnung zu verändern.
Als Anschlag für die Anlageplatte 19 kann eine Stufe
der Gehäuseöffnung dienen.
Der erfindungsgemäße Druckspeicher läßt sich also
vorteilhaft zum Abbau bzw. zur Dämpfung von Schaltschlägen
bzw. Druckspitzen in mit Ventilen, z. B. Wegeventilen wie
Absperrventilen verbundenen Fluidkanälen bzw. -leitungen
oder anderen fluidischen Einrichtungen verwenden.
Auch zur Dämpfung von sogenannten Wasserschlägen im
Zusammenhang mit wasserführenden Systemen, z. B. im Haushalt,
und/oder in Verbindung mit Haushaltsgeräten, die mit Wasser
arbeiten, z. B. Waschmaschinen, läßt sich der erfindungs
gemäße Druckspeicher wirksam einsetzen. Die in den Fig. 3
und 4 dargestellte Sandwichbauweise stellt lediglich eine
bevorzugte Ausführungsform dar.
Aus dem Diagramm der Fig. 5 wird das vorteilhafte Federungs
verhalten mit der reibungsbedingten Eigenhysterese besonders
deutlich. Der obere Ast 60 der Kennlinie offenbart das
progressive Einfederungsverhalten, womit ein gutes Ansprechen
schon bei geringer Last und bei gleichzeitig hoher Maximal
belastbarkeit erzielt wird. Gleichzeitig wird im Vergleich
mit dem ebenfalls progressiven unteren Ast 61 der Kenn
linie die ausgeprägte Eigenhysterese deutlich, die im
Betrieb ein gegenüber dem Einfedern verzögertes Ausfedern
zur Folge hat. Bei gewissen Anwendungsfällen, zum Beispiel
in der Kraftfahrzeugtechnik, bewirkt die verzögerte Ent
spannung eine Schonung angeschlossener fluidischer Bauteile.
Außerdem kann man sich das Federungsverhalten zur Dämpfung
von Schaltschlägen zunutze machen.
Claims (12)
1. Druckspeicher mit einer bewegbaren Wand, die zwischen
mindestens einem eine Stützkraft liefernden federelastischen
Körper und einer über einen fluidischen Anschluß mit einem
Fluid beaufschlagbaren Druckkammer angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Körper als aus gestricktem und/oder
gewelltem und/oder gerolltem und/oder verwobenem und/oder
verflochtenem Drahtmaterial formgepreßter Drahtkörper (22)
ausgebildet ist.
2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Drahtmaterial aus Edelstahl besteht.
3. Druckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drahtstärke weniger als 1/50 des Durchmessers
des Körpers beträgt.
4. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die bewegbare Wand ein in der Druckkammer
(46) bewegbarer Kolben (15, 33) ist, der im Betrieb des
Druckspeichers mit einem Teil seiner Länge aus der Druck
kammer heraustritt und dabei mit einer Anlageplatte (19,
34) den außen an der Druckkammer angeordneten mit seinem
der Anlageplatte entgegengesetzten Endbereich an einer
durch mindestens ein Zugelement (13, 51) mit dem Druck
kammergehäuse (10, 30) verbundenen Gegenanlageplatte (24,
37) anliegenden Drahtkörper (22) komprimiert.
5. Druckspeicher nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch
einen zentralen Bolzen (13) als Zugelement, der durch den
Drahtkörper (22) und den Kolben (15, 33) bis zur vorderen
Druckkammerwand hindurchgeführt ist.
6. Druckspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzen (13) ausgehend von der Druckkammerseite in
den fluidischen Anschluß (12, 32) des Druckspeichers einschraub
bar ist und im Einschraubbereich mit - den Fluiddurchlaß
erlaubenden Durchgangsbohrungen und/oder Längsnuten (14) -
versehen ist.
7. Druckspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Bolzen (13) auf der der Anlageplatte
(19, 34) abgewandten Seite der Gegenanlageplatte (24, 37)
verstellbare Gewindeelemente (26) als Anlage für die Gegen
anlageplatte (24, 37) trägt.
8. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Anlageplatte (19, 34) und
der Gegenanlageplatte (24, 37) ein rohrförmiger,
den Bolzen (13) umgebender Anschlagkörper (28) zur Begrenzung
der Deformation des Drahtkörpers (22) vorgesehen ist.
9. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Druckkammer des Druckspeichers als
randseitige, den Kolben (33) aufnehmende Bohrung an
einer fluidischen Einrichtung (31), zum Beispiel in Gestalt
einer mit einem Ventil verbundenen Kanalplatte oder Anschluß
platte, ausgebildet ist.
10. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur
Anwendung als Dämpfer zum Abbau von Schaltschlägen bei
Ventilsteuerungen oder zum Abbau von Druckspitzen bei
Pumpen.
11. Druckspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der das zu dämpfende Medium führende Fluidkanal (44,
44′) eine Sprungstelle (47) aufweist und die Druckkammer
(46) des Druckspeichers an diese Sprungstelle (Strömungsstaustelle 47)
angeschlossen ist.
12. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Stützkraft mehrere
hintereinander und/oder parallel geschaltete Drahtkörper
(22) vorhanden sind.
Priority Applications (7)
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