DE8913565U1

DE8913565U1 - Membrandruckspeicher

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Publication number: DE8913565U1
Application number: DE8913565U
Authority: DE
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1989-11-16
Publication date: 1991-03-21
Anticipated expiration: 1999-11-17

Description

interatom GmbH 89 G 6 7 3 ^ DE

D-5060 Bergisch Gladbach 1

Membrandruckspeicher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Membrandruckspeicher aus zwei miteinander nach einem Strahlverfahren stumpf verschweißten Halbschalen mit einer inneren elastischen Membrane als Trennung zwischen einem Gasvolumen und einer hydraulischen Flüssigkeit und einem innen an beiden Halbschalen anliegenden Ring.

Membrandruckspeicher werden wegen der hohen Innendrücke von z.

B. 200 bar aus hochfesten Feinkornbaustählen, beispielsweise QSTE 380 TM, hergestellt. Die beiden Halbschalen werden mit Rücksicht auf die temperaturempfindliche Membrane nach einem Elektronenstrahlschweißverfahren miteinander verbunden, weil dieses nur eine geringe und eng begrenzte Wärmemenge in die Schweißzone der Bauteile einbringt. Vor der Montage und vor dem Schweißen werden die beiden Halbschalen üblicherweise mit einem gedrehten Vor- bzw. Rücksprung versehen als Zentrierung und auch, um Schweißspritzer von der im Innenraum des Membrandruckspeichers liegenden empfindlichen Membrane fernzuhalten. Dieser Vor- bzw. Rücksprung führt zu einer Gewicht und Materialkosten erhöhenden Verdickung der Wandstärke, die jedoch in die der Wandstärkendimensionierung zugrundeliegende Festigkeitsberechnung nicht einbezogen werden kann.

In der DE-A-34 04 897.9 wird ein Membrandruckspeicher beschrieben, bei dem die beiden Halbschalen mit einem zentrierenden, innen eingelegten Haltering gemeinsam mit Elektronenstrahl verschweißt sind. Die untere Halbschale hat eine konische Partie, in die ein Spannring eingeschoben ist mit einer außen liegenden Nut zur Aufnahme des verdickten Randes

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89 G 6 7 3 4 DE der Membran. Dieser Spannring wird in axialer Richtung nach oben durch den angeschweißten Haltering fixiert und nach unten durch die konische üehäuseform. Der mit den Halbschalen verschweißte Haltering führt aber zu einer schlechten Schweißwurzelausbildung und, insbesondere bei unterschiedlichen Werkstoffen, zu einer Auflegierung des Membrandruckspeicher-Grundwerkstoffes in der Schweißnahtwurzel, was zu einer erheblichen Minderung der Werkstoffestigkeit des Membrandruckspeichers führen kann und bei der Wandstärkenberechnung berücksichtigt werden muß. Daher ist es wichtig, in der Schweißzone eine Berührung zwischen dem Haltering und der Wand des Membrandruckspeichers zu verhindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geschweißten Membrandruckspeicher mit einer inneren elastischen Membrane, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu schaffen, der ein möglichst geringes Gewicht hat und kostengünstig hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Membrandruckspeicher nach dem 1. Anspruch vorgeschlagen. Mit dieser Anordnung kann die Wandstärke des Membrandruckspeichers auf das zulässige Maß begrenzt werden, ohne bei der Auslegung und Berechnung auf die bisher im Bereich der Schweißnaht auslegungsmäßig übliche Schwächung der Wandstärke wegen eines Rücksprungs oder einer möglichen Gefügeänderung Rücksicht nehmen zu müssen. Der innen an beiden Halbschalen außerhalb der Schweißzone anliegende Ring erleichtert und vereinfacht die Montage und Zentrierung der beiden Halbschalen vor dem Schweißen, was bei dem vorliegenden Membrandruckspeicher von besonderer Bedeutung ist. Insbesondere die Serienfertigung in einer evakuierbaren Schweißkammer erfordert eine schnelle und zuverlässige Zentrierung. Eine Zentrierung von außen wäre bei der üblichen Form dieser Membrandrucitspeicher nur mit viel Aufwand zu erreichen, weil die Schweißebene außen freibleiben muß und der Membrandruckspeicher zweckmäßigerweise unter dem feststehenden Schweißstrahl her gedreht wird. Weiterhin soll der Ring die

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elastische und normalerweise aus einem nicht metallischen Material bestehende Membrane vor heißen Partikeln schützen, die beim Schweißen entstehen können. Der notwendige Abstand zwischen Ring und Schweißzone kann auf verschiedene Weise erreicht werden, wobei auch unterschiedliche Maßnahmen kombiniert werden können.

Nach dem 2. Anspruch sind die Halbschalen auf beiden Seiten dei Schweißzone erweitert, so daß ein einfacher zylindrischer Ring schon den gewünschten Abstand von der Schweißnaht hat. Wenn mar diesem Ring eine der inneren, beispielsweise konischen Erweiterung der beiden Halbschalen entsprechende Form gibt, kann er auch als axiale Fixierung genutzt werden.

Nach dem 3. Anspruch trägt der Ring im Bereich der Schweißzone eine nach innen gerichtete umlaufende Sicke, die den gewünschten Abstand gewährleistet zwischen Ring und Schweißzone. Mit dieser Sicke kann man die Halbschalen auch ohne die oben erwähnte Erweiterung miteinander verschweißen. Wenn man beide Maßnahmen miteinander kombiniert, hat man eine besonders zweckmäßige Lösung, weil diese Sicke aufgrund ihrer Elastizität eventuelle axiale Toleranzen bei der Montage der beiden Halbschalen ausgleicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach dem 4. Anspruch hat der Ring an seiner, der Membrane abgewandten Seite der im 3. Anspruch vorgeschlagenen Sicke ein oder mehrere Öffnungen, um das Entgasen vor dem Schweißen in einer Vakuumkammer zu beschleunigen und im Betrieb einen Druckunterschied zu vermeiden.

In weiterer Ausgestaltung nach dem 5. Anspruch trägt der Ring an seinem unteren Ende eine weitere umlaufende Sicke zur Halterung der Membrane, die in an sich bekannter Weise einen verdickten Rand aufweist. Damit wird die bei der bekannten Ausführung noch notwendige und aufwendige Trennung von Halte-

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"··'..^: ::^: 89 G S 7 ? &Iacgr; DE und Spannring vermieden. Ringe dieser Art können kostengünstig aus dünnen Blechringen gedruckt werden. Ihre Kante zur Membrane hin sollte gut abgerundet sein, um eine Verletzung der Membrane zu vermeiden.

In weiterer Ausgestaltung nach dem 6. Anspruch bestehen die beiden Halbschalen aus einer ohne anschließende Wärmebehandlung gut schweißbaren Aluminiumlegierung, beispielsweise Al 2219 nach AISI-Bezeichnung. Von dieser Legierung ist bekannt, daß

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sie eine Streckgrenze von 320 N/mm aufweist, was also schon

fast die 380 N/mm des obengenannten Feinkornbaustahls erreicht und noch sehr viel mehr ist als die maximalen Werte üblicher schweißbarer Aluminiumlegierungen. Mit dieser Legierung ist es möglich, gegenüber dem genannten Stahl etwa 50 % an Gewicht zu sparen. Versuche, für Meirbrandruckspeicher Aluminiumlegierungen zu verwenden, waren bisher nicht erfolgreich. Der Vorteil des geringeren spezifischen Gewichtes wurde aufgrund der geringeren Festigkeit der üblichen Aluminiumlegierungen durch die dementsprechend größere Wanddicke wieder ausgeglichen. Auch die bei den üblichen Legierungen notwendige Schweißtechnik ließ nicht erwarten, daß Aluminiumlegierungen für Druckspeicher geeignet sind. Die einzige, nach dem Schweißen ohne Wärmebehandlung aushärtende Aluminiumlegierung Al Zn 4,5 Mg 1 ist für ein Strahlschweißen im Vakuum nicht geeignet, weil sie Komponenten enthält, die beim Schweißen im Vakuum verdampfen. Andere Aluminiumlegierungen, die nach dem Schweißen lösungsgeglüht und abgeschreckt werden müssen, sind für verschweißte Membrandruckspeicher nicht geeignet, weil die Membrane, wie oben bereits ausgeführt, diese Temperaturen nicht verträgt.

In weiterer Ausgestaltung nach dem 7. Anspruch sind beide Halbschalen mit ihren Stutzen einstückig warm gepreßt. Damit werden zusätzliche Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise mechanisches Abdrehen oder Anschweißen eines Stutzens vermieden. Da die beiden Halbschalen stumpf miteinander

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, >'·· ' ^:··^: -¹ 89 G 5 7 3 h OE verschweißt sind, sind die beim Pressen erreichbaren Toleranzen für das anschließende Verschweißen ausreichend. Die einstückige Bauweise der Halbschalen vermeidet Spalte, die zu Verunreinigungen Anlaß geben könnten.
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In weiterer Ausgestaltung nach dem 8. oder 9. Anspruch sind die beiden Halbschalen, insbesondere wenn sie aus Aluminium gepreßt sind, so geformt, daß ihre örtliche Wandstärke gerade für die jeweils örtlich auftretende Belastung ausreicht. Dies betrifft insbesondere die Schweißzone, wenn für das Schweißgefüge ein die Festigkeit des Grundwerkstoffes mindernder Schweißfaktor zugrundegelegt werden muß. Durch eine nur im Bereich der Schweißzone um den Reziprokwert des Schweißfaktors vergrößerte Wandstärke können sowohl die Festigkeitsanforderungen als auch die angestrebte Gewicht und Materialkosten sparende Membrandruckbehälter-Konstruktion berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann nach den Vorschriften für Druckbehälter die Wandstärke dieser Membrandruckspeicher im kugeligen Bereich entsprechend den wesentlich geringeren Beanspruchungen eines Kugelbehälters bemessen werden.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Figur 1 zeigt in der rechten Hälfte einen senkrechten Schnitt und in der linken Hälfte eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Membrandruckspeichers, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1. Figur 3 zeigt einen ähnlichen Membrandruckspeicher wie in Figur 1, aber mit unterschiedlichen Wandstärken.

In den Figuren 1 und 2 besteht der Membrandruckspeicher 1 aus einer oberen Halbschale 2 und einer unteren Halbschale 3, die nach dem Elektronenstrahlschweißverfahren miteinander verbunden sind und vor dem Verschweißen mit einer elastischen Membrane 4 aus Gummi oder Kunststoff und einem als Zentrierung und Schutz dienenden Ring 5 versehen wurden. Der Membrandruckspeicher 1 trägt am oberen Ende einen beim Pressen einstückig angeformten

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1 oberen Stutzen 6 mit einem Außengewinde 7 und einer Bohrung 8 zur Füllung des Membrandruckspeichers 1 mit einem Gaspolster. Am unteren Ende trägt der Membrandruckspeicher 1 einen unteren Stutzen 9 mit einem Innengewinde 10 und einer Bohrung 11 für eine hydraulische Flüssigkeit. Die an sich bekannte elastische Membrane 4 trägt an ihrem unteren Boden eine Verdickung 12 und darunter eine anvulkanisierte oder angeklebte Scheibe 13, mit der in an sich bekannter Weise beim Füllen des Membrandruckspeichers mit einem Gas verhindert wird, daß die elastische Membrane 4 in die Bohrung 11 hineingedrückt und dabei beschädigt wird. Der Ring 5 hat von oben nach unten betrachtet zunächst einen an der Halbschale 2 anliegenden konischen und darunter einen zylindrischen Teil. In der Schweißzone zwischen den Halbschalen 2 und 3 hat der Ring 5 eine nach innen gerichtete und umlaufende elastische Sicke 14 mit einer oder mehreren Entgasungsbohrungen 15. Unterhalb der Sicke 14 liegt der Ring 5 konisch an der unteren Halbschale 3 an und verlängert sich in zylindrischer Form anliegend bis zu einer unteren Sicke 16 als Halterung für den verdickten Rand der Membrane 4, wobei die Sicke S-förmig nach innen gut abgerundet ist, um eine Beschädigung der Membrane 4 zu vermeiden, wenn diese durch hydraulischen Druck von unten umgestülpt wird.

Figur 3 zeigt einen Membrandruckspeicher 17 mit den Halbschalen 18 und 19 aus Aluminium, der nach entsprechender Qualifikation und Rücksprache mit den Genehmigungsbehörden technisch machbar und genehmigungsfähig erscheint. Die Wandstärke im zylindrischen Teil außerhalb der Schweißnahtumgebung wurde nach den Vorschriften für zylindrische Druckbehälter berechnet, während die geringere Wandstärke im kugeligen Teil nach den Vorschriften für kugelige Behälter berechnet wurde.

Sowohl die Ausführung nach Figur 1 als auch insbesondere die Ausführung nach Figur 3 ergibt einen sehr leichten Membrandruckspeicher, der, wenn die beiden Halbschalen warm gepreßt

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. j. · O'"'· 89 G 87 3·» OE wurden, im Bereich der Schweißnaht keine zusätzliche mechanische Bearbeitung erfordert. Selbstverständlich erhalten die Stutzen 6 und 9 in bekannter Weise eine mechanisch hergestellte Bohrung und ein geeignetes Gewinde. Gegenüber den bisher bekannten und auf dem Markt erhältlichen Membrandruckspeichern aus Stahl hat der erfindungsgemäße Membrandruckspeicher ein wesentlich geringert.o Gewicht und auch keine Spalte, in denen sich Verunreinigungen absetzen können.

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Claims

1. Membrandruckspeicher (1) aus zwei miteinander nach einem Strahlverfahren stumpf verschweißten Halbschalen (2; 3 oder 18;

19) mit einer inneren elastischen Membrane (4) als Trennung zwischen einem Gasvolumen und einer hydraulischen Flüssigkeit und einem innen an beiden Halbschalen anliegenden Ring, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) von der Schweißzone der Halbschalen (2; 3 oder 18; 19) einen Abstand hat.

2. Membrandruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (2; 3 oder 18-, 19) auf beiden Seiten der Schweißzone erweitert sind.

3. Membrandruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) im Bereich der Schweißzone eine nach innen gerichtete, umlaufende und elastische Sicke (14) trägt.

4. Membrandruckspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) in seiner, der Membrane abgewandten Seite der Sicke ein oder mehrere Öffnungen (15) hat.

5. Membrandruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) an seinem unteren Ende eine umlaufende Sicke (16) trägt zur Halterung der Membrane.

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6. Membrandruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbschalen (2; 3 oder 18; 19) aus einer ohne anschließende Wärmebehandlung gut schweißbaren Aluminiumlegierung bestehen.

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7. Membrandruckspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Halbschalen (2; 3 oder 18·, 19) mit ihren Stutzen (6; 9) einstückig warm gepreßt sind.

8. Membrandruckspeicher (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandstärke in der Schweißzone verstärkt ist.

9. Membrandruckspeicher (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Halbschale (19) aus einem zylindrischen und einem kugeligen Teil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelige Teil eine geringere Wandstärke hat als der zylindrische Teil.

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