DE9416577U1 - Kolbenspeicher - Google Patents

Description

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Dr.-Ing. M-HeId DipL-tog.M.Bartels

Zugelassene Vertreter Patentanwälte ■ Lange Straße 51 · D-70174 Stuttgart beim Europäischen Patentamt

8.August 1994/4008

HYDAC Technology GmbH, Postfach 1251, 66273 Sulzbach/Saar

Kolbenspeicher

Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse, das endseitig mit zwei Speicheranschlüssen versehen ist, in dem längsverfahrbar ein Kolben geführt ist, dsr das Innere des Speichergehäuses in zwei Teilräume unterteilt, wobei in dem Speichergehäuse mindestens ein weiterer Kolben angeordnet ist, der eigenständig von dem jeweils anderen Kolben derart längsverfahrbar geführt ist, daß die Anzahl der gebildeten Teilräume um mindestens eins größer ist als die Anzahl der im Speichergehäuse eingesetzten Kolben und wobei der jeweilige Kolben mit einem Hohlraum versehen ist.

Bei einer Art von bekannten Kolbenspeichern ist das Speichergehäuse aus einem Zylinderrohr gebildet, der als Speicheranschlüsse endseitig einen Flüssigkeits- und einen Gasanschluß aufweist, die in den stirnseitigen Verschlußdeckeln des Speichergehäuses verlaufen. Um die Gasseite von der Flüssigkeitsseite sicher zu trennen, ist der innerhalb des Zylinderrohres geführte Kolben mit einem Dichtungssystem versehen.

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Die zu der Gattung der Hydrospeicher zugehörigen Kolbenspeicher dienen dazu, ein bestimmtes Flüssigkeits-Nutzvolumen zu speichern, das bei Bedarf an ein an den Speicher angeschlossenes Hydrosystem abgegeben wird, ohne daß eine zusätzliche Hilfsenergie hierfür benötigt wird. Am häufigsten finden als Kolbenspeicher Gasdruckspeicher Verwendung, wobei ein kompressibles Gas meist in Form von Stickstoff die eigentliche Speicherung der Druckenergie übernimmt. Obwohl die bekannten Kolbenspeicher interessante Einsatzmöglichkeiten bieten, werden diese überwiegend nur zur Bildung einer Druckflüssigkeitsreserve in Hydraulikkreisläufen eingesetzt, wenn dort kurzfristig eine größere Flüssigkeitsmenge benötigt wird.

Bei einem gattungsgemäßen Kolbenspeicher nach der EP 0 078 031 Bl ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung vorgesehen, die bevorzugt als Akkumulator in hydraulischen Systemen einsetzbar ist. Die bekannte Anordnung weist in einem zylindrischen Gehäuse mehrere Kolben auf, die frei verschieblich und an der Zylinderwand abdichtend angeordnet sind und zwischen sich durch gegenseitigen Abstand eine Zwischenkammer einschließen, die mit einem inkompressiblen Sperrfluid gefüllt ist, welches zusätzlich zu den üblichen Dichtungspackungen am Umfang der Kolben eine Flüssigkeitsdichtung bildet, welche das Auslecken von Druckgas in den Zylinderkammerabschnitt, der das Hydraulikfluid enthält, weitgehend ausschließt. Aufgrund dieser Flüssigkeitsdichtung sinkt auch über längere Zeitperioden der Gasdruck innerhalb des Akkumulators nicht ab, so daß dieser weiterhin in der Lage ist, hydraulisches Fluid unter ausreichend hohem Druck, beispielsweise für Notfälle in Kernkraftwerksanlagen od.dgl., zur Verfügung zu stellen. Bei diesem bekannten Kolbenspeicher ist mithin ein Teilraum mit einem Fluid belegt und steht für eine Druckspeicherung eines Gases nicht zur Verfügung, so daß einer der anderen Teilräume für die Aufnahme des Gases entsprechend groß aufbauen muß.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenspeicher zu schaffen, der gegenüber den bekannten Kolbenspeichern ein breiteres Feld an Einsatzmöglichkeiten eröffnet und der auch bei kleinem Bauraum eine größtmögliche Kapazität für zu speicherndes Gas zur Verfügung stellt. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Kolbenspeicher mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bei mindestens einem Paar voneinander benachbart gegenüberliegenden Kolben diese den jeweiligen Hohlraum derart aufweisen, daß die freien Öffnungen der Hohlräume einander zugewandt sind und daß zwischen den paarweise zugeordneten Kolben ein Gas eingeschlossen ist, stehen dem Kolbenspeicher neben einem Fluidraum zumindest noch zwei weitere Gasteilräume zur Verfügung, wobei sich zwischen einem Paar an Kolben ein Gasdruckpolster ausbildet, so daß bei normalem Betrieb ein stärker dämpfendes Verhalten des Speichers erreichbar ist und ab einem vorgebbaren Maximaldruck, welcher durch die Kolbeninnenform und den Gasfülldruck bestimmt wird, ein "steifes System" erreicht ist. Aufgrund der einander zugewandten Hohlräume eines Paares an Kolben läßt sich das Gasnutzvolumen des Speichers um das Volumen der Hohlräume vergrößern.

Da die jeweiligen Kolben sich über längs ihres Außenumfanges verlaufende Dichtungen sicher abdichten lassen, ist der Gasverlust zur Fluidseite des Speichers hin weitgehend auszuschließen. Aufgrund der weitgehend problemlosen Längsführung der Kolben innerhalb des Speichers weist der Mehrkolbenspeicher eine hohe Lebensdauer auf. Da sich der Kolbendurchmesser im wesentlichen frei vorgeben läßt, lassen sich entsprechend den vorgegebenen Platzverhältnissen auch sehr lange und schlanke Bauformen des Speichers verwirklichen. Die Kolben

können sich versagensfrei innerhalb des Speichergehäuses bewegen, so daß auch eine höhere Betriebssicherheit beim Einsatz in sicherheitsrelevanten Bereichen gewährleistet ist. Ferner ist es möglich, bei dem bekannten Mehrkolbenspeicher auch während des Betriebes der Hydroanlage den Gasverlust gegenüber der Erstfüllung zu bestimmen, so daß ohne Ausfallzeiten eine Wartung mit Nachfüllen des Speichers durchführbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist an das Speichergehäuse eine Ventileinrichtung angeschlossen, die in einen Teilraum mündet, der von zwei einander benachbart gegenüberliegenden Kolben begrenzt ist, wobei zusätzlich oder alternativ in mindestens einem Kolben, der einem Speicheranschluß benachbart gegenüberliegt, eine weitere Ventileinrichtung angeordnet ist. Mit der jeweiligen Ventileinrichtung, die insbesondere die Funktion eines Füll- und Entleerventiles wahrnimmt, lassen sich die jeweiligen, im Kolbenspeicher zwischen zwei einander benachbart angeordneten Kolben liegenden Teilräume mit Gas befüllen bzw. entleeren, um so eine Vielzahl verschiedenster Anwendungsmöglichkeiten für den Kolbenspeicher zu sichern.

Sofern die Ventileinrichtung in mindestens einem der Kolben selbst angeordnet ist, braucht im Speichergehäuse notwendigerweise keine Einmündung einer weiteren Ventileinrichtung vorhanden zu sein, so daß, ohne Auftreten von Dichtigkeitsproblemen, die Kolben innerhalb des Speichergehäuses über die vorgegebene maximal mögliche Wegstrecke frei verfahrbar sind. Vorzugsweise weist hierbei die jeweilige Ventilrichtung ein Rückschlagventil auf, das in Richtung des zwischen zwei Kolben begrenzten Teilraumes öffnet und mithin in der anderen Richtung dichtend schließt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers weist das Speichergehäuse einen ovalen Querschnitt auf, wobei der jeweilige Kolben dieser Querschnittsform angepaßt ist. Die Kolben des Kolbenspeichers weisen mithin also ebenfalls einen ovalen Querschnitt auf und sind innerhalb des Speichergehäuses längs der Innenwand mit ovalem Querschnitt geführt. Hierdurch ergibt sich gegenüber einer zylindrischen Bauform eine Verdrehsicherung für den jeweiligen Kolben, so daß der im Betrieb auftretende Verschleiß an den Dichtungen und an den Führungsringen verringert wird .

Im folgenden ist der erfindungsgemäße Kolbenspeicher anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur in vereinfachter und prinzipieller Darstellung einen Längsschnitt durch den Kolbenspeicher.

Der Kolbenspeicher weist ein Speichergehäuse 10 in Form eines Zylinderrohres auf, das endseitig dichtend mit zwei Verschlußdeckeln 12 und 14 verschlossen ist. In diesen beiden Verschlußdeckeln 12 und 14 sind mittig jeweils zwei durchgehende Speicheranschlüsse 16 und 18 vorhanden, über die verschiedene Medien, wie Fluide und/oder Gase, sich in den Innenraum 20 des Speichergehäuses 10 ein- und ausbringen lassen. Der in der Figur dargestellte Kolbenspeicher weist zwei Kolben 22 und 24 auf, die innerhalb des Speichergehäuses 10 längsverfahrbar geführt sind. Längs des Außenumfanges des jeweiligen Kolbens 22,24 sind radial verlaufende Ausnehmungen 26 vorhanden, in die in bekannter und daher nicht näher beschriebener und dargestellter Art und Weise Dichtungen und/oder Führungsringe und/oder Abstreifer einsetzbar sind, die es den Kolben 22,24 erlauben, gleitend und abdichtend längs des Innenumfanges des Speichergehäuses 10 zu verfahren.

Die beiden Kolben 22 und 24, die zwischen sich unter Bildung eines Gasdruckpolsters ein Arbeitsgas aufnehmen, unterteilen das Innere 20 des Speichergehäuses 10 in drei Teilräume 28,30 und 32. Um das Nutzvolumen des mittleren Teilraumes 30 zu

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vergrößern, weist jeder Kolben 22,24 einen zylindrischen Hohlraum 34 auf, deren freie Öffnungen 36 einander zugewandt sind. In Abhängigkeit von der Art der im Speichergehäuse 10 befindlichen Medien und deren Druck sowie deren Volumen stellen sich die beiden Kolben 22 und 24 zueinander innerhalb ihres möglichen Verfahrweges im Speichergehäuse 10 ein.

In der Figur sind schematisch zwei Ventileinrichtungen 38a und 38b dargestellt, wobei die Ventileinrichtung 38a, die an das Speichergehäuse 10 angeschlossen ist, in den mittleren Teilraum 30 mündet, der von den beiden einander benachbart gegenüberliegenden Kolben 22 und 24 begrenzt ist. Die andere Ventileinrichtung 38b, die zusätzlich oder alternativ zu der am Speichergehäuse 10 angeschlossenen Ventileinrichtung 38a in mindestens einem der beiden Kolben, hier der Kolben 24, angeordnet ist, ist konstruktiv vergleichbar der Ventileinrichtung 38a aufgebaut. So weisen beide Ventileinrichtungen 38a,b jeweils ein Rückschlagventil 40 auf, das in Richtung des zwischen zwei Kolben 22 und 24 begrenzten mittleren Teilraumes 30 öffnet.

Über das jeweilige Rückschlagventil 40 läßt sich ein Gas, insbesondere Stickstoffgas, in den Teilraum 30 zuführen. Wird über die Ventileinrichtung 38b das Gas zugeführt, der von dem Speicheranschluß 18 stammt, ist auch der zwischen dem Kolben 24 und dem Verschlußdeckel 14 angeordnete Teilraum 32 mit dem Gas befüllt. Bei einer dahingehenden Ausgestaltung kann dann der Speicheranschluß 16 mit dem in der Figur links dargestellten Teilraum 28 die sog. Fluidseite des Kolbenspeichers ausbilden. Bei Gasverlusten im Teilraum 30 lassen sich dann diese durch eine erneute Gaszufu.hr über die jeweilige Ventileinrichtung 38a und/oder b wieder ausgleichen.

Wird an der Stelle des Rückschlagventiles 40 ein beliebig auf- und zusteuerbares Ventil (nicht dargestellt) verwendet, lassen sich die Teilräume je nach Anwendungsfall vorgebbar mit gasförmigen Medien befüllen oder entleeren. Die Einsatzmöglich-

keiten des Kolbenspeichers sind dadurch gegenüber den bekannten Lösungen wesentlich erhöht. Sofern die Ventileinrichtung 38a mit ihrer Mündungsstelle in das Innere 20 des Speichers entfällt, können die Kolben 22 und 24, ohne daß es zu Dichtigkeitsproblemen kommen kann, eine in Abhängigkeit des Anwendungsfalles beliebige Position innerhalb des Speichergehäuses 10 entlang ihres theoretisch möglichen Verfahrweges einnehmen.

Anstelle der zylindrischen Ausbildung von Kolben 22 und 24 sowie Speichergehäuse 10 kann auch ein ovaler Querschnitt (nicht dargestellt) für diese Teile gewählt werden, so daß eine Verdrehsicherung für die sich innerhalb des Speichergehäuses bewegenden Kolben gegeben ist. Ferner braucht die Anzahl an Kolben innerhalb des Speichergehäuses nicht auf zwei beschränkt zu sein, sondern in Abhängigkeit vom Anwendungsfall können auch drei oder noch mehr Kolben, die auch ineinander verfahrbar ausgestaltet sein können, vorgesehen sein. Die Anzahl der derart gebildeten Teilräume ist dann um eins größer als die Anzahl der im Speichergehäuse eingesetzten Kolben.

Claims (4)

Ol - 8.August 1994 Schutzsprüche

1. Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse (10), das endseitig mit zwei Speicheranschlüssen (16,18) versehen ist, in dem längsverfahrbar ein Kolben (22) geführt ist, der das Innere (20) des Speichergehäuses (10) in zwei Teilräume unterteilt, wobei in dem Speichergehäuse (10) mindestens ein weiterer Kolben (24) angeordnet ist, der eigenständig von dem jeweils anderen Kolben (22) derart längsverfahrbar geführt ist, daß die Anzahl der gebildeten Teilräume (28,30,32) um mindestens eins größer ist als die Anzahl der im Speichergehäuse (10) eingesetzten Kolben (22,24) und wobei der jeweilige Kolben (22,24) mit einem Hohlraum (34) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Paar voneinander benachbart gegenüberliegenden Kolben (22,24) diese den jeweiligen Hohlraum (34) derart aufweisen, daß die freien Öffnungen (36) der Hohlräume (34) einander zugewandt sind und daß zwischen den paarweise zugeordneten Kolben (22,24) ein Gas eingeschlossen ist.

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Speichergehäuse (10) eine Ventileinrichtung (38a) angeschlossen ist, die in einen Teilraum (30) mündet, der von zwei einander benachbart gegenüberliegenden Kolben (22,24) begrenzt ist und/oder daß in mindestens einem Kolben (24), der einem Speicheranschluß (18) benachbart gegenüberliegt, eine weitere Ventileinrichtung (38b) angeordnet ist.

3. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Ventileinrichtung (38a,b) ein Rückschlagventil (40) aufweist, das in Richtung des zwischen zwei Kolben (22,24) begrenzten Teilraumes (30) öffnet.

4. Kolbenspeicher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergehäuse (10) einen ovalen Querschnitt aufweist und daß der jeweilige Kolben (22,24) dieser Querschnittsform angepaßt ist.