EP1181457B1 - Hydropneumatischer druckspeicher - Google Patents

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EP1181457B1
EP1181457B1 EP00912582A EP00912582A EP1181457B1 EP 1181457 B1 EP1181457 B1 EP 1181457B1 EP 00912582 A EP00912582 A EP 00912582A EP 00912582 A EP00912582 A EP 00912582A EP 1181457 B1 EP1181457 B1 EP 1181457B1
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valve
end plate
metal bellows
tappet
gas chamber
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Norbert Weber
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Hydac Technology GmbH
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    • F15B2201/415—Gas ports

Definitions

  • the invention relates to a hydropneumatic pressure accumulator with the features of the preamble of claim 1.
  • Fig. 4 from PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09, September 30, 1996, (1996-09-30) & JP 08 121401 A (NOK), May 14, 1996 (1996-05-14) is a generic hydropneumatic pressure accumulator known with a gas space and an oil space and a metal bellows separating these spaces, which has an end plate which can be moved in accordance with the volume changes from gas space to oil space.
  • a valve tappet connected to the end plate of the metal bellows has a locking body, the two opposite sides of which are designed as valve cones and can be brought into contact with a valve seat, which is arranged on the separating plate, and once with a valve seat on the bottom-side hydraulic connection, which in Points towards the interior of the further fluid space.
  • both the valve cones mentioned and the valve seats point away from one another with the apices of their conical surfaces, a good sealing behavior being achieved via the conical surfaces.
  • the known device has a large structure and with regard to the fluid quantities to be moved in the metal bellows and additionally in the further fluid space, the actuation behavior for the valve is delayed, so that overloading of the metal bellows can occur, at least for a short time.
  • the invention has for its object to provide a pressure accumulator of the type under consideration, in which overloads of the metal bellows during operation are avoided with certainty.
  • a hydropneumatic pressure accumulator of the type mentioned this object is achieved according to the invention in that the hydraulic connection contains the valve with its two valve seats, that the apex of the conical surfaces of both valve seats and both valve cones face each other, and that the valve seats are arranged axially between the valve cones ,
  • a compact hydraulic accumulator is created and the valve in the hydraulic connection is activated directly via the end plate of the metal bellows, so that due to the low fluid volume to be controlled in the metal bellows, in addition to the reduction in weight compared to known solutions, a particularly good response behavior is also ensured. Furthermore, overloading of the metal bellows is avoided with certainty.
  • the pressure accumulator shown in FIG. 1 has a one designated as a whole Housing with a substantially circular cylindrical interior on.
  • the housing 1 is provided with a hydraulic connection 2 at the bottom and points in its opposite the hydraulic connection 2
  • Cover part 3 has a gas filling opening, which is closed by a plug 5 is and makes it possible, by filling with a compressible gas in the adjacent gas space 7 to produce a desired gas pre-filling pressure.
  • a metal bellows 9 which has a circular cylindrical shape owns and is closed at one end by an end plate 11.
  • the outer diameter of the bellows 9 is slightly smaller than the inner diameter of the housing 1.
  • the hydraulic connection 2 contains a double-acting oil valve 15 two valve seats 17 and 18, which are each formed by conical surfaces. With the valve seats 17, 18 act blocking bodies in the form of valve cones 20 and 21 together, which are attached to a valve lifter 23, the attached to the inside of the end plate 11 of the bellows 9 and together with the end plate 11 during its lifting movements in the direction of a longitudinal axis 25 is movable back and forth.
  • the related to the longitudinal axis 25 axial distances between the valve seats 17 and 18 and the associated Valve cones 20 and 21 on the valve lifter 23 are selected so that at a predetermined stroke length by which the end plate 11 in FIG.
  • FIG. 2 In the embodiment of FIG. 2 is in contrast to the embodiment of Fig. 1, the interior of the bellows 9, the cover part 3 of the Housing 1 facing where the gas connection is located.
  • the valve lifter 23 of the oil valve 15 on the Outside of the end plate 11 of the bellows 9 attached The way it works is the same as in the example of Fig. 1, i.e.
  • Valve cone 20, 21 each when lifting the End plate 11 come in both directions along the longitudinal axis 25 Valve cone 20, 21 each when reaching the relevant end position System on the associated valve seats 17 and 18 to the supply or To block the discharge of hydraulic fluid into or from the oil space 8 and the corresponding end positions of the end plate 11 of the bellows 9 define.
  • valve cones 20 and 21 facing each other, and valve seats 17 and 18 are located axially between the valve cones 20 and 21.
  • a pressure gradient leads, as is the case with one would not result in complete locking of the valve 15 on the bellows 9, too a corresponding increase in the contact pressure between valve cones 20 or 21 on the associated valve seats 17 or 18.
  • the axial distances between the valve seats 17, 18 of the valve 15 and the valve cone 20 and 21 are only given as examples. This Distances can be chosen as desired so that there is enough space for the end plate 11 of the bellows 9 in operation a desired working stroke length between the hydropneumatically defined end positions.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Druckspeicher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Bekanntermaßen ist bei Metallbalgspeichem eine Hubbegrenzung für die dem Ausziehen und dem Zusammenziehen des Metallbalges entsprechenden Bewegungen der Endplatte erforderlich, um den Balg vor Überbelastungen zu schützen. Bei einem bekannten Druckspeicher der obengenannten Art, vergleiche WO 97/46823 A1, ist im Hinblick auf dieses Problem der Ventilstößel des am Ölraum angeschlossenen Ventiles relativ zur Endplatte des Metallbalges in solcher Lagebeziehung angeordnet, daß die Endplatte den Ventilstößel bei Erreichen einer gewünschten Endstellung beaufschlagt und in die Sperrstellung des Ventils verschiebt, so daß der Ausstrom von Hydraulikfluidum aus dem Ölraum bei Erreichen dieser Endstellung der Endplatte unterbunden wird. Bei geschlossenem Ventil bleibt somit, selbst wenn das angeschlossene Hydrauliksystem drucklos werden sollte, im Ölraum des Speichers ein Druck aufrechterhalten, der dem im Gasraum momentan herrschenden Gasdruck entspricht, so daß am Metallbalg beidseits Druckgleichgewicht herrscht.
Zwar ist dadurch eine Überbelastung des Balges bei Drucklosigkeit des angeschlossenen Hydrauliksystems verhindert, es besteht jedoch die Gefahr der Beschädigung des Balges bei Zuständen mit auf der Ölseite herrschendem Überdruck oder bei einem Fehlen des Vorfülldruckes auf der Gasseite.
In diesem Fall bewegt sich beim Ausziehen des Balges die Endplatte bis zum mechanischen Anschlag am Speichergehäuse. Bei solcher mechanischer Hubbegrenzung wirkt am Balg entsprechend dem einseitig gegebenen Überdruck eine Druckdifferenz, die zu Zerstörungen führen kann. Man ist daher bislang gezwungen, dickere und mehrlagige Metallbälge zur Anwendung zu bringen. In nachteiliger Weise werden dadurch die Federsteifigkeit.stark vergrößert und der Federweg der einzelnen Windungen des Balges verkleinert. Die Anwendung dickerer, mehrlagiger Metallbälge führt nicht nur zu erhöhtem Gewicht, sondern auch zu einem verhältnismäßig schlechten Ansprechverhalten bei Druckänderungen.
Durch Fig.4 aus PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09, 30. September 1996, (1996-09-30) & JP 08 121401 A (NOK), 14.Mai 1996 (1996-05-14) ist ein gattungsgemäßer hydropneumatischer Druckspeicher bekannt mit einem Gasraum und einem Ölraum und einem diese Räume trennenden Metallbalg, der eine entsprechend den Volumenänderungen von Gasraum zu Ölraum bewegliche Endplatte aufweist. Innerhalb des Gehäuses mit dem Metallbalg ist dieses von einer Trennplatte mit einem Fluidanschluß durchgriffen, der fluidführend das Innere des Metallbalges mit dem Inneren eines weiteren Fluidraumes innerhalb des Gehäuses begrenzt, wobei der dahingehende zusätzliche Fluidraum nach außen hin über einen Hydraulikanschluß an der Bodenseite des Gehäuses fluidführend mit Teilen eines Hydraulikkreislaufes verbunden ist. Ein mit der Endplatte des Metallbalges verbundener Ventilstößel weist einen Sperrkörper auf, dessen beiden einander gegenüberliegenden Seiten als Ventilkegel ausgebildet sind und in Anlage bringbar sind einmal mit einem Ventilsitz, der an der Trennplatte angeordnet ist, und einmal mit einem Ventilsitz am bodenseitigen Hydraulikanschluß, der in Richtung des Inneren des weiteren Fluidraumes weist. Sowohl die genannten Ventilkegel als auch die Ventilsitze weisen mit den Scheiteln ihrer Kegelflächen voneinander weg, wobei über die Kegelflächen ein gutes Abdichtverhalten erreicht ist. Aufgrund des zusätzlichen Fluidraumes baut die bekannte Vorrichtung groß auf und im Hinblick auf die zu bewegenden Fluidmengen im Metallbalg und zusätzlich im weiteren Fluidraum ist das Ansteuerverhalten für das Ventil verzögert, so daß zumindest kurzfristig Überbelastungen des Metallbalges auftreten können. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher der betrachteten Art zu schaffen, bei dem Überbelastungen des Metallbalges im Betrieb mit Sicherheit vermieden sind.
Bei einem hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hydraulikanschluß das Ventil mit seinen beiden Ventilsitzen enthält, daß die Scheitel der Kegelflächen beider Ventilsitze und beider Ventilkegel einander zugewandt sind, und daß die Ventilsitze axial zwischen den Ventilkegeln angeordnet sind. Dergestalt ist ein kompakt aufbauender Hydrospeicher geschaffen und über die Endplatte des Metallbalges ist unmittelbar die Ansteuerung des Ventils im Hydraulikanschluß gegeben, so daß aufgrund des geringen zu beherrschenden Fluidvolumens im Metallbalg selbst neben der Gewichtsverringerung gegenüber bekannten Lösungen auch ein besonders gutes Ansprechverhalten gewährleistet ist. Ferner sind derart Überbelastungen des Metallbalges mit Sicherheit vermieden.
Wenn beim Betrieb des erfindungsgemäßen Druckspeichers einmal das Druck - Gleichgewicht zwischen Gas-Vorfülldruck im Gasraum und Hydraulikdruck im Ölraum hergestellt ist und die Endplatte des Metallbalges bei geöffnetem Ölventil sich zwischen ihren vorgegebenen Endstellungen befindet, dann bleibt dieser Betriebszustand des Druckausgleiches am Balg im Betrieb erhalten, ungeachtet dessen, wie stark der Hydraulikdruck der Ölseite gegenüber dem Gas - Vorfülldruck absinken mag, weil bei Erreichen der gewünschten Endstellung das Ventil schließt und der Abstrom aus dem Ölraum unterbrochen wird, und auch ungeachtet dessen, wie stark der Hydraulikdruck relativ zum Gas - Vorfülldruck ansteigen mag, weil bei Erreichen der diesbezüglichen Endstellung der Endplatte das Ventil wiederum geschlossen wird, so daß kein Zustrom zum Ölraum mehr möglich ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen schematisch vereinfachten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des Druckspeichers und
Fig. 2
einen der Fig. 1 ähnlichen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles.
Der in Fig. 1 gezeigte Druckspeicher weist ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Gehäuse mit einem im wesentlichen kreiszylinderförmigen Innenraum auf. Das Gehäuse 1 ist mit einem bodenseitigen Hydraulikanschluß 2 versehen und weist in seinem dem Hydraulikanschluß 2 entgegengesetzten Deckelteil 3 eine Gas-Füllöffnung auf, die durch einen Stopfen 5 verschlossen ist und es ermöglicht, durch Befüllen mit einem kompressiblen Gas im angrenzenden Gasraum 7 einen gewünschten Gas-Vorfülldruck herzustellen. Als Trennelement zwischen diesem Gasraum 7 und einem Ölraum 8, mit dem ein nicht gezeigtes Hydrauliksystem über den Hydraulikanschluß 2 in Verbindung ist, dient ein Metallbalg 9, der eine kreiszylindrische Form besitzt und am einen Ende durch eine Endplatte 11 abgeschlossen ist. Der Außendurchmesser des Balges 9 ist etwas geringer als der Innendurchmesser des Gehäuses 1. An seinem der Endplatte 11 entgegengesetzten, offenen Ende ist der Balg 9 mit dem Gehäuse 1 bei 13 dicht verschweißt, so daß der Balg 9 zusammen mit der Endplatte 11 ein dichtes Trennelement zwischen dem Ölraum 8 (das ist bei Fig. 1 der Innenraum des Balges 9) und dem Gasraum 7 bildet.
Der Hydraulikanschluß 2 enthält ein doppeltwirkendes Ölventil 15 mit zwei Ventilsitzen 17 und 18, die jeweils durch Kegelflächen gebildet sind. Mit den Ventilsitzen 17, 18 wirken Sperrkörper in Form von Ventilkegeln 20 bzw. 21 zusammen, die an einem Ventilstößel 23 angebracht sind, der an der Innenseite der Endplatte 11 des Balges 9 befestigt und zusammen mit der Endplatte 11 bei deren Hubbewegungen in Richtung einer Längsachse 25 hin und her beweglich ist. Die auf die Längsachse 25 bezogenen axialen Abstände zwischen den Ventilsitzen 17 und 18 und den zugeordneten Ventilkegeln 20 bzw. 21 am Ventilstößel 23 sind so gewählt, daß bei einer vorgegebenen Hubweglänge, um die sich die Endplatte 11 in der Fig. 1 nach unten bewegt, wenn der Hydraulikdruck im Ölraum 8 geringer wird als der Gas-Vorfülldruck, der Ventilkegel 20 den Ventilsitz 17 erreicht, sobald die Endplatte 11 bei dieser Hubbewegung eine gewünschte Endstellung erreicht hat. Somit wird das Ölventil 15 gesperrt, so daß kein weiterer Ausstrom von Hydraulikflüssigkeit aus dem Ölraum 8 stattfindet, der Hydraulikdruck im Ölraum 8 somit konstant bleibt und sich bei dieser Endstellung der Endplatte 11 Druckgleichgewicht am Balg 9 einstellt.
Bei durch Anstieg des Hydraulikdruckes bewirkter Hubbewegung in der entgegengesetzten Richtung (in Fig. 1 nach oben) kommt der Ventilkegel 21 zur Anlage am Ventilsitz 18, um bei Erreichen der diesbezüglichen Endstellung der Endplatte 11 das Ölventil 15 wiederum zu sperren, so daß der Zustrom von Hydraulikflüssigkeit zum Ölraum 8 unterbunden und somit wiederum Druckgleichgewicht am Balg 9 zwischen Ölraum 8 und Gasraum 7 hergestellt wird, um die entsprechende Endstellung der Endplatte 11 wiederum zu definieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Innenraum des Balges 9 dem Deckelteil 3 des Gehäuses 1 zugewandt, wo sich der Gasanschluß befindet. Somit bildet der Innenraum des Balges 9 den Gasraum 7, während die Außenseite des Balges 9 den Ölraum 8 begrenzt, in den der Hydraulikanschluß 2 mündet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilstößel 23 des Ölventils 15 an der Außenseite der Endplatte 11 des Balges 9 befestigt. Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei dem Beispiel von Fig. 1, d.h. bei Hubbewegungen der Endplatte 11 in beiden Richtungen entlang der Längsachse 25 kommen die Ventilkegel 20, 21 bei Erreichen der betreffenden Endstellung jeweils zur Anlage an den zugehörigen Ventilsitzen 17 bzw. 18, um die Zufuhr oder Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit in den bzw. aus dem Ölraum 8 zu sperren und die entsprechenden Endstellungen der Endplatte 11 des Balges 9 zu definieren.
Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Scheitel der Kegelflächen der Ventilkegel 20 und 21 einander zugekehrt, und die Ventilsitze 17 und 18 befinden sich axial zwischen den Ventilkegeln 20 und 21. In vorteilhafter Weise führt bei dieser Anordnung ein Druckgradient, wie er sich bei einem nicht vollkommenen Sperren des Ventils 15 am Balg 9 ergeben würde, zu einem entsprechenden Anstieg der Anpreßkraft zwischen Ventilkegeln 20 oder 21 an den zugehörigen Ventilsitzen 17 bzw. 18.
In den Figuren sind die axialen Abstände der Ventilsitze 17, 18 des Ventiles 15 und der Ventilkegel 20 und 21 lediglich beispielhaft angegeben. Diese Abstände können nach Wunsch so gewählt werden, daß sich für die Endplatte 11 des Balges 9 im Betrieb eine gewünschte Arbeits-Hublänge zwischen den jeweils hydropneumatisch definierten Endstellungen ergibt.

Claims (4)

  1. Hydropneumatischer Druckspeicher mit Gasraum (7) und Ölraum (8), die von einem Gehäuse (1) umgeben sind, das einen bodenseitigen Hydraulikanschluß (2) aufweist, und einem diese Räume trennenden Metallbalg (9), der eine entsprechend Volumenänderungen von Gasraum (7) und Ölraum (8) bewegliche Endplatte (11) aufweist, mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum aus dem und in den Ölraum (8) freigebenden oder sperrenden Ventil (15) und mit einem das Ventil steuemden Ventilstößel (23), der bei einer Bewegung der Endplatte (11), die einer einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergrößerung des Volumens des Casraumes (7) entspricht, durch die Endplatte (11) in eine das Ventil (15) sperrende Stellung bewegbar ist, wobei der Ventilstößel (23) mit der Endplatte (11) des Metallbalges (9) fest verbunden und das Ventil (15) durch Bewegen des Ventilstößels (23) in zwei zueinander entgegengesetzte Sperrstellungen sperrbar ist, die den Endstellungen der Endplatte (11) des Metallbalges (9) beim vorgegebenen Größtwert bzw. bei einem vorgegebenen Kleinstwert des Volumens des Gasraumes (7) entsprechen, wobei das Ventil (15) zwei in der der Bewegungsrichtung des Ventilstößels (23) entsprechenden Axialrichtung zueinander versetzte Ventilsitze (17 und 18) und der Ventilstößel (23) zwei in Axialrichtung zueinander versetzte Sperrkörper (20 und 21) aufweisen, die bei Bewegen des Ventilstößels (23) in die eine oder die andere Richtung je paarweise zum Sperren des Ventiles (15) miteinander zusammenwirken und wobei die Ventilsitze/17,18) als Kegelflächen und die Sperrkörper als Ventilkegel (20,21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikanschluß (2) das Ventil (15) mit seinen beiden Ventilsitzen (17,18) enthält, daß die Scheitel der Kegelflächen beider Ventilsitze (17,18) und beider Ventilkegel (20,21) einander zugewandt sind und daß die Ventilsitze (17,18) axial zwischen den Ventilkegeln (20,21) angeordnet sind.
  2. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Strömen von Hydraulikfluidum steuernde Ventil (15) an dem der Endplatte (11) entgegengesetzten, offenen Ende des Metallbalges (9) vorgesehen ist, so daß der Innenraum des Metallbalges den Ölraum (8) bildet, durch den sich der Ventilstößel (23) hindurch bis zu seiner Befestigungsstelle an der Innenseite der Endplatte (11) erstreckt.
  3. Hydropneumatischer Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbalg (9) mit seiner Endplatte (11) dem das Strömen von Hydraulikfluidum steuemden Ventil (15) zugewandt ist, so daß das Innere des Metallbalges (9) den Gasraum (7) bildet und sich der Ölraum (8) an derAußenseite des Metallbalges (9) und dessen Endplatte (11) befindet, an der der Ventilstößel (23) außen befestigt ist.
  4. Hydropneumatischer Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Abstände der Ventilsitze (17, 18) und der am Ventilstößel (23) vorgesehenen Sperrkörper (20, 21) so gewählt sind, daß die mit dem Ventilstößel (23) verbundene Endplatte (11) um eine gewünschte Hubstrecke zwischen ihren dem vorgegebenen Größtwert und dem vorgegebenen Kleinstwert des Volumens des Gasraumes (7) entsprechenden Endstellungen bei geöffnetem Ventil (15) beweglich ist.
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