EP2239468A1 - Kolbenspeicher - Google Patents

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EP2239468A1
EP2239468A1 EP10003106A EP10003106A EP2239468A1 EP 2239468 A1 EP2239468 A1 EP 2239468A1 EP 10003106 A EP10003106 A EP 10003106A EP 10003106 A EP10003106 A EP 10003106A EP 2239468 A1 EP2239468 A1 EP 2239468A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder tube
piston accumulator
end cap
accumulator according
piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP10003106A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2239468B1 (de
Inventor
Brian Kane
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2239468A1 publication Critical patent/EP2239468A1/de
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Publication of EP2239468B1 publication Critical patent/EP2239468B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/24—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with rigid separating means, e.g. pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/40—Constructional details of accumulators not otherwise provided for
    • F15B2201/405—Housings
    • F15B2201/4053—Housings characterised by the material

Definitions

  • Piston accumulators have to fulfill various tasks in a hydraulic system, for example energy storage, a pressure medium reserve, damping, leakage oil compensation and volume flow compensation.
  • the hydraulic accumulators used for this purpose can be designed as a bubble, piston or diaphragm accumulator.
  • the Hydraulic Trainer, Volume 1 ; 3rd Edition, 2004; Bosch Rexroth AG is in Chapter 3 a piston accumulator described, which consists essentially of a cylinder tube, two end-side cap and a piston guided in the cylinder tube. About the latter, a gas space is separated from a pressure medium space.
  • the cylinder tube is made of metal and thereby finely machined, so that the piston runs with minimal friction and between gas and liquid space only a small pressure difference of about 1 bar prevails.
  • the cylinder-side running surfaces can be provided with a suitable coating.
  • the cylinder-side treads are formed by a steel liner, which is inserted into the cylinder, so that the outer region of the cylinder can be wound from a fiber composite. Such solutions are very expensive to manufacture and correspondingly expensive.
  • the invention has for its object to provide a producible with little effort and lightweight piston accumulator.
  • the piston accumulator has a cylinder tube in which a piston is guided, which divides a gas space of a pressure medium space.
  • the cylinder tube is closed at the front by one end cap.
  • at least the cylinder tube made of fiber composite material and is connected via a metallic connecting element with the respective end cap.
  • the inner tread is made of a tribologically optimized material, so that the total weight of the piston accumulator is very low and still allows easy running and reliable sealing of the piston.
  • connection between the plastic cylinder tube and the end caps via the metallic connecting element which is optimized in terms of sufficient strength. That is, in the solution according to the invention only the areas subjected to high loads are made of metallic material, wherein the piston accumulator weight substantially determining components, such as the cylinder tube made of lightweight plastic.
  • the end portions of the cylinder tube extend beyond the connector.
  • connection between the cylinder tube and the respective end caps is further improved when the connecting member is formed as a support ring which extends in sections between the Zylinderrohrendabrough and the end cap.
  • the support tube may have a base adapted to the inner diameter of the cylinder tube, which is designed with a convexly curved outer surface, which in turn is encompassed by the Zylinderrohrendabrough form fit, wherein the support ring is seated on the outer circumference of the end cap.
  • a recess for receiving a ring in sections in the base of the support ring.
  • complementary recesses are provided which complement each other to form a positive receptacle for the support ring.
  • this ring is made split.
  • the ring of metallic material, preferably of steel.
  • the clamping ring can be made of plastic.
  • the clamping ring is located at the base of the support ring and on an end face of the end cap and is screwed thereto, so that the aforementioned ring is secured in the axial direction.
  • the connecting element is designed as a threaded sleeve, onto which the cylinder tube and the end cap are screwed.
  • the mutually associated end portions of the cylinder tube and the end cap are formed so that they lie sealingly against each other along annular end faces.
  • the connecting element is made of a metallic material.
  • the compressive strength of the piston accumulator is particularly high when the cylinder tube consists of a fiber composite material. Such a solution is also characterized by a minimal weight.
  • this cylinder tube can then be performed with a metallic coating as a running layer.
  • the piston accumulator is particularly compact if a pressure medium connection is formed in one end cap and a gas connection is formed in the other end cap.
  • the piston end faces of the end caps can be made concave.
  • FIG. 1 a longitudinal section of a piston accumulator 1 according to the invention is shown.
  • This has a cylinder tube 2, in which a piston 4 is axially displaceable, so that the cylinder interior is divided into a pressure medium chamber 6 and a gas chamber 8.
  • the cylinder tube 2 is frontally closed by one end cap 10, 12, wherein in the latter end cap 12, a pressure medium connection 14 and in the former end cap 10, a gas port 16 is formed.
  • the piston accumulator 1 is connected via the pressure medium connection 14 to a hydraulic system, for example to store hydraulic energy, to dampen pressure or volume fluctuations or to form a fluid reserve.
  • a hydraulic system for example to store hydraulic energy, to dampen pressure or volume fluctuations or to form a fluid reserve.
  • the gas side of the piston accumulator 1 with the compressed gas, such as nitrogen are filled and pressurized.
  • the cylinder tube 2 made of a fiber composite material, for example with Endless fibers soaked in a thermoplastic or thermoset matrix (epoxy). In this way, an extremely lightweight cylinder tube 2 can be produced, wherein the material selection is optimized in terms of tribology.
  • the isselvesswandung 30 of the cylinder tube 2 may also be formed by a metallic coating - but the outer peripheral portions of the cylinder tube 2 are then also made of plastic.
  • the piston 4 may be made of a metallic material or also of plastic, to further minimize the weight.
  • the piston 4 is designed as a hollow piston with a piston skirt 5 and a piston crown 7.
  • the highly loaded frontal areas with the end caps 10, 12 are made of a metal / composite material. Details of the structure are the detail X removable.
  • the end caps 10, 12 are curved slightly outwardly in the axial direction, so that a concave inner end face 32 results.
  • a recess 36 is formed, in which a further sealing arrangement 38 is formed.
  • the end cap 10 is sealingly against the inner peripheral wall 30 of the cylinder tube 2.
  • a metallic support ring 40 which extends in the axial direction beyond the end cap 10 also.
  • the support ring 40 is made of steel and has according to the FIGS. 2 and 3 a cylindrical inner peripheral surface forming a base 42.
  • a circumferential recess 44 is provided centrally, which has the shape of a semicircle with the radius r in cross section.
  • the left part of the base 42 is provided with a chamfer 46, which facilitates the insertion of the piston 4 with its seals 26, 28.
  • the base 42 extends flush in extension with the inner peripheral wall 30 of the cylinder tube 2.
  • the support ring 40 is rotated by 180 ° about its vertical axis relative to the illustration in FIG FIG. 1 shown.
  • the support ring 40 bulges away from the cylindrical base 42 radially outward, so that a convex curved, centrally in the radial direction continuously expanded outer surface 48 results.
  • This radially projecting part of the support ring 40 is overlapped according to the detail X of the adjacent end portion 50 of the cylinder tube 2 - in other words, the cylinder tube 2 extends in the axial direction beyond the support ring 40 also.
  • the end portion 50 is widened in the radial direction relative to the central guide region for the piston 4, wherein this outer contour corresponds approximately to the shape of the bulged outer surface 48 of the support ring 40.
  • the end portion 50 lies with a groove 52 flat against the outer surface 48 of the support ring 40, so that it is embedded and the base 42 - as mentioned above - flush with the inner peripheral wall 30 of the cylinder tube 2. Accordingly, the support ring 40 is embedded in the radially expanded end portion 50 of the cylinder tube 2.
  • a cross-sectionally circular groove 56 whose radius corresponds to the radius r of the recess 44.
  • the groove 56 is curved over 90 ° and runs tangentially in the longitudinal direction of the piston accumulator.
  • a clamping ring 58 is attached to the end face 54, with its radial wall 60 at the base 42 (see FIGS. 2 and 3 ) of the support ring 40 and abuts with its end wall 62 on the end face 54 of the end cap 10 and is connected via a plurality of lying on a common pitch circle screws 64 with the end cap 10.
  • a further groove portion 66 is formed with the radius r on the clamping ring 58, which together with the groove 56 of the end cap 10 and the recess 44 of the support ring 40 to a closed receptacle for a ring 68th results.
  • the recess 44 extends approximately half the circumference of the ring 68, while the groove 56 overstretches more than a quarter of the circumference and corresponding to the groove portion 66 extends less than a quarter of the circumference. That is, the groove 56 and the recess 44 engage around more than 3 ⁇ 4 of the outer circumference of the ring, so that it is positively received.
  • this is divided, preferably designed in three parts. For assembly, the end cap 10 is first inserted into the cylinder tube 2, and further inserted, as it corresponds to their later final position.
  • the plurality of parts of the ring 68 are inserted into the recess 44 of the support ring 40.
  • the end cap 10 is retracted to its final position with the fillet 56 of the end cap 10 receiving the portions of the ring 68.
  • the clamping ring 58 is inserted into the end portion 50 of the cylinder tube 2 and screwed by screws 64 with the end cap 10, in which case the multi-part ring 68 is completely encompassed and the seal assembly 38 of the end cap 10 sealingly abuts the inner peripheral wall 30 of the cylinder tube 2 ,
  • the clamping ring 58 also has a sealing function and prevents dirt from entering the area of the ring 68.
  • the cylinder tube 2 consists of a fiber-reinforced plastic - preferably carbon fiber reinforced plastic -, the support ring 40 is made of steel and the end cap 10 may for example be made of titanium or steel.
  • the clamping ring 58 is made in the illustrated embodiment of a high strength plastic to further minimize the weight. It was found that this metal / composite construction ensures sufficient strength and tightness of the components with minimum weight.
  • the above-described piston accumulator 1 is characterized by an extremely low weight with optimum strength and comparatively easy to manufacture, with a very compact smooth-surfaced construction is ensured by the end caps used 10, 12 and the continuously bulging end portions 50 of the cylinder tube 2.
  • FIG. 4 another simplified embodiment of a lightweight piston accumulator 1 is explained. It is in FIG. 4 only the corner region between the cylinder tube 2 and an end cap 10 is shown. Also in this variant, the cylinder tube 2 is made of a fiber-reinforced plastic, for example carbon fiber reinforced plastic.
  • the end cap 10 may also be made of plastic or steel. While in the above embodiment, the end caps 10, 12 are inserted into the cylinder tube 2, in the in FIG. 4 illustrated embodiment, the end cap 10 attached to the cylinder tube 2, wherein both components in the transition region have the same inner diameter and along annular end surfaces 69, 70 to each other.
  • the assembly of this embodiment is very simple.
  • the threaded sleeve 72 is first screwed into the cylinder tube 2 and - if necessary - are glued to this.
  • the end cap 10 is screwed until the annular end faces 68, 70 are flush with each other and the seal assembly 82 is disposed in its desired position.
  • a piston accumulator with a cylinder made of plastic, in which a piston is guided, which separates a gas space from a pressure medium space. End caps end caps are provided, which are each connected via a metallic connecting element with the cylinder tube.

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Abstract

Offenbart ist ein Kolbenspeicher mit einem aus Kunststoff hergestellten Zylinder, in dem ein Kolben geführt ist, der einen Gasraum von einem Druckmittelraum trennt. Stirnseitig sind Endkappen vorgesehen, die über jeweils ein metallisches Verbindungselement mit dem Zylinderrohr verbunden sind.

Description

  • Kolbenspeicher haben in einer Hydroanlage verschiedene Aufgaben, beispielsweise die Energiespeicherung, eine Druckmittelreserve, Dämpfung, Leckölkompensation und Volumenstromkompensation zu erfüllen. Die dazu verwendeten Hydrospeicher können als Blasen-, Kolben- oder Membranspeicher ausgeführt sein. In dem Buch "Der Hydrauliktrainer, Band 1"; 3. Ausgabe, 2004; Bosch Rexroth AG ist im Kapitel 3 ein Kolbenspeicher beschrieben, der im Wesentlichen aus einem Zylinderrohr, zwei stirnseitigen Verschlussdeckeln und einem im Zylinderrohr geführten Kolben besteht. Über letzteren wird ein Gasraum von einem Druckmittelraum getrennt. Üblicherweise wird das Zylinderrohr aus Metall gefertigt und dabei feinstbearbeitet, so dass der Kolben mit minimaler Reibung läuft und zwischen Gas- und Flüssigkeitsraum nur eine geringe Druckdifferenz von ca. 1 bar herrscht. Zur Minimierung der Reibung können die zylinderseitigen Laufflächen mit einer geeigneten Beschichtung versehen werden. Es sind auch Leichtbau-Lösungen bekannt, bei denen die zylinderseitigen Laufflächen durch einen Stahlliner ausgebildet sind, der in den Zylinder eingesetzt wird, so dass der Außenbereich des Zylinders aus einem Faserverbund gewickelt werden kann. Derartige Lösungen sind sehr aufwendig in der Fertigung und entsprechend teuer.
  • Nachteilig bei derartigen Kolbenspeichern ist, dass diese ein sehr hohes Gewicht aufweisen.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mit geringem Aufwand herstellbaren und leichten Kolbenspeicher zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß hat der Kolbenspeicher ein Zylinderrohr, in dem ein Kolben geführt ist, der einen Gasraum von einem Druckmittelraum unterteilt. Das Zylinderrohr ist stirnseitig von jeweils einer Endkappe verschlossen. Erfindungsgemäß besteht zumindest das Zylinderrohr aus Faserverbundwerkstoff und ist über ein metallisches Verbindungselement mit der jeweiligen Endkappe verbunden. Die Innenlauffläche wird aus einem tribologisch optimierten Material hergestellt, so dass das Gesamtgewicht des Kolbenspeichers sehr gering ist und trotzdem ein leichtes Laufen und eine zuverlässige Abdichtung des Kolbens ermöglicht ist.
  • Die Verbindung zwischen dem aus Kunststoff bestehenden Zylinderrohr und den Endkappen erfolgt über das metallische Verbindungselement, das im Hinblick auf eine hinreichende Festigkeit optimiert ist. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Lösung sind lediglich die hohen Belastungen unterworfenen Bereiche aus metallischem Werkstoff hergestellt, wobei das Kolbenspeichergewicht wesentlich bestimmende Bauelemente, beispielsweise das Zylinderrohr aus leichtem Kunststoff bestehen.
  • Bei einer bevorzugten Lösung erstrecken sich die Endabschnitte des Zylinderrohrs über das Verbindungselement hinaus.
  • Die Verbindung zwischen dem Zylinderrohr und den jeweiligen Endkappen ist weiter verbessert, wenn das Verbindungselement als Stützring ausgebildet ist, der sich zwischen dem Zylinderrohrendabschnitt und der Endkappe abschnittsweise erstreckt.
  • Dabei kann das Stützrohr eine an den Innendurchmesser des Zylinderrohrs angepasste Basis aufweisen, die mit einer konvex ausgewölbten Außenfläche ausgeführt ist, die dann ihrerseits vom Zylinderrohrendabschnitt formschlüssig umgriffen ist, wobei der Stützring auf dem Außenumfang der Endkappe aufsitzt.
  • Dabei wird es bevorzugt, in der Basis des Stützrings eine Ausnehmung zum abschnittsweise Aufnehmen eines Rings auszubilden. An den benachbarten Bereichen der Endkappe und eines Spannrings sind komplementäre Ausnehmungen vorgesehen, die sich gemeinsam zu einer formschlüssigen Aufnahme für den Stützring ergänzen.
  • Um das Einsetzen des Stützrings zu ermöglichen, ist dieser Ring geteilt ausgeführt.
  • Dabei wird es bevorzugt, den Ring aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl herzustellen.
  • Der Spannring kann aus Kunststoff hergestellt sein. Bei einer Variante liegt der Spannring an der Basis des Stützrings und an einer Stirnfläche der Endkappe an und ist mit dieser verschraubt, so dass der vorgenannte Ring in Axialrichtung gesichert ist.
  • Bei einer alternativen Lösung des Kolbenspeichers ist das Verbindungselement als Gewindehülse ausgeführt, auf die das Zylinderrohr und die Endkappe aufgeschraubt werden. Dabei sind die einander zugeordneten Endabschnitte des Zylinderrohrs und der Endkappe so ausgebildet, dass sie entlang Ringstirnflächen dichtend aneinander liegen.
  • Zur Erhöhung der Festigkeit ist das Verbindungselements aus einem metallischen Werkstoff hergestellt.
  • Die Druckbelastbarkeit des Kolbenspeichers ist besonders hoch, wenn das Zylinderrohr aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Eine derartige Lösung zeichnet sich auch durch ein minimales Gewicht aus.
  • Zur Minimierung der Reibungsverluste kann dieses Zylinderrohr dann mit einer metallischen Beschichtung als Laufschicht ausgeführt werden.
  • Der Kolbenspeicher ist besonders kompakt, wenn in einer Endkappe ein Druckmittelanschluss und in der anderen Endkappe ein Gasanschluss ausgebildet ist.
  • Zur Festigkeits- und Volumenoptimierung können die dem Kolben zugewandten Stirnflächen der Endkappen konkav ausgeführt werden.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolbenspeicher sowie zwei Einzelheiten X, Y dieses Kolbenspeichers;
    • Figur 2 einen Stützring des Kolbenspeichers gemäß Figur 1;
    • Figur 3 eine Querschnittdarstellung des Stützrings aus Figur 2; und
    • Figur 4 eine Detaildarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Kolbenspeichers.
  • In Figur 1 ist ein Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kolbenspeichers 1 gezeigt. Dieser hat ein Zylinderrohr 2, in dem axial verschiebbar ein Kolben 4 geführt ist, so dass der Zylinderinnenraum in einen Druckmittelraum 6 und einen Gasraum 8 unterteilt ist. Das Zylinderrohr 2 ist stirnseitig durch jeweils eine Endkappe 10, 12 geschlossen, wobei in der letztgenannten Endkappe 12 ein Druckmittelanschluss 14 und in der erstgenannten Endkappe 10 ein Gasanschluss 16 ausgebildet ist. Der Kolbenspeicher 1 ist über den Druckmittelanschluss 14 an ein Hydrauliksystem angeschlossen, um beispielsweise hydraulische Energie zu speichern, Druck- oder Volumenschwankungen zu dämpfen oder eine Flüssigkeitsreserve zu bilden. Über den Gasanschluss 16 kann die Gasseite des Kolbenspeichers 1 mit dem Druckgas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt und mit Druck beaufschlagt werden.
  • Wie der Einzelheit Y entnehmbar ist, sind am Außenumfang des Kolbens 4 zwei umlaufende Nuten 18, 20 ausgebildet, in die jeweils eine Dichtungsanordnung mit einem Abstützring 22, 24 und einem Dichtring 26, 28 angeordnet ist. Diese beiden Dichtungsanordnungen liegen dichtend und mit vergleichsweise geringer Vorspannung an einer Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2 an, so dass der Kolben 4 leichtgängig verstellbar ist und somit Reibungsverluste minimal sind, die beiden Räume 6, 8 jedoch zuverlässig gegeneinander abgedichtet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zylinderrohr 2 aus einem Faserverbundwerkstoff, beispielsweise mit Endlosfasern in einer Thermoplast- oder Duroplastmatrix (Epoxid) getränkt. Auf diese Weise lässt sich ein äußerst leichtes Zylinderrohr 2 herstellen, wobei die Materialauswahl im Hinblick auf die Tribologie optimiert ist. Bei besonderen Anwendungen kann die Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2 auch durch eine metallische Beschichtung ausgebildet werden - die Außenumfangsbereiche des Zylinderrohrs 2 sind dann jedoch ebenfalls aus Kunststoff hergestellt. Der Kolben 4 kann aus einem metallischen Werkstoff oder ebenfalls aus Kunststoff hergestellt sein, um das Gewicht weiter zu minimieren. Der Kolben 4 ist als Hohlkolben mit einem Kolbenhemd 5 und einem Kolbenboden 7 ausgeführt.
  • Die hochbelasteten stirnseitigen Bereiche mit den Endkappen 10, 12 sind aus einem Metall-/Komposit-Material hergestellt. Details des Aufbaus sind der Einzelheit X entnehmbar.
  • Gemäß der Einzelheit X sind die Endkappen 10, 12 in Axialrichtung leicht nach außen gewölbt, so dass sich eine konkave Innenstirnfläche 32 ergibt. An einer zylindrischen Außenumfangswandung 34 der Endkappe 10 ist ein Einstich 36 ausgebildet, in den eine weitere Dichtungsanordnung 38 ausgebildet ist. Entlang dieser Dichtungsanordnung 38 liegt die Endkappe 10 dichtend an der Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2 an. In der Einzelheit X links von der Dichtungsanordnung 38 liegt an der Umfangswandung 34 der Endkappe 10 ein metallischer Stützring 40 an, der sich in Axialrichtung über die Endkappe 10 hinaus erstreckt.
  • Einzelheiten dieses Stützrings 40 werden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.
  • Erfindungsgemäß ist der Stützring 40 aus Stahl ausgeführt und hat gemäß den Figuren 2 und 3 eine zylindrische Innenumfangsfläche, die eine Basis 42 ausbildet. In dieser Basis ist mittig eine umlaufende Ausnehmung 44 vorgesehen, die im Querschnitt die Form eines Halbkreises mit dem Radius r hat. Im Übergangsbereich zwischen der als Hohlkehle ausgeführten Ausnehmung 44 und dem in Figur 3 linken Teil der Basis 42 (Innenumfangswandung) ist eine Fase 46 vorgesehen, die das Einsetzen des Kolbens 4 mit seinen Dichtungen 26, 28 erleichtert. Gemäß der Einzelheit X verläuft die Basis 42 bündig in Verlängerung mit der Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2. In den Figuren 2 und 3 ist der Stützring 40 um 180° verdreht um seine Hochachse gegenüber der Darstellung in Figur 1 dargestellt.
  • Der Stützring 40 wölbt sich weg von der zylinderförmigen Basis 42 radial nach außen aus, so dass sich eine konvex gekrümmte, mittig in Radialrichtung kontinuierlich erweiterte Außenfläche 48 ergibt. Dieser radial vorspringende Teil des Stützrings 40 wird gemäß der Einzelheit X vom benachbarten Endabschnitt 50 des Zylinderrohrs 2 übergriffen - mit anderen Worten gesagt, das Zylinderrohr 2 erstreckt sich in Axialrichtung über den Stützring 40 hinaus. Dabei ist der Endabschnitt 50 gegenüber dem mittigen Führungsbereich für den Kolben 4 in Radialrichtung erweitert, wobei diese Außenkontur in etwa der Form der ausgewölbten Außenfläche 48 des Stützrings 40 entspricht. Dabei liegt der Endabschnitt 50 mit einer Hohlkehle 52 flächig an der Außenfläche 48 des Stützrings 40 an, so dass dieser eingebettet ist und dessen Basis 42 - wie vorstehend erwähnt - bündig zur Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2 verläuft. Demgemäß ist der Stützring 40 in den radial erweiterten Endabschnitt 50 des Zylinderrohrs 2 eingebettet.
  • Wie sich insbesondere aus der Einzelheit X ergibt, ist im Eckbereich zwischen der Umfangswandung 34 und einer Stirnfläche 54 der Endkappe 10 eine im Querschnitt kreisabschnittförmige Hohlkehle 56 vorgesehen, deren Radius dem Radius r der Ausnehmung 44 entspricht. Die Hohlkehle 56 verläuft über 90° gekrümmt und läuft tangential in Längsrichtung des Kolbenspeichers aus.
  • Im Übergangsbereich zwischen dem Stützring 40 und der Endkappe 10 ist an die Stirnfläche 54 ein Spannring 58 angesetzt, der mit seiner Radialwandung 60 an der Basis 42 (siehe Figuren 2 und 3) des Stützrings 40 und mit seiner Stirnwandung 62 an der Stirnfläche 54 der Endkappe 10 anliegt und über eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden Schrauben 64 mit der Endkappe 10 verbunden ist. Im Eckbereich zwischen der Stirnwandung 62 und der Radialwandung 60 ist an dem Spannring 58 ein weiterer Hohlkehlenabschnitt 66 mit dem Radius r ausgebildet, der sich gemeinsam mit der Hohlkehle 56 der Endkappe 10 und der Ausnehmung 44 des Stützrings 40 zu einer geschlossenen Aufnahme für einen Ring 68 ergibt. Gemäß der Einzelheit X und der Figur 3 erstreckt sich dabei die Ausnehmung 44 etwa um den halben Umfang des Rings 68, während die Hohlkehle 56 mehr als ein Viertel des Umfangs überstreckt und sich entsprechend der Hohlkehlenabschnitt 66 um weniger als ein Viertel des Umfangs erstreckt. Das heißt, die Hohlkehle 56 und die Ausnehmung 44 umgreifen mehr als ¾ des Ringaußenumfangs, so dass dieser formschlüssig aufgenommen ist. Um den Ring 68 einfacher in die Ausnehmung 44 und die Hohlkehle 56 einsetzen zu können, ist dieser geteilt, vorzugsweise dreiteilig ausgeführt. Zur Montage wird zunächst die Endkappe 10 in das Zylinderrohr 2 eingeschoben, und zwar weiter eingeschoben, als es ihrer späteren endgültigen Position entspricht. Anschließend werden die mehreren Teile des Rings 68 in die Ausnehmung 44 des Stützrings 40 eingelegt. Dann wird die Endkappe 10 in ihre endgültige Position zurückgezogen, wobei die Hohlkehle 56 der Endkappe 10 die Teile des Rings 68 aufnimmt. Daraufhin wird dann der Spannring 58 in den Endabschnitt 50 des Zylinderrohrs 2 eingesetzt und über die Schrauben 64 mit der Endkappe 10 verschraubt, wobei dann der mehrteilige Ring 68 vollständig umgriffen ist und die Dichtungsanordnung 38 der Endkappe 10 dichtend an der Innenumfangswandung 30 des Zylinderrohrs 2 anliegt. Der Spannring 58 hat auch Dichtfunktion und verhindert, dass Schmutz in den Bereich des Rings 68 eindringt.
  • Wie bereits ausgeführt, besteht das Zylinderrohr 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff - vorzugsweise kohlefaserverstärkten Kunststoff -, der Stützring 40 besteht aus Stahl und die Endkappe 10 kann beispielsweise aus Titan oder ebenfalls aus Stahl hergestellt sein. Der Spannring 58 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem hochfesten Kunststoff hergestellt, um das Gewicht weiter zu minimieren. Es zeigte sich, dass durch diese Metall-/Compositkonstruktion eine hinreichende Festigkeit und Dichtigkeit der Bauelemente bei minimalem Gewicht gewährleistet ist.
  • Die Befestigung der in Figur 1 rechten gasseitigen Endkappe 10 am Zylinderrohr 2 erfolgt entsprechend, so dass weitere diesbezügliche Einzelheiten entbehrlich sind.
  • Der vorbeschriebene Kolbenspeicher 1 zeichnet sich durch ein äußerst geringes Gewicht bei optimaler Festigkeit und vergleichsweise einfacher Herstellbarkeit aus, wobei durch die eingesetzten Endkappen 10, 12 und die sich kontinuierlich auswölbenden Endabschnitte 50 des Zylinderrohrs 2 ein besonders kompakter glattflächiger Aufbau gewährleistet ist.
  • Anhand Figur 4 wird ein weiteres, vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Leichtbau-Kolbenspeichers 1 erläutert. Dabei ist in Figur 4 lediglich der Eckbereich zwischen dem Zylinderrohr 2 und einer Endkappe 10 dargestellt. Auch bei dieser Variante ist das Zylinderrohr 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise kohlefaserverstärkten Kunststoff, hergestellt. Die Endkappe 10 kann ebenfalls aus Kunststoff oder aber auch aus Stahl hergestellt werden. Während beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Endkappen 10, 12 in das Zylinderrohr 2 eingesetzt werden, ist bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die Endkappe 10 an das Zylinderrohr 2 angesetzt, wobei beide Bauelemente im Übergangsbereich den gleichen Innendurchmesser aufweisen und entlang von Ringstirnflächen 69, 70 aneinander liegen. Die mechanische Verbindung der beiden Bauelemente erfolgt über eine Gewindehülse 72, deren Innenumfangswandung 74 in Verlängerung der Zylinder-Innenumfangswandung 30 verläuft. Am Außenumfang der Gewindehülse 72 ist ein Außengewinde 76 vorgesehen, das im Gewindeeingriff mit entsprechenden Innengewindeabschnitten 78, 80 des Zylinderrohrs 2 bzw. der Endkappe 10 steht. Wie in Figur 4 weiter angedeutet, sind zwischen der Gewindehülse 72 und der Endkappe 10 oder - nicht gezeigt - dem Zylinderrohr 2 Dichtelemente 82 zur Abdichtung nach außen vorgesehen. Wie des weiteren Figur 4 entnehmbar ist, verlaufen die Außenumfangswandungen 84, 86 des Zylinderrohrs 2 bzw. der Endkappe 10 ebenfalls bündig zueinander, so dass sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 eine glattflächigere Außenkontur des Kolbenspeichers ergibt. Die Montage dieses Ausführungsbeispiels ist denkbar einfach. So kann beispielsweise die Gewindehülse 72 zunächst in das Zylinderrohr 2 eingeschraubt und - falls erforderlich - mit diesem verklebt werden. Anschließend wird die Endkappe 10 aufgeschraubt, bis die Ringstirnflächen 68, 70 bündig aneinander liegen und die Dichtungsanordnung 82 in ihrer Sollposition angeordnet ist.
  • Offenbart ist ein Kolbenspeicher mit einem aus Kunststoff hergestellten Zylinder, in dem ein Kolben geführt ist, der einen Gasraum von einem Druckmittelraum trennt. Stirnseitig sind Endkappen vorgesehen, die über jeweils ein metallisches Verbindungselement mit dem Zylinderrohr verbunden sind.

Claims (15)

  1. Kolbenspeicher mit einem Zylinderrohr (2), in dem ein Kolben (4) geführt ist, der einen Gasraum (8) von einem Druckmittelraum (6) trennt, wobei das Zylinderrohr (2) stirnseitig von jeweils einer Endkappe (10, 12) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrohr (2) aus Kunststoff besteht und über ein metallisches Verbindungselement (40, 72) mit der jeweiligen Endkappe (10, 12) verbunden ist.
  2. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 1, wobei sich Endabschnitte (50) des Zylinderrohrs (2) über das Verbindungselement (40) hinauserstrecken.
  3. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 2, wobei das Verbindungselement ein Stützring (40) ist, der sich zwischen dem Zylinderrohr-Endabschnitt (50) und der Endkappe (10, 12) erstreckt.
  4. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 3, wobei der Stützring (40) eine an den Innendurchmesser des Zylinderrohrs (2) angepasste Basis (42) sowie eine konvex ausgewölbte Außenfläche (48) aufweist, die vom Zylinderrohr-Endabschnitt (50) formschlüssig umgriffen ist.
  5. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 4, wobei in der Basis (42) eine Ausnehmung (44) zum abschnittsweise Aufnehmen eines Rings (68) ausgebildet ist, wobei an der Endkappe (10) und an einem Spannring (58) komplementäre Ausnehmungen (56, 66) ausgebildet sind, die sich gemeinsam zu einer formschlüssigen Aufnahme für den Ring (68) ergänzen.
  6. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 5, wobei der Ring (68) geteilt ist.
  7. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der Ring (68) aus metallischem Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl, besteht und/oder der Spannring (58) aus Kunststoff hergestellt ist.
  8. Kolbenspeicher nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei der Spannring (58) an der Basis (42) des Stützrings (40) und an einer Stirnfläche (54) der Endkappe (10, 12) anliegt und mit dieser verschraubt ist.
  9. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 1, wobei das Verbindungselement eine Gewindehülse (72), ist, die im Gewindeeingriff mit einem Endabschnitt des Zylinderrohrs (2) und der Endkappe (10, 12) steht.
  10. Kolbenspeicher nach Patentanspruch 9, wobei das Zylinderrohr (2) und die Endkappe (10, 12) entlang Ringstirnflächen (69, 70) aneinander anliegen.
  11. Kolbenspeicher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Verbindungselement (40, 72) aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl, besteht.
  12. Kolbenspeicher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Zylinderrohr (2) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
  13. Kolbenspeicher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Zylinderrohr (2) metallisch beschichtet ist.
  14. Kolbenspeicher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in einer Endkappe (12) ein Druckmittelanschluss (14) und in der anderen Endkappe (10) ein Gasanschluss (16) vorgesehen ist.
  15. Kolbenspeicher nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zum Kolben (4) weisenden Bodenflächen (32) konkav eingewölbt sind.
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