EP2588761B1 - Druckspeicher - Google Patents

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EP2588761B1
EP2588761B1 EP11726353.3A EP11726353A EP2588761B1 EP 2588761 B1 EP2588761 B1 EP 2588761B1 EP 11726353 A EP11726353 A EP 11726353A EP 2588761 B1 EP2588761 B1 EP 2588761B1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure accumulator
compartment
accumulator according
support body
housing
Prior art date
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Active
Application number
EP11726353.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2588761A1 (de
Inventor
Norbert Weber
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.)
Hydac Technology GmbH
Original Assignee
Hydac Technology 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 Hydac Technology GmbH filed Critical Hydac Technology GmbH
Publication of EP2588761A1 publication Critical patent/EP2588761A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2588761B1 publication Critical patent/EP2588761B1/de
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    • 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
    • F15B1/10—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with flexible separating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/10—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with flexible separating means
    • F15B1/12—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with flexible separating means attached at their periphery
    • F15B1/14—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with flexible separating means attached at their periphery by means of a rigid annular supporting member
    • 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
    • F15B2201/20—Accumulator cushioning means
    • F15B2201/205—Accumulator cushioning means using gas
    • 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
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
    • F15B2201/315—Accumulator separating means having flexible separating means
    • F15B2201/3152—Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being bladders
    • 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
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
    • F15B2201/315—Accumulator separating means having flexible separating means
    • F15B2201/3158—Guides for the flexible separating means, e.g. for a collapsed bladder

Definitions

  • the invention relates to a pressure accumulator comprising sub-chambers arranged in a housing, a first sub-space arranged between the housing and a flexible separating membrane, a second sub-space arranged between the separating membrane and a supporting body and a third sub-space encompassed by the supporting body, wherein the first sub-space comprises a first fluid can be filled, wherein the second subspace and the third subspace fluidly connected to each other and can be filled with a second fluid, and wherein the first and the second subspace vary by movements of the separation membrane depending on the respective filling state in their respective size, wherein the first fluid a Storage medium and the second fluid is a working medium, and wherein the second subspace increases upon removal of storage medium from the pressure accumulator and reduced upon filling of the pressure accumulator with storage medium.
  • Such an accumulator is off DE 101 13 415 A1 known.
  • a flexible separating element is arranged in a storage housing, formed by a pipe end piece, and surrounds a support body having fluid passages.
  • the support body has at least sections on a non-circular cross-sectional shape.
  • the partition is anchored to form a seal on the storage housing so that on the outside and Inside the separating element each separate receiving spaces are formed.
  • a centrally located, through bore forms a passage for a storage medium leading to the internal receiving space of the storage.
  • a gas valve is provided for filling the outside gas space.
  • the known pressure accumulator can be used for energy storage, for example in conjunction with vehicle suspensions, or as a pulsation damper. Furthermore, the known solution is particularly suitable for damping pressure peaks in hydraulic or other fluid power systems. For use as an accumulator for storage media in the form of chemically aggressive fluids, such as urea-water solution, the known solution leaves nothing to be desired.
  • a pressure accumulator comprising a container main body with an outer tube of cylindrical shape, at one end of a side plate and at the other end a lid is arranged, at least one inlet opening and an outlet opening, which are formed on the outer tube, and a bladder or A membrane for dividing the interior of the container main body into a gas chamber and a liquid chamber, wherein an opening of the bubble is sealed by the lid.
  • An insert is arranged to project into the bladder for the purpose of reducing the volume of the gas chamber.
  • the insert is formed of a foot part, a middle part and a head part, wherein the head part is kept in contact with the bottom of the membrane, which makes it possible to prevent damage to the membrane by repeated contraction. In the contracted state, the bladder or membrane rests against the insert.
  • a damper known for pulsations in fluid carrying lines.
  • a steel housing of the damper is a arranged movable membrane which separates a compressible gas space from a liquid space.
  • the membrane may be supported on a spherical support member having circumferentially distributed bores.
  • Pressure accumulators of this type are widely used in various sizes and structural designs to receive and deliver varying volumes of subject fluids that are under the operating pressure of a fluid system connected to the fluid side, with the bladder on its gas side under a biasing pressure of the working gas forming a pressure pad ,
  • the reliability of the pressure accumulator depends primarily on the usually made of a plastic material, especially butyl, existing from memory bladder, which is not only exposed to mechanical stresses in operation, but should also be resistant to chemically aggressive storage fluids.
  • aggressive fluids such as urea-water solutions
  • urea injection is increasingly being used in automotive engineering to reduce nitrogen oxide (NOx) emissions by injecting it into the exhaust gas stream from internal combustion engines.
  • NOx nitrogen oxide
  • the invention has the object of providing a pressure accumulator which, in conjunction with aggressive storage media, is distinguished by improved operational reliability and is accordingly particularly suitable for use in urea injection in vehicle technology.
  • the support body has the shape of a longitudinally approximately V-shaped body of revolution rounded at the end facing the first compartment and formed closed and provided with at least one lateral wall opening as a passage point between the second and third compartment.
  • the support body for the separation membrane or storage bubble forms a large-area support, so that the pressure-exceeding virtually crease-free adjacent storage bubble is optimally protected.
  • the first fluid is a storage medium and the second fluid is a working medium, wherein the second subspace increases upon removal of storage medium from the pressure accumulator and decreases upon filling of the pressure accumulator with storage medium.
  • the male amount of working medium is determined.
  • the pressure accumulator is designed as a hydropneumatic bladder accumulator for a gaseous working medium and / or a liquid storage medium.
  • the pressure accumulator for filling a storage medium in the form of a chemically aggressive fluid, such as urea-water solution is formed. This allows a use the pressure accumulator according to the invention in the urea injection, especially in the automotive field.
  • the support body and the separation membrane are shaped and dimensioned such that the support body for a separation limit beyond a definable volume volume of the first subspace, in other words at a maximum value for the recorded storage medium volume size, a support for the separation membrane forms.
  • the housing and the separation membrane are shaped and dimensioned in such a way that the separation membrane rests at least partially against the housing when the first subspace is completely emptied.
  • the separation membrane may be shaped and dimensioned such that it is spaced apart from the support body and spaced from the housing upon complete emptying of the first subspace.
  • the support body or the housing thus form an effective protection for the separation membrane against overstressing at pressure exceedances in the first and second subspace by the separation membrane or the reservoir bubble may abut the support body or on the housing and is thereby protected in pressure exceeding a crushing ,
  • the reduced mechanical stress leads to an increase in the safe life of the separation membrane, even when exposed to chemically aggressive media, such as a urea-water solution.
  • the housing has a head part which adjoins the second and / or third subspace and forms the closure of the housing.
  • the housing is suitably cup-shaped, wherein the first subspace is arranged on the bottom side.
  • a connection device for the second fluid can be provided in the head part.
  • a holding body is provided on the head part, on which the opening edge of the separating membrane is anchored.
  • the holding body preferably forms a holding part, on which the supporting body is arranged. This results in a particularly compact design of the pressure accumulator.
  • the holding body has the shape of a bell whose bell casing surrounds a fourth subspace adjoining the third subspace.
  • the arrangement may advantageously be made so that the head part has a screwed to the housing cover part with inner wall parts in the form of a concentric to the axis of the housing spherical cap, and that within the cover part of the holding body is arranged such that between the Outer wall in the form of spherical surface parts and the inner wall parts of the lid part, a gap for receiving an adjacent to the opening edge edge region of the separation membrane is formed.
  • a particularly secure anchoring of the separating membrane can be achieved if the holding body has, in an axially offset from its holding part in the direction of the connection means a machined into the outer wall annular groove in the anchoring of the separation membrane engages a peripheral edge surrounding the edge bead.
  • connection device has a screw socket which engages through an opening concentric to the central axis of the cover part and which pulls the holding body against the inner wall of the cover part by screwing with the cover part and clamps the located in the gap edge region of the separation membrane.
  • the arrangement may be made such that the holding body forms a circular cylinder in the region of the holding part, on the edge region of which latching elements are formed which form a snap-in connection with counter-elements on the supporting body.
  • This type of anchoring of the support body is particularly easy to install and allows low production costs.
  • the locking elements can be offset from the end edge of the outer wall of the holding part and formed by depressions of the outer wall of the holding part, in which a bead-like, radially inwardly projecting projection on the inside of the support body can be snapped.
  • the latching elements on the inner wall of the holding member may be formed by a recess axially remote from its end edge and a radially inwardly projecting, adjoining the end edge projection which can be latched with counter-elements of distributed over the circumference of the opening of the support body latching fingers.
  • the assembly is particularly simple and convenient.
  • individual locking fingers may be provided at the end edge of the support body.
  • the support body is preferably formed from a plastic material.
  • this glass fiber-reinforced polyarylamide IXEF ® a material, which is distinguished over conventional glass fiber reinforced plastics by a smooth, closed outer skin can be provided. Because of these properties, the holding body and / or the connection device can be formed from this material in an advantageous manner.
  • a memory housing is denoted by 2, which has the shape of a large cylindrical pot on the closed bottom 4, a flow opening 6 is located on the whole.
  • the aligned on the central longitudinal axis 10 opening 6 allows the supply and removal of a first fluid, such as a urea-water solution, to or from the first compartment 8, which is located in the housing 2 adjacent to the bottom 4.
  • a first fluid such as a urea-water solution
  • the head part 12 has an outer cover part 14 on which the screw connection with the housing 2 is formed and which may consist of a metallic material, for example of aluminum, as may also be the case with the housing 2. Alternatively, the cover part 14 may also be formed from a structurally stable plastic material.
  • the cover part 14 has a central, concentric with the axis 10 opening 16. At a small distance from the opening 16, the cover part 14 inner wall parts in the form of a concentric to the axis 10 spherical cap 18.
  • the head part 12 has a holding body 20, with an integrally located thereon, the connecting means for the second fluid forming screw 22, which passes through the opening 16 of the cover member 14 and by means of which, in cooperation with a nut 24 of the holding body 20 within the lid part 14 is fixed.
  • a central fluid channel 26 extends to fill a third subspace 28 with the working medium under bias pressure as the second fluid.
  • a located within the channel 26 valve insert is not shown in the drawing.
  • the holding body 20 has the shape of a bell whose shell surrounds a fourth subspace 30 which adjoins the third subspace 28.
  • the bell shell forms on its outer wall spherical surface parts 34 which define a clamping gap 36 for the anchoring region 38 located in the gap 36 of a separation membrane 40 between itself and the cap 18 of the cover part.
  • the bladder formed from a plastic suitable for such pressure accumulators, such as butyl, forms the flexible separating membrane 40 between the first subspace 28 and the second subspace 54.
  • the holding body 20 has an annular groove 42 between the end of the outer spherical surface part 34 and the screw neck 22, into which for particularly secure anchoring the separating membrane 40 engages an edge bead 44 surrounding its opening edge.
  • the holder body 20 forms with which located within the plane formed by the separating membrane 40 bubble cap, a holding portion 46 for anchorage of a projecting into the interior of the bladder support body 48.
  • This is formed of a sufficiently structurally rigid plastic material, with glass fiber-reinforced polyarylamide IXEF ® to be particularly well has proved suitable.
  • the support body 48 has the shape of a body of revolution with spherical rounded, located at a distance from the bottom 4 of the housing 2 located lower end and surrounds adjacent to the fourth subspace 30 third subspace 28.
  • the other, upper end 50 of the support body 48 fixed to the holding part 46 by means of a snap connection.
  • the support body 48 is approximately V-shaped in longitudinal section and has lateral wall openings 52 for the passage of the working fluid to the second compartment 54, which adjoins the third compartment 28.
  • FIGS. 2 and 3 The details of the snap connection are the most obvious FIGS. 2 and 3 removable.
  • recesses 56 and 60 are formed at a small distance from the end edge 56 of the holding member, in which the end portion of the support body 48 is receivable, wherein a radially inwardly projecting projection 62 of the support body 48 can be snapped into the recess 60.
  • the holding body 20 is formed in the present example, as well as the support body 48 and located in the channel 26 of the nozzle 22 valve made of glass fiber reinforced polyarylamide IXEF ® , so that the holding body 20 is formed therewith a support body 48 is a completely made of plastic unit.
  • the first subspace 8 of the pressure accumulator by means of a pump with the urea-water solution filled until an upper value of the system pressure is reached and the pump shuts off.
  • the accumulator pressure forces the metered injection storage medium into the system.
  • the pump switches on again. If it should come to unwanted pressure excesses and a certain limit of the volume increase of the first subspace 8 is exceeded, the separation membrane 40 applies to the support body 48 and is thereby protected against overloading and damage.
  • the Fig. 4 shows a variant of the design of the snap connection, wherein the locking elements are now arranged on the inner wall of the holding member 46 of the holding body 20. As Fig. 4 shows, it is a recess 64 axially remote from the end edge 56 and a radially inwardly projecting, adjoining the end edge 56 projection 66.
  • the counter-elements on the part of the support body 48 are formed by retaining fingers 68 which extend beyond the circumference of the opening Support body 48 are arranged distributed. When formed by individual locking fingers 68 counter elements, the preparation of the locking designed particularly simple and convenient.
  • the counter-elements of the support body 48 may also be formed of individual, circumferentially distributed locking fingers.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher umfassend in einem Gehäuse angeordnete Teilräume, einen zwischen dem Gehäuse und einer flexiblen Trennmembran angeordneten ersten Teilraum, einen zwischen der Trennmembran und einem Stützkörper angeordneten zweiten Teilraum und einen vom Stützkörper umfassten dritten Teilraum, wobei der erste Teilraum mit einem ersten Fluid befüllbar ist, wobei der zweite Teilraum und der dritte Teilraum fluidführend miteinander verbunden und mit einem zweiten Fluid befüllbar sind, und wobei der erste und der zweite Teilraum durch Bewegungen der Trennmembran in Abhängigkeit vom jeweiligen Befüllungszustand in ihrer jeweiligen Größe variieren, wobei das erste Fluid ein Speichermedium und das zweite Fluid ein Arbeitsmedium ist, und wobei sich der zweite Teilraum bei Entnahme von Speichermedium aus dem Druckspeicher vergrößert und bei Befüllung des Druckspeichers mit Speichermedium verkleinert.
  • Ein derartiger Druckspeicher ist aus DE 101 13 415 A1 bekannt. Bei dem bekannten Druckspeicher in Form eines hydropneumatischen Druckspeichers ist ein flexibles Trennelement in einem Speichergehäuse, gebildet durch ein Rohrendstück, angeordnet und umgibt einen Fluiddurchlässe aufweisenden Stützkörper. Der Stützkörper weist zumindest abschnittsweise eine unrunde Querschnittsform auf. Das Trennelement ist unter Bildung einer Abdichtung am Speichergehäuse so verankert, dass an Außen- und Innenseite des Trennelements jeweils voneinander getrennte Aufnahmeräume gebildet werden. Eine zentral gelegene, durchgehende Bohrung bildet einen zum inneren Aufnahmeraum des Speichers führenden Durchlass für ein Speichermedium. Zum Befüllen des außenseitigen Gasraumes ist ein Gasventil vorgesehen. Der bekannte Druckspeicher kann zur Energiespeicherung, beispielsweise in Verbindung mit Fahrzeugfederungen, oder auch als Pulsationsdämpfer eingesetzt werden. Des Weiteren eignet sich die bekannte Lösung besonders für die Dämpfung von Druckspitzen in hydraulischen oder sonstigen fluidtechnischen Systemen. Für eine Verwendung als Druckspeicher für Speichermedien in Form chemisch aggressiver Fluide, wie Harnstoff-Wasser-Lösung, lässt die bekannte Lösung noch Wünsche offen.
  • Ein weiterer Druckspeicher ist aus DE 38 10 509 C2 bekannt. Bekannt ist ein Druckspeicher, umfassend einen Behälterhauptkörper mit einem äußeren Rohr zylindrischer Gestalt, an dessen einem Ende eine Seitenplatte und an dessen anderem Ende ein Deckel angeordnet ist, wenigstens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, welche am äußeren Rohr gebildet sind, und eine Blase bzw. Membran zum Unterteilen des Inneren des Behälterhauptkörpers in eine Gaskammer und eine Flüssigkeitskammer, wobei eine Öffnung der Blase durch den Deckel dicht verschlossen ist. Ein Einsatz ist derart angeordnet, dass er in die Blase für den Zweck vorragt, dass das Volumen der Gaskammer verringert wird. Der Einsatz ist aus einem Fußteil, einem mittleren Teil und einem Kopfteil gebildet, wobei das Kopfteil mit dem Boden der Membran in Berührung gehalten ist, was es ermöglicht, eine Beschädigung der Membran durch wiederholtes Zusammenziehen zu verhindern. Im zusammengezogenen Zustand liegt die Blase bzw. Membran am Einsatz an.
  • Aus der GB 877 800 ist ein Dämpfer für Pulsationen in Flüssigkeiten führenden Leitungen bekannt. In einem Stahlgehäuse des Dämpfers ist eine bewegliche Membran angeordnet, die einen kompressiblen Gasraum von einem Flüssigkeitsraum trennt. Die Membran kann sich an einem kugelförmigen Stützglied abstützen, das über den Umfang verteilte Bohrungen aufweist.
  • Druckspeicher dieser Art finden in unterschiedlichen Baugrößen und baulichen Gestaltungen verbreitet Anwendung, um veränderliche Volumina betreffender Fluide, die unter dem Betriebsdruck eines an der Fluidseite angeschlossenen Fluidsystemes stehen, aufzunehmen und abzugeben, wobei die auf ihrer Gasseite unter einem Vorspanndruck des Arbeitsgases stehende Blase ein Druckpolster bildet. Die Betriebssicherheit der Druckspeicher hängt in erster Linie von der üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere Butyl, bestehenden Speicherblase ab, die im Betrieb nicht nur mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, sondern gegebenenfalls auch gegen chemisch aggressive Speicherfluide widerstandsfähig sein soll. Wie sich gezeigt hat, ist es in Verbindung mit aggressiven Fluiden, wie Harnstoff-Wasser-Lösungen, bislang nicht möglich, eine störungsfreie Lebensdauer ausreichender Länge bei Dauerbetrieb, beispielsweise über 20.000 Stunden, zu gewährleisten.
  • Die sogenannte "Harnstoffeinspritzung" kommt in zunehmendem Maße in der Fahrzeugtechnik zur Anwendung, um durch Einspritzen in den Abgasstrom von Verbrennungsmotoren die Stickoxyd (NOx)-Emissionen zu verringern. Bei derartiger Anwendung ist es besonders wesentlich, dass eine lange Betriebslebensdauer im Dauerbetrieb störungsfrei erreichbar ist.
  • Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Druckspeicher zur Verfügung zu stellen, der sich in Verbindung mit aggressiven Speichermedien durch eine verbesserte Betriebssicherheit auszeichnet und sich demgemäß insbesondere für einen Einsatz bei der Harnstoffeinspritzung in der Fahrzeugtechnik eignet.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Druckspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stützkörper die Form eines im Längsschnitt etwa V-förmigen Rotationskörpers hat, der an dem dem ersten Teilraum zugewandten Ende gerundet und geschlossen ausgebildet sowie mit mindestens einem seitlichen Wanddurchbruch als Durchtrittsstelle zwischen zweitem und drittem Teilraum versehen ist. Bei dieser Gestaltung bildet der Stützkörper für die Trennmembran bzw. Speicherblase eine großflächige Abstützung, so dass die bei Drucküberschreitung praktisch faltenfrei anliegende Speicherblase optimal geschützt ist.
  • Das erste Fluid ist ein Speichermedium und das zweite Fluid ist ein Arbeitsmedium, wobei sich der zweite Teilraum bei Entnahme von Speichermedium aus dem Druckspeicher vergrößert und bei Befüllung des Druckspeichers mit Speichermedium verkleinert. Durch die Volumina des zweiten und des dritten Teilraums wird die aufzunehmende Menge an Arbeitsmedium festgelegt. Bei einer Befüllung des ersten Teilraums mit Speichermedium wird die flexible Trennmembran dahingehend bewegt, dass der sich außerhalb des Stützkörpers an den dritten Teilraum anschließende zweite Teilraum verkleinert wird. Entsprechend wird bei einer Entnahme bzw. abnehmender Befüllung des ersten Teilraums mit Speichermedium der zweite Teilraum vergrößert.
  • Vorteilhafterweise ist der Druckspeicher als hydropneumatischer Blasenspeicher für ein gasförmiges Arbeitsmedium und/oder ein flüssiges Speichermedium ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Druckspeicher zur Befüllung eines Speichermediums in Form eines chemisch aggressiven Fluids, wie Harnstoff-Wasser-Lösung, ausgebildet. Dies ermöglicht einen Einsatz des erfindungsgemäßen Druckspeichers bei der Harnstoffeinspritzung insbesondere im Kraftfahrzeugbereich.
  • Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckspeichers sind der Stützkörper und die Trennmembran derart geformt und dimensioniert, dass der Stützkörper bei einer einen festlegbaren Grenzwert übersteigenden Volumengröße des ersten Teilraums, anders ausgedrückt bei einer einen Maximalwert für das aufzunehmende Speichermedium übersteigenden Volumengröße, für die Trennmembran eine Abstützung bildet.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse und die Trennmembran derart geformt und dimensioniert sind, dass die Trennmembran bei einer vollständigen Entleerung des ersten Teilraums zumindest teilweise am Gehäuse anliegt. Alternativ kann die Trennmembran derart geformt und dimensioniert sein, dass sie bei einer vollständigen Entleerung des ersten Teilraums beabstandet vom Stützkörper und beabstandet vom Gehäuse angeordnet ist.
  • Der Stützkörper bzw. das Gehäuse bilden so einen wirksamen Schutz für die Trennmembran gegen eine Überbeanspruchung bei Drucküberschreitungen im ersten bzw. zweiten Teilraum, indem die Trennmembran bzw. die Speicherblase am Stützkörper bzw. am Gehäuse anliegen kann und dadurch bei Drucküberschreitung gegen ein Zerdrücken geschützt ist. Die verringerte mechanische Belastung führt zu einer Verlängerung der sicheren Standzeit der Trennmembran, selbst wenn sie chemisch aggressiven Medien, wie einer Harnstoff-Wasser-Lösung, ausgesetzt ist.
  • Typischerweise weist das Gehäuse ein an den zweiten und/oder dritten Teilraum angrenzendes, den Verschluss des Gehäuses bildendes Kopfteil auf. Das Gehäuse ist zweckmäßigerweise topfförmig ausgebildet, wobei der erste Teilraum bodenseitig angeordnet ist. Im Kopfteil kann eine Anschlusseinrichtung für das zweite Fluid vorgesehen sein.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn am Kopfteil ein Haltekörper vorgesehen ist, an dem der Öffnungsrand der Trennmembran verankert ist. Der Haltekörper bildet bevorzugterweise ein Halteteil, an welchem der Stützkörper angeordnet ist. Hieraus ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise des Druckspeichers.
  • Bei einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckspeichers weist der Haltekörper die Gestalt einer Glocke auf, deren Glockenmantel einen an den dritten Teilraum angrenzenden vierten Teilraum umgibt. Auf diese Weise wird die Aufnahmekapazität des Druckspeichers für das zweite Fluid bzw. das typischerweise gasförmige Arbeitsmedium vergrößert und zugleich der Materialbedarf zur Ausbildung des Druckspeichers verringert.
  • Hinsichtlich der Gestaltung des Kopfteiles kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass das Kopfteil ein mit dem Gehäuse verschraubbares Deckelteil mit Innenwandteilen in Form einer zur Achse des Gehäuses konzentrischen Kugelkalotte aufweist, und dass innerhalb des Deckelteiles der Haltekörper derart angeordnet ist, dass zwischen dessen Außenwand in Form von Kugelflächenteilen und den Innenwandteilen des Deckelteiles ein Spalt für die Aufnahme eines an den Öffnungsrand angrenzenden Randbereiches der Trennmembran gebildet ist.
  • Eine besonders sichere Verankerung der Trennmembran lässt sich erreichen, wenn der Haltekörper in einem von seinem Halteteil in Richtung auf die Anschlusseinrichtung axial versetzten Bereich eine in die Außenwand eingearbeitete Ringnut aufweist, in die für die Verankerung der Trennmembran ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst eingreift.
  • Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Anschlusseinrichtung einen Schraubstutzen auf, der eine zur zentralen Achse konzentrische Öffnung des Deckelteiles durchgreift und der durch Verschrauben mit dem Deckelteil den Haltekörper gegen die Innenwand des Deckelteiles zieht und den im Spalt befindlichen Randbereich der Trennmembran klemmt.
  • Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Haltekörper im Bereich des Halteteiles einen Kreiszylinder bildet, an dessen Randbereich Rastelemente ausgebildet sind, die mit Gegenelementen am Stützkörper eine diesen verankernde Schnappverbindung bilden. Diese Art der Verankerung des Stützkörpers ist besonders montagefreundlich und ermöglicht niedrige Herstellungskosten.
  • Die Rastelemente können an der Außenwand des Halteteiles von dessen Endrand versetzt und durch Vertiefungen der Außenwand des Halteteiles gebildet sein, in die ein wulstartiger, radial nach innen ragender Vorsprung an der Innenseite des Stützkörpers einschnappbar ist.
  • Alternativ können die Rastelemente an der Innenwand des Halteteiles durch eine von deren Endrand axial entfernte Vertiefung und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand anschließenden Vorsprung gebildet sein, die mit Gegenelementen von über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers verteilten Rastfingern verrastbar sind. Bei einem derart gebildeten Kranz aus einzelnen Rastfingern gestaltet sich die Montage besonders einfach und bequem. Entsprechendes gilt für Ausführungsbeispiele, bei denen die Verrastung an der Außenseite des Halteteiles erfolgt. Auch in diesem Falle können am Endrand des Stützkörpers einzelne Rastfinger vorgesehen sein.
  • Der Stützkörper ist vorzugsweise aus einem Kunststoffwerkstoff gebildet. Mit besonderem Vorteil kann hierbei glasfaserverstärktes Polyarylamid IXEF® vorgesehen sein, ein Werkstoff, der sich gegenüber üblichen glasfaserverstärkten Kunststoffen durch eine glatte, geschlossene Außenhaut auszeichnet. Aufgrund dieser Eigenschaften können in vorteilhafter Weise auch der Haltekörper und/oder die Anschlusseinrichtung aus diesem Werkstoff gebildet sein.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen gegenüber einer praktischen Ausführungsform lediglich geringfügig vergrößert dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Druckspeichers;
    Fig. 2
    einen Längsschnitt lediglich eines Haltekörpers mit daran festgelegtem Stützkörper für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1;
    Fig. 3
    einen gegenüber Fig. 2 stark vergrößerten Ausschnitt des in Fig. 2 mit III bezeichneten Bezirks und
    Fig. 4
    einen der Fig. 2 ähnlichen Längsschnitt, in dem ein abgewandeltes Beispiel der Verrastung des Stützkörpers am Haltekörper dargestellt ist.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand des Beispieles der Benutzung des Druckspeichers für ein System der Harnstoffeinspritzung erläutert. In Fig. 1, die das Ausführungsbeispiel des Druckspeichers in Gänze zeigt, ist ein Speichergehäuse mit 2 bezeichnet, das im großen Ganzen die Form eines kreiszylindrischen Topfes besitzt, an dessen geschlossenem Boden 4 sich eine Durchflussöffnung 6 befindet. Die auf die zentrale Längsachse 10 ausgerichtete Öffnung 6 ermöglicht die Zufuhr und Abfuhr eines ersten Fluids, wie einer Harnstoff-Wasser-Lösung, zu dem bzw. aus dem ersten Teilraum 8, der sich im Gehäuse 2 angrenzend an dem Boden 4 befindet. Ein mit dem Speichergehäuse 2 verschraubbares Kopfteil 12 bildet den fluiddichten Verschluss des oberen, offenen Endes des Gehäuses 2.
  • Das Kopfteil 12 weist ein äußeres Deckelteil 14 auf, an dem die Verschraubung mit dem Gehäuse 2 ausgebildet ist und das aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium bestehen kann, wie dies auch bei dem Gehäuse 2 der Fall sein kann. Alternativ kann das Deckelteil 14 auch aus einem strukturfesten Kunststoffmaterial gebildet sein. Das Deckelteil 14 weist eine zentrale, zur Achse 10 konzentrische Öffnung 16 auf. In geringem Abstand von der Öffnung 16 weist das Deckelteil 14 Innenwandteile in Form einer zur Achse 10 konzentrischen Kugelkalotte 18 auf. Innerhalb des Deckelteiles 14 weist das Kopfteil 12 einen Haltekörper 20 auf, mit einem daran einstückig befindlichen, die Anschlusseinrichtung für das zweite Fluid bildenden Schraubstutzen 22, der die Öffnung 16 des Deckelteiles 14 durchgreift und mittels dem in Zusammenwirkung mit einer Mutter 24 der Haltekörper 20 innerhalb des Deckelteiles 14 festgelegt ist. Durch den Schraubstutzen 22 erstreckt sich ein zentraler Fluidkanal 26, um einen dritten Teilraum 28 mit dem unter Vorspanndruck stehenden Arbeitsmedium als zweites Fluid zu befüllen. Ein innerhalb des Kanales 26 befindlicher Ventil-einsatz ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
  • Der Haltekörper 20 hat die Gestalt einer Glocke, deren Mantel einen vierten Teilraum 30 umgibt, der an den dritten Teilraums 28 angrenzt. Der Glockenmantel bildet an seiner Außenwand Kugelflächenteile 34, die zwischen sich und der Kalotte 18 des Deckelteiles 14 einen Klemmspalt 36 für den im Spalt 36 befindlichen Verankerungsbereich 38 einer Trennmembran 40 definieren. Die aus einem für derartige Druckspeicher geeigneten Kunststoff, wie Butyl, gebildete Blase bildet die flexible Trennmembran 40 zwischen erstem Teilraum 28 und zweitem Teilraum 54. Der Haltekörper 20 weist zwischen dem Ende des äußeren Kugelflächenteiles 34 und dem Schraubstutzen 22 eine Ringnut 42 auf, in die zur besonders sicheren Verankerung der Trennmembran 40 ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst 44 eingreift.
  • Der Haltekörper 20 bildet mit der sich innerhalb der durch die Trennmembran 40 gebildeten Blase befindlichen Glocke ein Halteteil 46 für die Verankerung eines ins Innere der Blase ragenden Stützkörpers 48. Dieser ist aus einem ausreichend strukturfesten Kunststoffmaterial gebildet, wobei sich glasfaserverstärktes Polyarylamid IXEF® als besonders gut geeignet erwiesen hat. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat der Stützkörper 48 die Form eines Rotationskörpers mit kugelig gerundetem, geschlossenem, im Abstand vom Boden 4 des Gehäuses 2 befindlichem unteren Ende und umgibt einen an den vierten Teilraum 30 angrenzenden dritten Teilraum 28. Das andere, obere Ende 50 des Stützkörpers 48 ist am Halteteil 46 mittels einer Schnappverbindung festgelegt. Wie Fig. 1 außerdem zeigt, ist der Stützkörper 48 im Längsschnitt etwa V-förmig und weist seitliche Wanddurchbrüche 52 für den Durchtritt des Arbeitsfluids zum zweiten Teilraum 54 auf, der an den dritten Teilraum 28 angrenzt.
  • Die Einzelheiten der Schnappverbindung sind am deutlichsten den Figuren 2 und 3 entnehmbar. Wie ersichtlich sind in geringem Abstand vom Endrand 56 des Halteteiles 46 Vertiefungen 56 und 60 gebildet, in denen der Endbereich des Stützkörpers 48 aufnehmbar ist, wobei ein radial nach innen ragender Vorsprung 62 des Stützkörpers 48 in die Vertiefung 60 einschnappbar ist. Der Haltekörper 20 ist beim vorliegenden Beispiel, ebenso wie der Stützkörper 48 und das im Kanal 26 des Stutzens 22 befindliche Ventil aus glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF® gebildet, so dass der Haltekörper 20 mit daran festgelegtem Stützkörper 48 eine vollständig aus Kunststoff bestehende Einheit bildet.
  • Im Betrieb wird bei einer Benutzung für die Harnstoffeinspritzung der erste Teilraum 8 des Druckspeichers mittels einer Pumpe mit der Harnstoff-Wasser-Lösung befüllt, bis ein oberer Wert des Systemdruckes erreicht ist und die Pumpe abschaltet. Durch den Speicherdruck wird das Speichermedium für die dosierte Einspritzung in das System gedrückt. Bei Erreichen eines unteren Druckwertes schaltet die Pumpe wieder ein. Wenn es zu ungewollten Drucküberschreitungen kommen sollte und ein bestimmter Grenzwert der Volumenzunahme des ersten Teilraums 8 überschritten ist, legt sich die Trennmembran 40 an den Stützkörper 48 an und wird dadurch gegen Überlastung und Beschädigung geschützt.
  • Die Fig. 4 zeigt eine Variante der Gestaltung der Schnappverbindung, wobei die Rastelemente nunmehr an der Innenwand des Halteteiles 46 des Haltekörpers 20 angeordnet sind. Wie Fig. 4 zeigt, handelt es sich dabei um eine vom Endrand 56 axial entfernte Vertiefung 64 und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand 56 anschließenden Vorsprung 66. Die Gegenelemente seitens des Stützkörpers 48 sind durch Haltefinger 68 gebildet, die über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers 48 verteilt angeordnet sind. Bei durch einzelne Rastfinger 68 gebildeten Gegenelementen gestaltet sich die Herstellung der Verrastung besonders einfach und bequem.
  • Auch bei der in Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsform der Verrastung an der Außenseite des Halteteiles 46 des Haltekörpers 20 könnten die Gegenelemente des Stützkörpers 48 auch aus einzelnen, umfänglich verteilten Rastfingern gebildet sein.

Claims (19)

  1. Druckspeicher umfassend in einem Gehäuse (2) angeordnete Teilräume (8, 54, 28),
    - einen zwischen dem Gehäuse (2) und einer flexiblen Trennmembran (40) angeordneten ersten Teilraum (8),
    - einen zwischen der Trennmembran (40) und einem Stützkörper (48) angeordneten zweiten Teilraum (54), und
    - einen vom Stützkörper (48) umfassten dritten Teilraum (28),
    - wobei der erste Teilraum (8) mit einem ersten Fluid befüllbar ist,
    - wobei der zweite Teilraum (54) und der dritte Teilraum (28) fluidführend miteinander verbunden und mit einem zweiten Fluid befüllbar sind,
    - wobei der erste und der zweite Teilraum (8, 54) durch Bewegungen der Trennmembran (40) in Abhängigkeit vom jeweiligen Befüllungszustand in ihrer jeweiligen Größe variieren,
    - wobei das erste Fluid ein Speichermedium und das zweite Fluid ein Arbeitsmedium ist, und
    - wobei sich der zweite Teilraum (54) bei Entnahme von Speichermedium aus dem Druckspeicher vergrößert und bei Befüllung des Druckspeichers mit Speichermedium verkleinert,
    - dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper die Form eines im Längsschnitt etwa V-förmigen Rotationskörpers hat, der an dem dem ersten Teilraum (8) zugewandten Ende gerundet und geschlossen ausgebildet sowie mit mindestens einem seitlichen Wanddurchbruch (52) als Durchtrittsstelle zwischen zweitem und drittem Teilraum (54; 28) versehen ist.
  2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher als hydropneumatischer Blasenspeicher für ein gasförmiges Arbeitsmedium und/oder ein flüssiges Speichermedium ausgebildet ist.
  3. Druckspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher zur Befüllung eines Speichermediums in Form eines chemisch aggressiven Fluids, wie Harnstoff-Wasser-Lösung, ausgebildet ist.
  4. Druckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (48) und die Trennmembran (40) derart geformt und dimensioniert sind, dass der Stützkörper (48) bei einer einen festlegbaren Grenzwert übersteigenden Volumengröße des ersten Teilraums (8) für die Trennmembran (40) eine Abstützung bildet.
  5. Druckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und die Trennmembran (40) derart geformt und dimensioniert sind, dass die Trennmembran (40) bei einer vollständigen Entleerung des ersten Teilraums (8) zumindest teilweise am Gehäuse (2) anliegt.
  6. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmembran (40) derart geformt und dimensioniert ist, dass sie bei einer vollständigen Entleerung des ersten Teilraums (8) beabstandet vom Stützkörper (48) und beabstandet vom Gehäuse (2) angeordnet ist.
  7. Druckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein an den zweiten und/oder dritten Teilraum (54, 28) angrenzendes, den Verschluss des Gehäuses (2) bildendes Kopfteil (12) aufweist.
  8. Druckspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfteil (12) eine Anschlusseinrichtung (22) für das zweite Fluid vorgesehen ist.
  9. Druckspeicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopfteil (12) ein Haltekörper (20) vorgesehen ist, an dem der Öffnungsrand der Trennmembran (40) verankert ist.
  10. Druckspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) ein Halteteil (46) bildet, an welchem der Stützkörper (48) angeordnet ist.
  11. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) die Gestalt einer Glocke aufweist, deren Glockenmantel einen an den dritten Teilraum (28) angrenzenden vierten Teilraum (30) umgibt.
  12. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (12) ein mit dem Gehäuse (2) verschraubbares Deckelteil (14) mit Innenwandteilen in Form einer zur Achse (10) des Gehäuses (2) konzentrischen Kugelkalotte (18) aufweist, und dass innerhalb des Deckelteiles (14) der Haltekörper (20) derart angeordnet ist, dass zwischen dessen Außenwand in Form von Kugelflächenteilen (34) und den Innenwandteilen des Deckelteiles (14) ein Spalt (36) für die Aufnahme eines an den Öffnungsrand angrenzenden Randbereiches (38) der Trennmembran (40) gebildet ist.
  13. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) in einem von seinem Halteteil (46) in Richtung auf die Anschlusseinrichtung (22) axial versetzten Bereich eine in die Außenwand eingearbeitete Ringnut (42) aufweist, in die für die Verankerung der Trennmembran (40) ein deren Öffnungsrand umgebender Randwulst (44) eingreift.
  14. Druckspeicher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung einen Schraubstutzen (22) aufweist, der eine zur zentralen Achse (10) konzentrische Öffnung (16) des Deckelteiles (14) durchgreift und der durch Verschrauben mit dem Deckelteil (14) den Haltekörper (20) gegen die Innenwand des Deckelteiles (14) zieht und den im Spalt (36) befindlichen Randbereich (38) der Trennmembran (40) klemmt.
  15. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) im Bereich des Halteteiles (46) einen Kreiszylinder bildet, an dessen Randbereich Rastelemente (58, 60) ausgebildet sind, die mit Gegenelementen (62) am Stützkörper (48) eine diesen verankernde Schnappverbindung bilden.
  16. Druckspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente an der Außenwand des Halteteiles (46) von dessen Endrand (56) versetzt und durch Vertiefungen (58, 60) der Außenwand des Halteteiles (46) gebildet sind, in die ein wulstartiger, radial nach innen ragender Vorsprung (62) an der Innenseite des Stützkörpers (48) einschnappbar ist.
  17. Druckspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente an der Innenwand des Halteteiles (46) durch eine von dessen Endrand (56) axial entfernte Vertiefung (64) und einen radial nach innen ragenden, sich an den Endrand (56) anschließenden Vorsprung (66) gebildet sind, die mit Gegenelementen in Form von über den Umfang der Öffnung des Stützkörpers (48) verteilten Rastfingern (68) verrastbar sind.
  18. Druckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (48) aus Kunststoff gebildet ist, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF®.
  19. Druckspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) und/oder die Anschlusseinrichtung (22) aus Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Polyarylamid IXEF®, gebildet ist.
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