EP2769102B1 - Hydrospeicher in form eines balgspeichers - Google Patents

Hydrospeicher in form eines balgspeichers Download PDF

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EP2769102B1
EP2769102B1 EP12783519.7A EP12783519A EP2769102B1 EP 2769102 B1 EP2769102 B1 EP 2769102B1 EP 12783519 A EP12783519 A EP 12783519A EP 2769102 B1 EP2769102 B1 EP 2769102B1
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EP
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bellows
housing
accumulator
hydraulic accumulator
movable
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Peter Kloft
Herbert Baltes
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Hydac Technology GmbH
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Hydac Technology GmbH
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    • 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
    • F15B1/103—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with flexible separating means the separating means being bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • F15B2201/00—Accumulators
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    • 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
    • F15B2201/4056—Housings characterised by the attachment of housing components

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic accumulator in the form of a bellows accumulator having the features in the preamble of claim 1.
  • Hydraulic accumulator with serving as a movable separator bellows are known and find application in various technical fields, for example in hydraulic brake systems for vehicles and various industrial hydraulic systems.
  • the DE 10 2008 061 221 A1 shows, for example, a bellows, in which a metal bellows is provided as a movable separating element between the gas side and the fluid side.
  • the DE 29 10 554 A1 describes a pressure vessel with a housing lower part and a housing upper part, wherein the two parts are made of a rigid material and are welded together.
  • a partition wall in the form of a metal bellows is formed at the upper housing part. Its edge is clamped in a parting line between the upper and lower part of the housing and welded to these parts.
  • the partition wall separates a space with gas under high pressure and a space with liquid, wherein the gas is introduced via a closable with a screw hole in the pressure vessel.
  • the US 5,133,387 A describes a damping device for damping pressure pulsations in fluid streams, wherein the damping device is formed of two identical parts in the manner of cylinders each having a bottom. The identical parts are bolted together under sealing intermediate layer of an edge of a metal bellows.
  • the metal bellows separates a chamber of pressurized working gas from a liquid chamber connected to a fluid line, thereby damping pressure pulsations in the fluid line.
  • the metal bellows is helically formed, wherein the surfaces of the bellows are coated with a surface resistant to chemical influences of the fluid from a fluorohydrocarbon (polyvinylidene fluoride).
  • Bellows storage are characterized by several advantageous properties.
  • relatively large volume changes of the working chambers located in the storage housing can be realized.
  • metal bellows against the alternating loads, as they occur during operation, especially when used as a pulsation damper relatively robust and have good sealing properties by low diffusion losses.
  • these properties are counteracted by the fact that the production of the bellows reservoir is relatively expensive.
  • the invention has the object of providing a hydraulic accumulator which is characterized by comparatively low production costs.
  • an essential feature of the invention is that at the welding line between the housing main body and adjacent housing end part or head part a kinked exhibiting slot is formed, in which a corresponding kink having edge of the bellows is receivable and weldable therein.
  • the bellows is directly connected to the storage housing at a fixing point. While in known, comparable solutions, such as the mentioned DE 10 2008 061 221 A1 , The anchoring of the bellows takes place on a separate from the actual storage enclosure insert body, the direct connection with the storage enclosure to a much simplified design with a corresponding reduction in manufacturing costs.
  • the arrangement may be made such that the bellows is open at its immovable end to the fluid side or to the gas side and closed at its movable end.
  • a bellows closed at the movable end instead of a bellows with attached to the movable Balgende closure element, such as a conventional end plate, not only leads to a further simplification, but also allows a better response of the bellows by reduced inertia in the absence of an end plate.
  • the bellows is connected to the storage enclosure via a weld.
  • the arrangement may in this case be such that the bellows is connected to the storage housing along a weld line, are connected to the parts of the storage enclosure with each other.
  • a weld line is provided both for the anchoring of the bellows and for the connection of housing parts, results in a further simplification and cheapening of the production.
  • the arrangement may be made such that a housing main part and a housing end part are connected to one another at the weld line.
  • such a housing end part may have a limiter body projecting into the interior of the bellows, which forms a stop for limiting the stroke for the closed end of the bellows.
  • a hydraulic accumulator is realized, which, apart from the bellows only consists of two components, ensures high reliability by forming a stroke limiter, which prevents a compression of the bellows when completely contracting the same.
  • the welding line can be arranged between a housing side forming the fluid side and a head part delimiting the gas side.
  • the storage enclosure is designated as a whole with 1.
  • the storage housing 1 is composed of only two parts, namely a housing main part 3 in the form of a circular cylindrical pot and a housing end part 5, which forms the bottom end of the storage housing 1. End part 5 and main part 3 are welded together along a weld line 7.
  • a centrally located in the housing termination 5 fluid port 9 opens into the interior of the housing 1 in a fluid side 11 a. This is defined by the interior of a metallic bellows 13 which forms the separating element between the fluid side 11 and the gas side 15 located on the outside of the bellows 13.
  • the bellows 13 is integrally formed with a movable, closed end 17 and an open, immovable end 19, to which the bellows 13 along the weld line 7 on the storage housing 1 is fixed.
  • a filling port which is provided for filling the gas side 15 with a pre-pressurized working gas, such as N 2 , not shown.
  • Fig. 2 shows an enlarged view of the formation of the end edge 21 of the bellows 13 and a slot 23 between the housing body 3 and housing end part 5 for the production of the weld 25.
  • slot 23 and end edge 21 a kink 28, so that during assembly of the inserted end edge 21 is already secured in position in the slot 23 before carrying out the welding process.
  • the end edge 21 may be in a non-illustrated embodiment but also continued in a plane between the two housing parts used part of the weld 25.
  • the two adjacent housing parts may have a horizontally extending receiving groove into which the end edge 21 then engages.
  • the housing end part 5 forms on the side facing the interior of the housing 1, an outer annular plate 26 with axially slightly protruding outer edge 27, on which the weld line 7 is located.
  • a cylindrical limiter body 29 projects from the annular plate 26 into the interior of the bellows 13.
  • the housing wall on the upper side 31 can form the stroke limitation for the complete extension of the bellows 13.
  • the storage housing 1 has a head part 33 which adjoins the upper end of the housing main part 3 and defines the fluid side 11 together with the interior of the bellows 13 in the form of a circular cylindrical pot which is closed except for a gas filling connection (not shown).
  • This one is, as in the example of Fig. 1 formed integrally with a movable, closed end 17 and a stationary, open end 19, which along the Welding line 7 is fixed to the housing 1, wherein in this embodiment, the welding line 7 between the housing main body 3 and the head part 33 is located.
  • the weld is formed in the same manner as in the first embodiment of the case and in Fig. 2 is shown in more detail.
  • a flat plate 35 is provided, which is axially fixed by means of a snap ring 37 or other annular fasteners and sealed by a rubber-elastic ring body 39 on the main part 3.
  • the rubber-elastic ring body 39 projects slightly beyond the plane of the plate 35, so that it for the movable end 17 of the fully extended bellows 13, see right half of Fig. 3 , forms a compliant end stop for stroke limitation.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher in Form eines Balgspeichers mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Hydrospeicher mit einem als bewegbares Trennelement dienenden Balg sind bekannt und finden auf verschiedenen technischen Gebieten Anwendung, beispielsweise bei hydraulischen Bremssystemen für Fahrzeuge und den verschiedensten industriellen Hydrauliksystemen. Die DE 10 2008 061 221 A1 zeigt beispielsweise einen Balgspeicher, bei dem als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite ein Metallbalg vorgesehen ist.
  • Die DE 29 10 554 A1 beschreibt einen Druckbehälter mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil, wobei die beiden Teile aus einem starren Werkstoff bestehen und miteinander verschweißt sind. Am Gehäuseoberteil ist eine Trennwand in Form eines Metallbalgs ausgebildet. Ihr Rand ist in eine Trennfuge zwischen Gehäuseoberteil und -unterteil eingeklemmt und mit diesen Teilen verschweißt. Die Trennwand trennt einen Raum mit Gas unter hohem Druck und einen Raum mit Flüssigkeit, wobei das Gas über eine mit einer Schraube verschließbaren Bohrung in den Druckbehälter eingebracht ist.
  • Die US 5 133 387 A beschreibt eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Druckpulsationen in Fluidströmen, wobei die Dämpfungseinrichtung aus zwei Gleichteilen in der Art von Zylindern mit jeweils einem Boden gebildet ist. Die Gleichteile sind miteinander unter dichtender Zwischenlage eines Randes eines Metallfaltenbalges verschraubt. Der Metallfaltenbalg trennt eine Kammer mit unter Druck stehendem Arbeitsgas von einer Flüssigkeitskammer, die an eine Fluidleitung angeschlossen ist, wobei Druckpulsationen in der Fluidleitung bedämpft werden. Der Metallfaltenbalg ist schraubenförmig gebildet, wobei die Flächen des Balges mit einer gegen chemische Einflüsse des Fluids resistenten Oberfläche aus einem FluorKohlenwasserstoff (Polyvinylidenfluorid) beschichtet sind.
  • Balgspeicher zeichnen sich durch mehrere vorteilhafte Eigenschaften aus. So lassen sich durch Ausziehen und Zusammenziehen des Balges verhältnismäßig große Volumenänderungen der im Speichergehäuse befindlichen Arbeitsräume realisieren. Zudem sind als bewegliches Trennelement vorgesehene Metallbälge gegenüber den Wechselbelastungen, wie sie im Betrieb, insbesondere bei einem Einsatz als Pulsationsdämpfer, auftreten verhältnismäßig robust und weisen gute Dichteigenschaften durch geringe Diffusionsverluste auf. Diesen Eigenschaften steht jedoch entgegen, dass die Herstellung der Balgspeicher verhältnismäßig kostenintensiv ist.
  • Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Hydrospeicher zur Verfügung zu stellen, der sich durch vergleichsweise niedrige Herstellungskosten auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass an der Schweißlinie zwischen Gehäusehauptteil und angrenzendem Gehäuseabschlussteil oder Kopfteil ein eine Knickstell aufweisender Schlitz gebildet ist, in dem der eine korrespondierende Knickstelle aufweisende Rand des Balges aufnehmbar und darin verschweißbar ist. Dadurch gestaltet sich die Herstellung der Schweißverbindung besonders rationell und sicher. Bei solcher Formgestaltung von Schlitz und Außenrand des Balges ist der in den Schlitz eingelegte Außenrand gegen unerwünschte, vor dem Schweißvorgang erfolgende Verschiebungen in Radialrichtung gesichert. Gleichzeitig steht der im Schlitz befindliche Teil des Balges als Schweißwerkstoff oder als Teil des Schweißwerkstoffes zur Verfügung.
  • Der Balg ist mit dem Speichergehäuse an einer Festlegestelle unmittelbar verbunden. Während bei bekannten, vergleichbaren Lösungen, wie der erwähnten DE 10 2008 061 221 A1 , die Verankerung des Balges an einem vom eigentlichen Speichergehäuse gesonderten Einsatzkörper erfolgt, führt die unmittelbare Verbindung mit dem Speichergehäuse zu einer wesentlich vereinfachten Bauweise mit entsprechender Verringerung der Herstellungskosten.
  • Dies gilt in besonderem Maße bei Ausführungsbeispielen, bei denen sich die Festlegestelle an einer den Außenumfang des Speichergehäuses definierenden Wand desselben befindet und der Balg an seinem unbeweglichen Balgende mit dem Speichergehäuse verbunden ist.
  • Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Balg an seinem unbeweglichen Ende zur Fluidseite oder zur Gasseite hin offen und an seinem beweglichen Ende geschlossen ist. Die Benutzung eines am beweglichen Ende geschlossenen Balges anstelle eines Balges mit am beweglichen Balgende angebrachtem Verschlusselement, etwa in Form einer üblichen Endplatte, führt nicht nur zu einer weiteren Vereinfachung, sondern ermöglicht auch ein besseres Ansprechverhalten des Balges durch verringerte Massenträgheit bei Wegfall einer Endplatte.
  • Vorzugsweise ist der Balg mit dem Speichergehäuse über eine Schweißstelle verbunden.
  • In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass der Balg mit dem Speichergehäuse entlang einer Schweißlinie verbunden ist, an der Teile des Speichergehäuses miteinander verbunden sind. Dadurch, dass eine Schweißlinie sowohl für die Verankerung des Balges als auch für die Verbindung von Gehäuseteilen vorgesehen ist, ergibt sich eine weitere Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung.
  • Mit Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass an der Schweißlinie ein Gehäusehauptteil und ein Gehäuseabschlussteil miteinander verbunden sind.
  • Außer einem Fluidanschluss kann ein derartiges Gehäuseabschlussteil einen ins Innere des Balges vorstehenden Begrenzerkörper aufweisen, der für das geschlossene Ende des Balges einen Anschlag zur Hubbegrenzung bildet. Dadurch ist ein Hydrospeicher realisiert, der, obgleich er außer dem Balg lediglich noch aus zwei Bauteilen besteht, eine hohe Betriebssicherheit durch Bilden einer Hubbegrenzung gewährleistet, die ein Stauchen des Balges bei vollständigem Zusammenziehen desselben verhindert.
  • Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen, bei denen der Balg zur Gasseite hin offen ist, kann die Schweißlinie zwischen einem die Fluidseite bildenden Gehäusehauptteil und einem die Gasseite begrenzenden Kopfteil angeordnet sein.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen leicht schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrospeichers, wobei linksseitig der Balg in zusammengezogenem Zustand und rechtsseitig der Balg in ausgezogenem Zustand dargestellt ist;
    Fig. 2
    einen vergrößert dargestellten Ausschnitt des in Fig. 1 mit II bezeichneten Bezirks; und
    Fig. 3
    einen leicht schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels, wobei linksseitig der Balg in zusammengezogenem und rechtsseitig der Balg in ausgezogenem Zustand dargestellt ist.
  • In Fig. 1, die ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt, ist das Speichergehäuse als Ganzes mit 1 bezeichnet. Das Speichergehäuse 1 ist aus nur zwei Teilen aufgebaut, nämlich aus einem Gehäusehauptteil 3 in Form eines kreiszylindrischen Topfes und einem Gehäuseabschlussteil 5, das den bodenseitigen Abschluss des Speichergehäuses 1 bildet. Abschlussteil 5 und Hauptteil 3 sind entlang einer Schweißlinie 7 miteinander verschweißt. Ein im Gehäuseabschlussteil 5 zentral gelegener Fluidanschluss 9 mündet im Inneren des Gehäuses 1 in eine Fluidseite 11 ein. Diese ist durch den Innenraum eines metallischen Faltenbalges 13 definiert, der das Trennelement zwischen der Fluidseite 11 und der an der Außenseite des Balges 13 befindlichen Gasseite 15 bildet. Der Balg 13 ist einstückig mit einem beweglichen, geschlossenen Ende 17 und einem offenen, unbeweglichen Ende 19 ausgebildet, an welchem der Balg 13 entlang der Schweißlinie 7 am Speichergehäuse 1 festgelegt ist. Bei der schematisch vereinfachten Darstellung von Fig. 1 ist ein Füllanschluss, der zur Befüllung der Gasseite 15 mit einem unter einem Vorfülldruck stehenden Arbeitsgas, wie N2, vorgesehen ist, nicht dargestellt.
  • Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die Ausbildung des Endrandes 21 des Balges 13 sowie eines Schlitzes 23 zwischen Gehäusehauptteil 3 und Gehäuseabschlussteil 5 für die Herstellung der Schweißnaht 25. Wie ersichtlich, weisen Schlitz 23 und Endrand 21 eine Knickstelle 28 auf, so dass beim Zusammenbau der eingelegte Endrand 21 vor Durchführung des Schweißvorganges bereits im Schlitz 23 radial lagegesichert ist. Der Endrand 21 kann bei einer nicht dargestellten Ausführungsform aber auch in einer Ebene fortgeführt zwischen die beiden Gehäuseteile eingesetzt Bestandteil der Schweißnaht 25 sein. Für eine verbesserte Aufnahme können die beiden aneinander angrenzenden Gehäuseteile eine horizontal verlaufende Aufnahmenut aufweisen, in die der Endrand 21 dann eingreift.
  • Das Gehäuseabschlussteil 5 bildet an der dem Inneren des Gehäuses 1 zugewandten Seite eine äußere Ringplatte 26 mit axial geringfügig vorspringendem Außenrand 27, an dem sich die Schweißlinie 7 befindet. Im Zentralbereich springt aus der Ringplatte 26 ein zylinderförmiger Begrenzerkörper 29 ins Innere des Balges 13 vor. Dieser Begrenzerkörper 29, durch den hindurch sich der Fluidanschluss 9 erstreckt, bildet zur Hubbegrenzung einen Anschlag für den zusammengezogenen Balg 13, siehe linksseitige Hälfte der Fig. 1, wodurch ein Stauchen der Falten des ganz zusammengezogenen Balges 13 verhindert ist. Bei entsprechender Dimensionierung des Balges 13 und der axialen Länge des Gehäusehauptteils 3 kann die Gehäusewand an der Oberseite 31 die Hubbegrenzung für das vollständige Ausziehen des Balges 13 bilden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 weist das Speichergehäuse 1 ein sich an das oberes Ende des Gehäusehauptteils 3 anschließendes Kopfteil 33 auf, das in Form eines kreiszylindrischen Topfes, der bis auf einen nicht dargestellten Gas-Füllanschluss geschlossen ist, die Fluidseite 11 zusammen mit dem Innenraum des Balges 13 definiert. Dieser ist, wie bei dem Beispiel von Fig. 1 einteilig mit einem beweglichen, geschlossenen Ende 17 und einem unbeweglichen, offenen Ende 19 ausgebildet, das entlang der Schweißlinie 7 am Gehäuse 1 festgelegt ist, wobei sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Schweißlinie 7 zwischen Gehäusehauptteil 3 und Kopfteil 33 befindet. Hierbei ist für die Bildung der Schweißnaht 25 die Schweißstelle in gleicher Weise ausgebildet, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall und in Fig. 2 näher dargestellt ist.
  • Beim Beispiel von Fig. 3 ist am unteren Ende des Gehäusehauptteils 3 als Gehäuseabschlussteil eine ebene Platte 35 vorgesehen, die mittels eines Sprengringes 37 oder sonstigen ringartigen Befestigungsmitteln axial festgelegt und mittels eines gummielastischen Ringkörpers 39 am Hauptteil 3 abgedichtet ist. Der gummielastische Ringkörper 39 ragt über die Ebene der Platte 35 geringfügig vor, so dass er für das bewegliche Ende 17 des voll ausgezogenen Balges 13, siehe rechte Hälfte von Fig. 3, einen nachgiebigen Endanschlag zur Hubbegrenzung bildet.

Claims (7)

  1. Hydrospeicher in Form eines Balgspeichers, mit einem Speichergehäuse (1), in dem ein Balg (13) ein bewegliches Trennelement zwischen Gasseite (15) und Fluidseite (11) bildet, wobei der Balg (13) mit dem Speichergehäuse (1) an einer Festlegestelle (7) in Form einer Schweißlinie (7) unmittelbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schweißlinie (7) zwischen einem Gehäusehauptteil (3) und einem angrenzendem Gehäuseabschlussteil (5) oder einem Kopfteil (33) ein eine Knickstelle (28) aufweisender Schlitz (23) gebildet ist, in dem ein eine korrespondierende Knickstelle aufweisender Rand (21) des Balges (13) aufnehmbar und darin verschweißbar ist.
  2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Festlegestel le (7) an einer den Außenumfang des Speichergehäuses (1) definierenden Wand (3) desselben befindet.
  3. Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (13) an seinem unbeweglichen Balgende (19) mit dem Speichergehäuse (1) verbunden ist.
  4. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (13) an seinem unbeweglichen Ende (19) zur Fluidseite (11) oder zur Gasseite (15) hin offen und an seinem beweglichen Ende (17) geschlossen ist.
  5. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schweißlinie (7) ein Gehäusehauptteil (3) und ein einen zur Fluidseite (11) führenden Fluidanschluss (9) aufweisendes Gehäuseabschlussteil (5) miteinander verbunden sind.
  6. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseabschlussteil (5) einen ins Innere des Balges (13) vorstehenden Begrenzerkörper (29) aufweist, der für das geschlossene Ende (17) des Balges (13) einen Anschlag zur Hubbegrenzung bildet.
  7. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (13) zur Gasseite (15) hin offen ist und dass die Schweißlinie (7) zwischen einem die Fluidseite (11) bildenden Gehäusehauptteil (3) und einem die Gasseite (15) begrenzenden Kopfteil (33) angeordnet ist.
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