EP3421818B1 - Hydrospeicher - Google Patents

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EP3421818B1
EP3421818B1 EP18177868.9A EP18177868A EP3421818B1 EP 3421818 B1 EP3421818 B1 EP 3421818B1 EP 18177868 A EP18177868 A EP 18177868A EP 3421818 B1 EP3421818 B1 EP 3421818B1
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housing
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hydraulic accumulator
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Norbert Weber
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    • F15B2201/605—Assembling or methods for making housings therefor

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic accumulator with the features in the preamble of claim 1.
  • Hydraulic accumulators in the form of membrane accumulators are known, cf. DE 34 04 897 A1 or DE 41 31 524 A1 .
  • the membrane in the undeformed state in which the gas side has the largest volume, has the shape of a hemisphere.
  • the housing in the housing part surrounding the membrane also has a spherical shape.
  • the U.S. 3,847,182 describes a hydraulic accumulator with a housing defining a longitudinal axis, in which a membrane made of elastomeric material separates a liquid side from a gas side as a movable separating element, the membrane being fixed at its opening edge on the inside of the housing, the membrane in the undeformed state being an in Has a length measured in the direction of the longitudinal axis which is at least twice the diameter of the opening edge,
  • the undeformed membrane between the opening edge and its closed end area runs with straight surface lines which converge conically in the direction of the end area
  • the housing having a main part in the form of a circular cylindrical pot with a base part and a curved head part, and the base part being curved in the shape of a circular arc and the head part has a similar arched shape as the bottom part.
  • the invention is based on the object of providing a hydraulic accumulator in the form of a membrane accumulator, the gas side of which has a high volume despite the slim design of the housing.
  • an essential feature of the invention is that the bottom part is curved in the shape of a circular arc, that the head part has a similarly curved shape as the bottom part; and that the undeformed length of the membrane is at least 2.5 times the diameter of the free opening of the opening edge.
  • the usually arched shape of the bottom part of the housing this results in a form-adapted system with a pressureless liquid side.
  • the membrane in the undeformed state has a length, measured in the direction of the longitudinal axis, which is at least twice the diameter of the opening edge, and that the undeformed membrane is between the opening edge and its closed edge End area runs with straight surface lines which converge conically in the direction of the end area.
  • a relatively flat cone shape is advantageously provided for the main part of the membrane, in which the surface lines extending from the opening edge to the end region of the undeformed membrane converge to the longitudinal axis at an angle between 1.5 ° and 3 °.
  • the pot is elongated, the bottom part being closed except for a connection coaxial to the axis, which provides access to the fluid side in the housing for hydraulic fluid, and the opening edge of the membrane in the main part is set near the open end of the pot is.
  • the pot is preferably closed at the open end by a curved head part welded to the edge of the pot that forms a weld area.
  • the arrangement is advantageously made such that an annular groove-like notch is formed for the thickening in the inner wall of the housing, in which the thickening is held by a retaining ring that forms the thickening has partially comprehensive holding part.
  • the retaining ring has a ring of resilient fingers that point away from the retaining part in the direction of the head part axially protrude beyond the welding area and form a seat for a metallic protective ring which covers the inside of the welding area between the pot and the head part.
  • the protective ring forms a thermal shield between the welding area and the retaining ring, so that it can be produced efficiently and inexpensively from a plastic material in an injection molding process.
  • the illustrated embodiment of the hydraulic accumulator according to the invention has a two-part housing 2 made of metallic material, which extends along a longitudinal axis 4 and has a main part in the form of a circular cylindrical pot 6 with a bottom part 8. This is arched in the shape of a circular arc and closed except for a connection 10 which is coaxial with the axis 4 and which forms the access to the fluid side 12 in the housing 2 for hydraulic fluid.
  • a head part 14 is welded along a welding area 16 to the edge of the pot 6, in the present example by means of an electron welding process.
  • the head part 14 which has a similarly curved shape as the bottom part 8, is closed except for a coaxial connection 18 which forms the access for a working gas, such as N 2 , to the gas side 20 located inside the housing.
  • a filling valve which may be located at connection 18, and an associated pipeline are not shown, and the connection between connection 10 located at base part 8 and an associated hydraulic system is omitted.
  • the housing 2 with the elongated main part formed by the pot 6 has the shape of a slender storage bottle which receives an elastomeric membrane 22 within the pot 6, which in the FIG shown undeformed state has a correspondingly slim, elongated shape.
  • the undeformed membrane 22 forms a flat, elongated cone with straight surface lines 30 between its opening edge 24 and a transition point 26 to the end area 28 .
  • the membrane 22 has a bead-like thickening 34 on the opening edge 24.
  • an annular groove-like notch 36 is formed in the pot 6 at a small distance from the pot end forming the welding area 16 in the inner wall, which notch 36 forms a seat for the bead-like thickening 34.
  • a retaining ring 38 which has a retaining part 40 which forms a partially encircling the inside of the thickening 34 offset inward from the outer circumference of the retaining ring 38.
  • the holding ring 38 From the holding part 40, running axially in the direction of the head part 14, the holding ring 38 has a ring of flexible fingers 42 which are separated from one another by slots 44 and which extend beyond the welding area 16.
  • the fingers 42 On the circumferential side, the fingers 42 form an annular groove 46 as a seat for a protective ring 48, which is formed by a metallic flat ring. This can be snapped into the annular groove 46 by sliding it over inclined surfaces at the ends of the fingers 42.
  • the membrane 22 can be inserted into the pot 6 together with the retaining ring 38 and the protective ring 48 when the pot 6 is open, with the protective ring 48 coming into a position covering the welding area 16 in the inserted position.
  • the protective ring 48 thereby forms a thermal shield with respect to the retaining ring 38, so that it can be produced efficiently and inexpensively as an injection-molded part from a structurally stable plastic material.
  • a glass fiber reinforced polyarylamide can advantageously be provided as the plastic material.
  • the undeformed membrane 22 has a length in the direction of the axis 4 which is a multiple of the diameter at the opening edge 24.
  • the undeformed length is approximately 2.5 times the diameter of the free opening of the opening edge 24.
  • the surface lines 30 of the flat cone of the membrane 22 running between the opening edge 24 and the end region 28 converge to the longitudinal axis 4 at a small angle illustrated embodiment at an angle of 2 °. In comparison to the known membrane accumulators, this configuration results in an optimal ratio between the outer diameter of the housing 2 and the usable volume of working gas in the gas side 20.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Hydrospeicher in Form von Membranspeichern sind bekannt, vgl. DE 34 04 897 A1 oder DE 41 31 524 A1 . Bei den bekannten Membranspeichern besitzt die Membran im unverformten Zustand, bei dem die Gasseite das größte Volumen besitzt, die Form einer Halbkugel. In Anpassung an die Kugelform besitzt auch das Gehäuse in dem die Membran umgebenden Gehäuseteil eine kugelige Form. Bei der Auslegung der Gasseite auf ein hohes nutzbares Arbeitsgasvolumen führt dies zu einer breit auslagernden, ungünstigen Bauform des Gehäuses, verglichen mit anderen Speicherbauformen, wie Blasenspeichern, die ein wesentlich günstigeres Verhältnis zwischen dem Volumen der Gasseite und der Gehäusebreite aufweisen.
  • Die US 3 847 182 beschreibt einen Hydrospeicher mit einem eine Längsachse definierenden Gehäuse, in dem eine aus elastomerem Material bestehende Membran als bewegliches Trennelement eine Flüssigkeitsseite von einer Gasseite trennt, wobei die Membran an ihrem Öffnungsrand an der Innenseite des Gehäuses festgelegt ist, wobei die Membran in unverformtem Zustand eine in Richtung der Längsachse gemessene Länge besitzt, die zumindest das Zweifache des Durchmessers des Öffnungsrandes beträgt, wobei die unverformte Membran zwischen dem Öffnungsrand und ihrem geschlossenen Endbereich mit geraden Mantellinien verläuft, die in Richtung auf den Endbereich konisch konvergieren, wobei das Gehäuse ein Hauptteil in Form eines kreiszylindrischen Topfes mit einem Bodenteil und ein gewölbtes Kopfteil aufweist, und wobei das Bodenteil kreisbogenförmig gewölbt ist und das Kopfteil eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil besitzt.
  • Weitere Hydrospeicher sind aus der DE 1 525 961 A1 , der DE 26 04 959 A1 und der DE 41 31 524 A1 bekannt.
  • Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hydrospeicher in Form eines Membranspeichers zur Verfügung zu stellen, dessen Gasseite, trotz schlanker Bauweise des Gehäuses, ein hohes Volumen besitzt.
  • 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 das Bodenteil kreisbogenförmig gewölbt ist, dass das Kopfteil eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil besitzt; und dass die unverformte Länge der Membran zumindest das 2,5-fache des Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes beträgt. Bei der üblicherweise gewölbten Form des Bodenteils des Gehäuses ergibt sich so eine formangepasste Anlage bei druckloser Flüssigkeitsseite.
  • Es ist vorgesehen, dass die Membran in unverformtem Zustand eine in Richtung der Längsachse gemessene Länge besitzt, die zumindest das Zweifache des Durchmessers des Öffnungsrandes beträgt, und dass die unverformte Membran zwischen dem Öffnungsrand und ihrem geschlossenen Endbereich mit geraden Mantellinien verläuft, die in Richtung auf den Endbereich konisch konvergieren. Bei dieser Formgebung der Membran, die zwischen Öffnungsrand und geschlossenem Endbereich einem langen flachen Konus entspricht, lässt sich, vergleichbar mit einem Blasenspeicher, ein hohes Volumen der Gasseite mit einem schlanken, an die Form der Membran angepassten Speichergehäuse realisieren.
  • Vorteilhafterweise ist für den Hauptteil der Membran eine verhältnismäßig flache Kegelform vorgesehen, bei der die vom Öffnungsrand zum Endbereich der unverformten Membran verlaufenden Mantellinien zur Längsachse in einem Winkel zwischen 1,5° und 3° konvergieren.
  • Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Topf länglich gebildet, wobei das Bodenteil bis auf einen zur Achse koaxialen Anschluss geschlossen ist, der für Hydraulikflüssigkeit den Zugang zur Flüssigkeitsseite im Gehäuse bildet, und wobei der Öffnungsrand der Membran im Hauptteil in der Nähe des offenen Endes des Topfes festgelegt ist.
  • Vorzugsweise ist der Topf am offenen Ende durch ein mit dem einen Schweißbereich bildenden Rand des Topfes verschweißtes, gewölbtes Kopfteil geschlossen.
  • Beim Einsatz einer Membran, die am Öffnungsrand eine wulstartige Verdickung aufweist, ist die Anordnung mit Vorteil so getroffen, dass für die Verdickung in der Innenwand des Gehäuses eine ringnutartige Einkerbung gebildet ist, in der die Verdickung durch einen Haltering gehalten ist, der ein die Verdickung teilweise umfassendes Halteteil aufweist. Durch Einsetzen des Halteringes lässt sich die Membran mit geringem Montageaufwand an der Gehäusewand unter Ausbildung einer fluiddichten Abdichtung festlegen.
  • Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist der Haltering einen Kranz nachgiebiger Finger auf, die vom Halteteil weg in Richtung auf das Kopfteil axial über den Schweißbereich hinaus vorstehen und einen Sitz für einen metallischen Schutzring bilden, der den Schweißbereich zwischen Topf und Kopfteil innenseitig überdeckt. Bei dieser Anordnung bildet der Schutzring eine thermische Abschirmung zwischen dem Schweißbereich und dem Haltering, so dass dieser aus einem Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren rationell und kostengünstig herstellbar ist.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert, in deren einziger Figur der erfindungsgemäße Hydrospeicher im Längsschnitt dargestellt ist.
  • Das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrospeichers weist ein zweiteiliges Gehäuse 2 aus metallischem Werkstoff auf, das sich entlang einer Längsachse 4 erstreckt und ein Hauptteil in Form eines kreiszylindrischen Topfes 6 mit einem Bodenteil 8 aufweist. Dieses ist kreisbogenförmig gewölbt und bis auf einen zur Achse 4 koaxialen Anschluss 10 geschlossen, der für Hydraulikflüssigkeit den Zugang zur Flüssigkeitsseite 12 im Gehäuse 2 bildet. Als zweites Gehäuseteil ist am offenen Ende des Topfes 6 ein Kopfteil 14 entlang eines Schweißbereichs 16 mit dem Rand des Topfes 6 verschweißt, beim vorliegenden Beispiel mittels eines Elektronen-Schweißverfahrens. Das Kopfteil 14, das eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil 8 besitzt, ist bis auf einen koaxialen Anschluss 18 geschlossen, der den Zugang für ein Arbeitsgas, wie N2, zur im Gehäuseinneren befindlichen Gasseite 20 bildet. Ein gegebenenfalls am Anschluss 18 befindliches Füllventil und eine zugehörige Rohrleitung sind nicht dargestellt, ebenso wie die Verbindung des am Bodenteil 8 befindlichen Anschlusses 10 mit einem zugehörigen Hydrauliksystem weggelassen ist.
  • Wie gezeigt, hat das Gehäuse 2 mit dem langgestreckten, vom Topf 6 gebildeten Hauptteil die Form einer schlanken Speicherflasche, die innerhalb des Topfes 6 eine elastomere Membran 22 aufnimmt, die in dem in der Figur gezeigten unverformten Zustand eine entsprechend schlanke, langgestreckte Form besitzt. Die unverformte Membran 22 bildet zwischen ihrem Öffnungsrand 24 und einer Übergangsstelle 26 zum Endbereich 28 einen flachen, langgestreckten Konus mit gerade verlaufenden Mantellinien 30. Der sich an der Übergangsstelle 26 anschließende, gewölbte Endbereich 28 weist, wie bei den bekannten Membranspeichern, eine Endverstärkung 32 auf.
  • Wie bei Membranspeichern üblich, weist die Membran 22 am Öffnungsrand 24 eine wulstartige Verdickung 34 auf. Für die Festlegung der Membran 22 ist im Topf 6 in geringem Abstand von dem den Schweißbereich 16 bildenden Topfende in der Innenwand eine ringnutartige Einkerbung 36 ausgebildet, die einen Sitz für die wulstartige Verdickung 34 bildet.
  • Zur Sicherung des Eingriffs der Verdickung 34 mit der Einkerbung 36 ist ein Haltering 38 vorgesehen, der ein Halteteil 40 aufweist, das eine vom Außenumfang des Halteringes 38 nach einwärts versetzte, teilweise Umfassung der Innenseite der Verdickung 34 bildet. Vom Halteteil 40, axial in Richtung zum Kopfteil 14 verlaufend, weist der Haltering 38 einen Kranz nachgiebiger Finger 42 auf, die durch Schlitze 44 voneinander getrennt sind und sich über den Schweißbereich 16 hinaus erstrecken. Umfangsseitig bilden die Finger 42 eine Ringnut 46 als Sitz für einen Schutzring 48, der durch einen metallischen Flachring gebildet ist. Dieser ist durch Verschieben über Schrägflächen an den Enden der Finger 42 in die Ringnut 46 einschnappbar.
  • Zur Montage ist die Membran 22 bei geöffnetem Topf 6 zusammen mit dem Haltering 38 und dem Schutzring 48 in den Topf 6 einsetzbar, wobei bei der eingesetzten Position der Schutzring 48 in eine den Schweißbereich 16 überdeckende Lage kommt. Bei Durchführen des zum Schließen des Gehäuses 2 durchgeführten Verschweißens mit dem Kopfteil 14 bildet der Schutzring 48 dadurch eine thermische Abschirmung gegenüber dem Haltering 38, so dass dieser aus einem strukturfesten Kunststoffmaterial rationell und kostengünstig als Spritzgussteil herstellbar ist. Als Kunststoffmaterial kann mit Vorteil ein glasfaserverstärktes Polyarylamid vorgesehen sein.
  • Wie der Figur entnehmbar ist, hat die unverformte Membran 22 in Richtung der Achse 4 eine Länge, die ein Mehrfaches des Durchmessers am Öffnungsrand 24 beträgt. Beim gezeigten Beispiel beträgt die unverformte Länge näherungsweise das 2,5-fache des Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes 24. Die Mantellinien 30 des zwischen Öffnungsrand 24 und Endbereich 28 verlaufenden, flachen Konus der Membran 22 konvergieren zur Längsachse 4 in einem geringen Winkel, beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 2°. Bei dieser Konfiguration ergibt sich im Vergleich zu den bekannten Membranspeichern ein optimales Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Gehäuses 2 und nutzbarem Volumen an Arbeitsgas in der Gasseite 20.

Claims (6)

  1. Hydrospeicher mit einem eine Längsachse (4) definierenden Gehäuse (2), in dem eine aus elastomerem Material bestehende Membran (22) als bewegliches Trennelement eine Flüssigkeitsseite (12) von einer Gasseite (20) trennt, wobei die Membran (22) an ihrem Öffnungsrand (24) an der Innenseite des Gehäuses (2) festgelegt ist, wobei die Membran (22) in unverformtem Zustand eine in Richtung der Längsachse (4) gemessene Länge besitzt, die zumindest das Zweifache des Durchmessers des Öffnungsrandes (24) beträgt, wobei die unverformte Membran (22) zwischen dem Öffnungsrand (24) und ihrem geschlossenen Endbereich (28) mit geraden Mantellinien (30) verläuft, die in Richtung auf den Endbereich (28) konisch konvergieren,
    wobei das Gehäuse (2) von zwei Teilen aus metallischem Werkstoff gebildet ist, wobei das Gehäuse (2) ein Hauptteil in Form eines kreiszylindrischen Topfes (6) mit einem Bodenteil (8) und ein gewölbtes Kopfteil (14) aufweist,
    wobei der sich an einer Übergangsstelle (26) an den Konus mit gerade verlaufenden Mantellinien (30) anschließende Endbereich (28) der Membran (22) halbkugelartig gewölbt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (8) kreisbogenförmig gewölbt ist, dass das Kopfteil (14) eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil (8) besitzt, und dass die unverformte Länge der Membran (22) zumindest das 2,5-fache des Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes (24) beträgt.
  2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Öffnungsrand (24) zum Endbereich (28) der unverformten Membran (22) verlaufenden Mantellinien (30) zur Längsachse (4) in einem Winkel zwischen 1,5° und 3° konvergieren.
  3. Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (6) länglich gebildet ist, dass das Bodenteil (8) bis auf einen zur Achse (4) koaxialen Anschluss (10) geschlossen ist, der für Hydraulikflüssigkeit den Zugang zur Flüssigkeitsseite (12) im Gehäuse (2) bildet und dass der Öffnungsrand (24) der Membran (22) im Hauptteil in der Nähe des offenen Endes des Topfes (6) festgelegt ist.
  4. Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (6) am offenen Ende durch ein mit dem einen Schweißbereich (16) bildenden Rand des Topfes (6) verschweißtes, gewölbtes Kopfteil (14) geschlossen ist.
  5. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) am Öffnungsrand (24) eine wulstartige Verdickung (34) aufweist, für die in der Innenwand des Gehäuses (2) eine ringnutartige Einkerbung (36) gebildet ist, in der die Verdickung (34) durch einen Haltering (38) gehalten ist, der ein die Verdickung (34) teilweise umfassendes Halteteil (40) aufweist.
  6. Hydrospeicher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (38) einen Kranz nachgiebiger Finger (42) aufweist, die vom Halteteil (40) weg in Richtung auf das Kopfteil (14) axial über den Schweißbereich (16) hinaus vorstehen und einen Sitz (46) für einen metallischen Schutzring (48) bilden, der den Schweißbereich (16) innenseitig überdeckt.
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