EP3453891B1 - Hydrospeicher in form eines balgspeichers - Google Patents

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EP3453891B1
EP3453891B1 EP18195927.1A EP18195927A EP3453891B1 EP 3453891 B1 EP3453891 B1 EP 3453891B1 EP 18195927 A EP18195927 A EP 18195927A EP 3453891 B1 EP3453891 B1 EP 3453891B1
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EP
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bellows
housing
accumulator
cup
volume
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Herbert Baltes
Norbert Weber
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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
    • 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
    • F15B2201/3153—Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being bellows
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
    • F15B2201/315—Accumulator separating means having flexible separating means
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    • 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
    • F15B2201/40—Constructional details of accumulators not otherwise provided for

Definitions

  • Bellows accumulators are characterized by several advantageous properties. Thus, by pulling out and contracting the bellows, relatively large changes in volume of the media spaces located in the storage housing can be realized.
  • Metal bellows provided as a movable separating element are also relatively robust with regard to the alternating loads that can occur during operation, in particular when used as a pulsation damper, and have good sealing properties without diffusion losses. However, these properties are opposed by the fact that metal bellows, which are suitable for use in hydraulic accumulators, are proportionate are expensive components, so that the production of the bellows accumulator is relatively cost-intensive.
  • the object of the invention is to provide a bellows accumulator which can be produced efficiently and inexpensively.
  • the spacer device has the shape of a pot, the opening of which is attached to an open end of the bellows with a fluid-tight connection.
  • the desired additional volume can be made available in a simple manner by means of a correspondingly selected depth of the pot.
  • the arrangement can be such that the pot is held axially immovable in the storage housing and forms the fixing point for the immovable end of the bellows at its opening.
  • the pot can be arranged as a movable element at the movable end of the bellows, the immovable end of which can in this case be fixed on the storage housing.
  • the interior of the bellows can be assigned to the gas side with particular advantage, so that the volume of the additional media space formed by the pot together with the interior of the bellows defines the volume of the gas side, so that a correspondingly large volume is required for the operation of the hydraulic accumulator Working gas is available.
  • its bottom is located at one end of the storage housing and has a gas filling connection for a working gas.
  • the immovable end of the bellows can be fixed to a housing part located at one end of the storage housing on which a gas filling connection for working gas is provided.
  • the housing closure part can particularly advantageously form a stop which limits movements of the bellows to a stroke which corresponds to a predetermined maximum volume made up of the volume of the interior of the bellows and the additional volume of the pot.
  • the exemplary embodiments shown have a storage housing 1 which has a semi-cylindrical interior space and is closed at the top end 3 in the drawing except for a central opening 5.
  • the storage housing 1 is closed by a housing closure part 9 which has a centrally located fluid connection 11 which leads to the fluid side 13 located in the interior.
  • the closing part 9 is secured by a snap ring 15 and is sealed off from the storage housing 1 by means of a sealing element 17.
  • the housing closure part 9 has the shape of a flat plate, an elastomeric ring element 19 being arranged in an annular groove on the plane facing the interior space, which protrudes slightly beyond the plane of the closure part 9.
  • the bellows 21 is open at the top end 27 in the drawing and closed at its other, lower end 29, wherein in the embodiment of FIG Fig. 1 a closing part 31 is provided in the form of a thin plate, which adjoins the last bellows fold 23 at the movable end 29 of the bellows 21.
  • the bellows 21 is connected with its other, open end 27 to a spacer device which has the shape of a pot 33 in the storage housing 1 is fixed axially immovable.
  • the pot 33 is connected to the last fold 23 of the bellows 21 so that the interior of the pot 33 is in fluid connection with the interior of the bellows 21 and thus forms an additional volume to the volume of the bellows 21.
  • the opening edge 35 of the pot 33 forms the fixing point for the immovable end 27 of the bellows 21.
  • the pot 33 which is sealed on the outside with respect to the storage housing 1 via a sealing element 37, has a gas filling connection 39 on the pot bottom, which is connected via the opening 5 of the storage housing 1 is accessible.
  • Fig. 2 differs in that the immovable open end 27 at the top in the figure is not connected to the spacer, but is fixed to a housing part 41 which is located at the upper end 3 of the storage housing 1 and, like the pot 33 of the first embodiment , is sealed by means of a sealing element 37.
  • a gas filling connection 39 which is accessible via the opening 5, is also located in the housing part 41 in the central part.
  • a pot 33 serving as a spacer device is not attached to the immovable end 27, but to the movable end 29 of the bellows, the pot 33 being thin-walled as a component movable with the bellows 21 and with its pot bottom 43 to limit the stroke at the maximum stroke of the bellows 21 comes into contact with the flexible ring element 19 of the housing closure part 9.
  • Fig. 3 differs from the example of Fig. 1 only insofar as the storage housing 1 has the shape of a tube which is continuous on the inside from the lower end 7 to the upper end 3. While in the first embodiment of Fig. 1 the pot 33, which forms the additional volume of the bellows 21, is supported on the closed upper end 3 of the storage housing 1, in the example of FIG Fig. 3 the pot 33 is secured at the upper open pipe end 3 of the storage housing 1 by means of a snap ring 61.
  • Fig. 4 corresponds to the embodiment of Fig. 2 , apart from the fact that the storage housing 1 is again designed as a tubular body. Accordingly, the housing part 41 connected to the immovable end 27 is axially secured at the open pipe end 3 of the storage housing 1 by means of a snap ring 61.
  • the production of the storage housing 1 from a tubular body enables a particularly simple, efficient and inexpensive production of the bellows storage.
  • hydraulic accumulators according to the invention of different specifications can be designed in that a minimum volume is specified by selecting the depth of the respective pot 33, which when the bellows 21 is contracted essentially corresponds to the volume of the pot 33.
  • the maximum volume of the other media space that is located on the outside of the contracted bellows 21 is predetermined.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 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.
  • Balgspeicher zeichnen sich durch mehrere vorteilhafte Eigenschaften aus. So lassen sich durch Ausziehen und Zusammenziehen des Balges verhältnismäßig große Volumenänderungen der im Speichergehäuse befindlichen Medienräume realisieren. Auch sind als bewegliches Trennelement vorgesehene Metallbälge gegenüber den Wechselbelastungen, wie sie im Betrieb, insbesondere bei einem Einsatz als Pulsationsdämpfer, auftreten können, verhältnismäßig robust und weisen gute Dichteigenschaften ohne Diffusionsverluste auf. Diesen Eigenschaften steht jedoch entgegen, dass Metallbälge, die für den Einsatz bei Hydrospeichern in Frage kommen, verhältnismäßig teure Bauteile sind, so dass die Herstellung der Balgspeicher verhältnismäßig kostenintensiv ist.
  • Die DE 102 53 012 A1 offenbart einen Hydrospeicher in Form eines Balgspeichers mit einem Speichergehäuse, in dem der eine vorgebbare Anzahl Falten aufweisende Balg ein bewegbares Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite bildet, wobei eine Distanzeinrichtung vorgesehen ist, die innerhalb des Speichergehäuses angeordnet und unter Bildung eines zusätzlichen Medienraumes mit dem Inneren des Balges in Fluidverbindung ist und an den Balg benachbart angrenzt, wobei die Distanzeinrichtung die Form eines Topfes besitzt, der mit seiner Öffnung an einem offenen Ende des Balges mit fluiddichter Verbindung angebracht ist.
  • Weitere Hydrospeicher mit Distanzeinrichtungen, welche in einer Bewegungseinrichtung eines Schließteils eines Balges einen Anschlag bilden, gehen unter anderem aus der DE 142 55 38 A1 , DE 10 2006 025 552 A1 , JP S57-98396 , GB 603 363 sowie WO 03/016723 A2 und JP H05 340401 A hervor.
  • Im Hinblick hierauf stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Balgspeicher zur Verfügung zu stellen, der rationell und kostengünstig herstellbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Balgspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
  • Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass
    • der Topf im Speichergehäuse axial unbeweglich gehalten ist und an seiner Öffnung die Festlegestelle für das unbewegbare Ende des Balges bildet, oder
    • der Topf am bewegbaren Ende des Balges angeordnet ist, dessen unbewegbares Ende am Speichergehäuse festgelegt ist, und
    • das Gehäuseabschlussteil durch einen Sprengring gesichert und mittels eines Dichtelementes gegenüber dem Speichergehäuse abgedichtet ist.
  • Dadurch, dass mittels der Distanzeinrichtung zusätzlich zu dem Volumen des Arbeitsraumes, das das Innere des Balges bei dessen Arbeits- oder Hubbewegungen bildet und das von der Geometrie und der Anzahl der Balgverhalten abhängig ist, von der Distanzeinrichtung ein Zusatzvolumen zur Verfügung steht, lässt sich ein gewünschtes Gesamtvolumen der Arbeitsräume im Speichergehäuse durch einen kleiner dimensionierten Faltenbalg mit einer entsprechend geringeren Anzahl von Falten verwirklichen. Durch die Benutzung kleinerer Faltenbälge ergibt sich somit eine wesentliche Verringerung der Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich durch unterschiedliche Wahl der Größe des von der Distanzeinrichtung zur Verfügung gestellten Zusatzvolumens unterschiedliche Gesamtvolumina mit Bälgen jeweils gleicher Faltenzahl realisieren lassen. Durch die Möglichkeit der Benutzung gleichartiger Bälge für Hydrospeicher unterschiedlicher Spezifikationen eröffnet sich die Möglichkeit einer weiteren Kostenverringerung durch Benutzung von Bälgen, die einer Standardgröße entsprechen und somit in größeren Stückzahlen rationell und preisgünstig herstellbar sind.
  • Die Distanzeinrichtung besitzt die Form eines Topfes, der mit seiner Öffnung an einem offenen Ende des Balges mit fluiddichter Verbindung angebracht ist. Auf einfache Weise lässt sich hierbei durch eine entsprechend gewählte Tiefe des Topfes das gewünschte Zusatzvolumen zur Verfügung stellen.
  • Die Anordnung kann so getroffen sein, dass der Topf im Speichergehäuse axial unbeweglich gehalten ist und an seiner Öffnung die Festlegestelle für das unbewegbare Ende des Balges bildet.
  • Alternativ kann jedoch der Topf als bewegbares Element am bewegbaren Ende des Balges angeordnet sein, dessen unbewegbares Ende in diesem Falle am Speichergehäuse festgelegt sein kann.
  • In beiden Fällen kann mit besonderem Vorteil das Innere des Balges der Gasseite zugeordnet sein, dass also das Volumen des vom Topf gebildeten zusätzlichen Medienraumes zusammen mit dem Inneren des Balges das Volumen der Gasseite definiert, so dass für den Betrieb des Hydrospeichers ein entsprechend großes Volumen an Arbeitsgas zur Verfügung steht.
  • Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen mit axial unbewegbar angeordnetem Topf befindet sich dessen Boden an einem Ende des Speichergehäuses und weist einen Gas-Füllanschluss für ein Arbeitsgas auf.
  • Bei Ausführungsbeispielen, bei denen der Topf mit dem bewegbaren Ende des Balges in Verbindung ist, kann das unbewegbare Ende des Balges an einem sich an einem Ende des Speichergehäuses befindenden Gehäuseteil festgelegt sein, an dem ein Gas-Füllanschluss für Arbeitsgas vorgesehen ist.
  • Mit besonderem Vorteil kann das Gehäuseabschlussteil einen Anschlag bilden, der Bewegungen des Balges auf einen Hub begrenzt, der einem vorgegebenen Maximalvolumen aus Volumen des Inneren des Balges und dem Zusatzvolumen des Topfes entspricht.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrospeichers, halbseitig in Seitenansicht und halbseitig im Längsschnitt dargestellt;
    Fig.2
    eine der Fig.1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;
    Fig. 3
    in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels und
    Fig. 4
    in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels.
  • Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele weisen ein Speichergehäuse 1 auf, das einen halbzylinderförmigen Innenraum aufweist und an dem in der Zeichnung obenliegenden Ende 3 bis auf eine zentrale Öffnung 5 geschlossen ist. Am unteren Ende 7 ist das Speichergehäuse 1 durch ein Gehäuseabschlussteil 9 geschlossen, das einen zentral gelegenen Fluidanschluss 11 aufweist, der zu der im Innenraum befindlichen Fluidseite 13 führt. Das Abschlussteil 9 ist durch einen Sprengring 15 gesichert und mittels eines Dichtelementes 17 gegenüber dem Speichergehäuse 1 abgedichtet. Das Gehäuseabschlussteil 9 hat die Form einer ebenen Platte, wobei an der dem Innenraum zugewandten Ebene ein elastomeres Ringelement 19 in einer Ringnut angeordnet ist, das über die Ebene des Abschlussteils 9 geringfügig vorsteht.
  • Als Trennelement zwischen der Fluidseite 13 und einer Gasseite 25 befindet sich im Innenraum des Speichergehäuses 1 ein metallischer Balg 21 mit einer vorgegeben Anzahl von Balgfalten 23, die in den Figuren nur teilweise beziffert sind. Der Balg 21 ist an dem in der Zeichnung obenliegenden Ende 27 offen und an seinem anderen, unteren Ende 29 geschlossen, wobei bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.1 ein Schließteil 31 in Form einer dünnen Platte vorgesehen ist, die sich an die letzte Balgfalte 23 am bewegbaren Ende 29 des Balges 21 anschließt. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.1 ist der Balg 21 mit seinem anderen, offenen Ende 27 mit einer Distanzeinrichtung verbunden, die die Form eines Topfes 33 hat, der im Speichergehäuse 1 axial unbewegbar festgelegt ist. Der Topf 33 ist am Rand 35 seiner Öffnung mit der letzten Falte 23 des Balges 21 verbunden, so dass der Innenraum des Topfes 33 mit dem Inneren des Balges 21 in Fluidverbindung ist und somit ein Zusatzvolumen zum Volumen des Balges 21 bildet. Gleichzeitig bildet der Öffnungsrand 35 des Topfes 33 die Festlegestelle für das unbewegbare Ende 27 des Balges 21. Der über ein Dichtelement 37 außenseitig gegenüber dem Speichergehäuse 1 abgedichtete Topf 33 weist am Topfboden einen Gas-Füllanschluss 39 auf, der über die Öffnung 5 des Speichergehäuses 1 zugänglich ist. Bei dem in Fig.1 dargestellten Betriebszustand, bei dem auf der Gasseite 25 und damit innerhalb des Topfes 33 und im Inneren des Balges 21 ein Vorspanndruck herrscht und die Fluidseite 13 drucklos ist, bildet das Gehäuseabschlussteil 9 für das Schließteil 31 am bewegbaren Ende 29 des Balges 21 einen Anschlag zur Hubbegrenzung, wobei das am Abschlusssteil 9 befindliche Ringelement 19 eine nachgiebige Anlagestelle bildet.
  • Das Beispiel von Fig.2 unterscheidet sich demgegenüber insofern, als das in der Figur obenliegende, unbewegliche offene Ende 27 nicht mit der Distanzeinrichtung verbunden ist, sondern an einem Gehäuseteil 41 festgelegt ist, das sich am oberen Ende 3 des Speichergehäuses 1 befindet und, wie der Topf 33 des ersten Ausführungsbeispiels, mittels eines Dichtelements 37 abgedichtet ist. In ähnlicher Weise wie bei dem Topf 33 des ersten Ausführungsbeispiels befindet sich auch im Gehäuseteil 41 im Zentralteil ein Gas-Füllanschluss 39, der über die Öffnung 5 zugänglich ist. Anders als beim Beispiel von Fig.1 ist ein als Distanzeinrichtung dienender Topf 33 nicht am unbewegbaren Ende 27, sondern am bewegbaren Ende 29 des Balges angebracht, wobei der Topf 33, als mit dem Balg 21 bewegbares Bauelement, dünnwandig ausgebildet ist und mit seinem Topfboden 43 bei Maximalhub des Balges 21 zur Hubbegrenzung mit dem nachgiebigen Ringelement 19 des Gehäuseabschlussteils 9 in Anlage kommt.
  • Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 unterscheidet sich vom Beispiel von Fig. 1 lediglich insofern, als das Speichergehäuse 1 die Form eines Rohres besitzt, das vom unteren Ende 7 bis zum oberen Ende 3 innenseitig durchgehend ist. Während sich bei dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der das Zusatzvolumen des Balges 21 bildende Topf 33 an dem geschlossenen oberen Ende 3 des Speichergehäuses 1 abstützt, ist bei dem Beispiel von Fig. 3 der Topf 33 am oberen offenen Rohrende 3 des Speichergehäuses 1 mittels eines Sprengringes 61 gesichert.
  • Das Beispiel von Fig. 4 entspricht dem Ausführungsbeispiel von Fig.2, abgesehen davon, dass das Speichergehäuse 1 wiederum als Rohrkörper ausgebildet ist. Dementsprechend ist das mit dem unbewegbaren Ende 27 verbundene Gehäuseteil 41 am offenen Rohrende 3 des Speichergehäuses 1 mittels eines Sprengringes 61 axial gesichert.
  • Die Herstellung des Speichergehäuses 1 aus einem Rohrkörper ermöglicht eine besonders einfache, rationelle und kostengünstige Herstellung des Balgspeichers.
  • Wie ersichtlich, lassen sich mit Bälgen 21 mit der gleichen Anzahl von Balgfalten 23 erfindungsgemäße Hydrospeicher unterschiedlicher Spezifikationen gestalten, indem durch Wahl der Tiefe des jeweiligen Topfes 33 ein Mindestvolumen vorgegeben ist, das bei zusammengezogenem Balg 21 im Wesentlichen dem Volumen des Topfes 33 entspricht. Andererseits ist durch Wahl der axialen Länge des Speichergehäuses 1 das Maximalvolumen des anderen Medienraumes vorgegeben, das sich an der Außenseite des zusammengezogenen Balges 21 befindet.

Claims (4)

  1. Hydrospeicher in Form eines Balgspeichers, mit einem Speichergehäuse (1), in dem der eine vorgebbare Anzahl Falten (23) aufweisende Balg (21) ein bewegbares Trennelement zwischen Gasseite (25) und Fluidseite (13) bildet, wobei eine Distanzeinrichtung (33) vorgesehen ist, die innerhalb des Speichergehäuses (1) angeordnet und unter Bildung eines zusätzlichen Medienraumes mit dem Inneren des Balges (21) in Fluidverbindung ist, und die Form eines Topfes (33) besitzt, der mit seiner Öffnung (35) an einem offenen Ende des Balges (21) mit fluiddichter Verbindung angebracht ist, wobei das Volumen des vom Topf (33) gebildeten zusätzlichen Medienraumes zusammen mit dem Inneren des Balges (21) das Volumen der Gasseite definiert, wobei am unteren Ende (7) des Speichergehäuses (1) dieses durch ein Gehäuseabschlussteil (9) geschlossen ist, das einen zentral gelegenen Fluidanschluss (11) aufweist, der zu der im Innenraum befindlichen Fluidseite (13) führt, wobei
    - der Topf (33) im Speichergehäuse (1) axial unbeweglich gehalten ist und an seiner Öffnung (35) die Festlegestelle für das unbewegbare Ende (27) des Balges bildet, oder
    - der Topf (33) am bewegbaren Ende (29) des Balges (21) angeordnet ist, dessen unbewegbares Ende am Speichergehäuse (1) festgelegt ist, und dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Gehäuseabschlussteil (9) durch einen Sprengring (15) gesichert und mittels eines Dichtelementes (17) gegenüber dem Speichergehäuse (1) abgedichtet ist.
  2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Boden des axial unbewegbaren Topfes (33) an dem anderen Ende (3) des Speichergehäuses (1) befindet und einen Gas-Füllanschluss (39) für ein Arbeitsgas aufweist.
  3. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das unbewegbare Ende (27) des Balges (21) an einem sich an dem anderen Ende
    (3) des Speichergehäuses (1) befindenden Gehäuseteil (41) festgelegt ist, an dem ein Gas-Füllanschluss (39) für ein Arbeitsgas vorgesehen ist.
  4. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseabschlussteil (9) einen Anschlag bildet, der Bewegungen des Balges (21) auf einen Hub begrenzt, der einem vorgegebenen Maximalvolumen aus Volumen des Inneren des Balges (21) und dem Zusatzvolumen des Topfes (33) entspricht.
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