Druckspeicher
Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher, mit einem Speichergehäuse, in dem ein bewegbares Trennelement einen mit einem Arbeitsgas befüllbaren Casraum von einem Fluidraum fluiddicht voneinander trennt. Hydropneumatische Speicher dieser Art sind Stand der Technik. Sie finden verbreitet Anwendung bei Fluidsystemen und Hydrauliksystemen, beispielsweise als Pulsationsdämpfer zum Glätten von Druckschwankungen oder zur Speicherung hydraulischer Energie. Das Dokument EP 1 709 334 B1 offenbart beispielsweise einen Druckspeicher dieser Art in Form eines Balgspeichers, der insbesondere als Pulsationsdämpfer vorgesehen ist. Für die Funktionsfähigkeit solcher Speicher ist es ausschlaggebend, dass das Trennelement zwischen den Arbeitsräumen, Gasseite und Fluidseite, eine absolute Trennung bildet und diese im Betrieb beibehält. Ein am Trennelement, sei es ein Faltenbalg oder eine Membran, auftretender Defekt, der zu einem Fluidübergang zur Gasseite und damit zur Verringerung des Gasvolumens führt, führt bei Pulsationsdämpfern zu fortschreitender Verringerung der Dämpfungswirkung oder bei Energiespeichern zum Verlust der Speicherkapazität. Bewegbare Trennelemente in Form von Faltenbälgen oder elastomeren
Membranen sind im Betrieb hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, so dass die Gefahr besteht, dass es im Betrieb zu einer Bruchstelle kommt.
Bei im Betrieb befindlichen Druckspeichern ist es schwierig, einen derartigen Störfall schnell und so rechtzeitig zu erkennen, dass der Speicher ausgewechselt werden kann, bevor es zu einer Funktionsstörung oder zu einem Ausfall eines betreffenden, zugehörigen Systems kommt.
Im Hinblick auf diese Problematik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckspeicher zur Verfügung zu stellen, der in Verbindung mit einem zugeordneten Fluid- oder Hydrauliksystem eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Druckspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Eine wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht demgemäß darin, dass eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die bei einem die Abdichtwirkung des Trennelements beeinträchtigenden Störfall eine optisch erkennbare Anzeige liefert. Dadurch eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit des Druckspeichers bei laufendem Betrieb des Systems durchzuführen, also ohne dass der Druckspeicher aus dem System herausgenommen und einer externen Funktionsprüfung unterzogen werden müsste. Ein Ausbau eines betreffenden Druckspeichers aus dem System ist daher lediglich bei Anzeige eines aufgetretenen Störfalls erforderlich. Der Ersatz eines defekten Druckspeichers kann daher vorgenommen werden, bevor es zu einer größeren Betriebsstörung oder dem Betriebsausfall des zugeordneten Systems kommt, so dass eine verbesserte Betriebssicherheit erreichbar ist.
Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung bei einem Druckspeicher vorgesehen, der als Trennelement einen Faltenbalg, insbesondere in Form eines Metallbalges, aufweist. Faltenbälge, insbesondere Metallbälge, kommen bevorzugt bei Pulsationsdämpfern zum Einsatz, wo am Balg, insbesondere
an den Faltenstellen, im Betrieb hohe mechanische Wechselbelastungen auftreten und eine entsprechende Gefahr für das Auftreten eines Defekts besteht. Daher wirkt sich die durch die Erfindung gebotene Möglichkeit der Überwachung besonders vorteilhaft aus.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Überwachungseinrichtung an der Wand des Gehäuses ein Sichtfenster aufweisen, durch das bevorzugt ein Indikator beobachtbar ist, der mit dem Gasraum in Verbindung ist und dessen optische Eigenschaften sich bei Benetzung mit Fluid erkennbar ändern. Dadurch, dass ein Fluidübertritt zur Gasseite durch Beobachten eines Indikators über ein Sichtfenster erkennbar ist, lässt sich die Funktionsüberwachung bei laufendem Betrieb besonders einfach und sicher durchführen.
In besonders vorteilhafter Weise kann ein bei Benetzung seine Farbe än- dernder Indikator vorgesehen sein.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist als Indikator eine Probemenge an Glasfaserwolle vorgesehen, die im unbenetzten Zustand weiß ist und bei Benetzung mit Fluiden unterschiedlicher Art sich in unterschiedlicher Wei- se visuell erkennbar verfärbt. Bei einem Betrieb mit einem Fluid in Form von Hydrauliköl ist eine eventuelle Undichtigkeit durch eine verhältnismäßig dunkle Verfärbung der Glasfaserwolle erkennbar. Bei einem Einsatz des Druckspeichers bei Kraftstoffsystemen führt eine Benetzung durch Dieselöl zu einer demgegenüber weniger dunklen Verfärbung. Z.B. führen Ottokraft- stoff oder Ethylenglykol zu einer gelblicheren oder orangefarbenen Verfärbung, also zu Verfärbungen, die sich sicher erkennbar vom weißen Ausgangszustand der Glasfaserwolle unterscheiden.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Glasfaserwolle in einer durch die Wand des Gehäuses zum Gasraum führenden Bohrung angeordnet.
Die Bohrung kann an der Gehäuseaußenseite durch einen Gewindeeinsatz geschlossen sein, der ein druckfestes Sichtfenster aufweist, wobei die Anordnung mit besonderem Vorteil so getroffen sein kann, dass die Glasfaser- wolle in der Bohrung zwischen dem das Sichtfenster aufweisenden Gewindeeinsatz und einem am inneren Ende der Bohrung befindlichen Siebkörper angeordnet ist. Es kann jedoch auch eine Beobachtung nur über das Sichtfenster oder Sichtglas genügen, um eine Beschädigung des Trennelements auch ohne Indikator durch eine Bedien- oder Wartungsperson erkennen zu können.
Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Bohrung als durchgehende Gewindebohrung ausgebildet ist, mit deren innerem Ende ein Gewindering verschraubbar ist, der den Halter für den Siebkörper bildet. Für die Überwachungseinrichtung ergibt sich dadurch ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau.
Bei Druckspeichern mit einem zylinderförmigen Gehäuse, das an einem Ende einen einen axialen Gehäuseabschluss bildenden Gehäusedeckel aufweist, kann die Bohrung der Überwachungseinrichtung vorteilhaft im Gehäusedeckel ausgebildet sein.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckspeichers;
Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 in größerem Maßstab gezeichneten Längsschnitt des ein Sichtfenster aufweisenden Gewindeeinsatzes des Ausführungsbeispiels; Fig. 3 einen im gleichen Maßstab wie Fig. 2 gezeichneten Längsschnitt eines weiteren Gewinderinges mit Siebkörper und
Fig. 4 eine perspektivische Schrägansicht des Gewinderinges von
Fig. 3.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers in Form eines Metallbalgspeichers ist insbesondere für eine Verwen- dung in Hydrauliksystemen und Kraftstoffanlagen vorgesehen, um Druckstöße des Betriebsmediums zu dämpfen und zu glätten. Im Bereich der Kraftstoffsysteme ist dabei insbesondere an Dieselkraftstoff, Ottokraftstoff oder dergleichen gedacht. Ferner könnte ein Druckspeicher auch bei elek- trohydraulischen Bremsanlagen, beispielsweise im Fahrzeugbau, Verwen- dung finden. Der gezeigte Druckspeicher weist ein als Ganzes mit 2 bezeichnetes Speichergehäuse auf, mit einem im Wesentlichen kreiszylinder- förmigen, eine Längsachse 4 definierenden, topfartigen Hauptteil 6. Das Hauptteil 6 weist an einem Ende als Gehäuseabschluss einen Gehäusedeckel 8 auf, der mit dem Hauptteil 6 durch Umlegen von dessen Endrand 10 an einer Schrägfläche 12 des Deckels 8 verbindbar ist, wobei ein O-Ring 14 die Abdichtung bildet. Der umgelegte Endrand 12 kann mit dem Gehäusedeckel 8 mittels einer zusätzlichen Schweißstelle (nicht dargestellt) verbunden sein. Im Gehäusedeckel 8 kann ein (ebenfalls nicht gezeigter) Füllan- schluss für das Einbringen eines Arbeitsgases, wie N 2 in einen gasseitigen Arbeitsraum vorgesehen sein, der in Fig. 1 als Gasraum 16 bezeichnet ist.
An dem dem Deckel 8 entgegengesetzten Ende weist das Hauptteil 6 des Speichergehäuses 2 einen Boden 18 auf, an dem, koaxial zur Längsachse 4, ein Fluidanschluss mit einem zylindrischen Anschlusskörper 20 vorgesehen ist. Dieser weist zwei Fluidanschlüsse 22, 24 auf, die in einen gemeinsa- men Eingangsraum 26 münden, der zur Fluidseite 28 im Gehäuse 2 führt. Als Trennelement zwischen dem Gasraum 16 und dem Fluidraum 28 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Metallbalg 30 vorgesehen, der, wie bei dem erwähnten, aus EP 1 709 334 B1 bekannten Druckspeicher, mit seinem einen Ende 32 mit einer inneren, ringförmigen Verlängerung 34 des Deckels 8 durch Schweißen dicht verbunden ist. Der Metallbalg 30 umgibt die Außenseite eines kreiszylinderförmigen, inneren Topfkörpers 36, der an dem dem Gehäuseboden 18 zugewandten Ende offen ist. Mit dem offenen Rand 38 des Topfkörpers 36 ist das andere Balgende 40 durch Schweißen dicht verbunden.
Zur Bildung der Überwachungseinrichtung, die eine Anzeige über einen Fluidübertritt vom Fluidraum 28 zum Gasraum 16 durch einen Balgbruch anzeigt, ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gehäusedeckel 8, zur Längsachse 4 versetzt, eine durchgehende Gewindebohrung 44 ausge- bildet. Die Gewindebohrung 44 ist am äußeren Ende mittels eines Gewindeeinsatzes 46 dicht abgeschlossen. In das innere Ende der Gewindebohrung 44 ist ein Gewindering 48 einschraubbar. Der äußere Gewindeeinsatz 46 ist durch ein Schraubschauglas gebildet, das ein Sichtfenster 50 aus druckfestem Glas aufweist. Beim vorliegenden Beispiel ist hierfür ein von der Firma Herberts Industrieglas, Gewerbeschulstr. 72, D-42289 Wuppertal, im Handel unter der Bezeichnung„Metaglas" erhältliches Schraubschauglas vorgesehen, das ein Sichtfenster 50 aus Borosilikatglas enthält. Der Gewindering 48, der am inneren Ende der Gewindebohrung 44 in diese eingeschraubt ist, trägt einen Siebkörper 52. Dieser bildet einen Träger für eine als Indikator vorgesehene Menge Glasfaserwolle 54, die sich zwischen dem Siebkörper 52 und dem Sichtfenster 50 des Gewindeeinsatzes 46 befindet.
Wie die Fig. 3 und 4 am deutlichsten zeigen, hat der Siebkörper 52 die Form einer halbkugelförmigen Kuppe, gebildet aus einem metallischen Traggewebe, beim vorliegenden Beispiel mit einer Maschenweite von 0,1 mm. Über der Außenseite des Traggewebes erstreckt sich ein ebenfalls metallisches Stützgewebe 56 mit einer Maschenweite von 0,83 mm bei einer Drahtstärke von 0,22 mm.
Die Glasfaserwolle 54, die in ihrem unbenetzten Ausgangszustand weiß ist, verfärbt sich bei einer Benetzung durch Fluid, das bei einem Defekt des Trennelements, im vorliegenden Fall einem Balgbruch, vom Fluidraum 28 zum Gasraum 16 gelangt. Dabei kommt es bei Fluiden wie Hydrauliköl oder Dieselkraftstoff zu einer starken Dunkelfärbung der über das Sichtfenster 50 beobachtbaren Glasfaserwolle 54. Andere Fluide führen je nach ihrer Färbung zu unterschiedlichen Verfärbungen des Indikators, beispielsweise zu weniger dunklen Verfärbungen bei Ottokraftstoffen und dergleichen. In jedem Fall ist über das Sichtfenster 50 die Benetzung der als Indikator dienenden Gasfaserwolle 54 sicher erkennbar. Es versteht sich, dass anstelle der Glasfaserwolle 54 als Indikator andere Substanzen vorgesehen sein können, die ihre optische Eigenschaft bei Benetzung mit den in Frage kommenden Fluiden optisch erkennbar verändern, insbesondere verfärbt werden, wobei der Ausgangszustand des unbenetzten Indikators nicht notwendigerweise weiß sein muss.
Während vorstehend ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel beschrieben ist, bei dem optische Änderungen des Indikators unmittelbar visuell durch Beobachtung durch das Sichtfenster 50 erkennbar sind, ist nachdrücklich darauf hinzuweisen, dass die Erfindung gleichermaßen vorteilhaft einsetzbar ist, wenn betreffende Druckspeicher derart eingebaut sind, dass ein unmittelbarer Blickkontant für visuelle Beobachtung des Sichtfensters 50 nicht möglich ist. In diesen Fällen kann eine optische Sensoreinrichtung bekannter Art vorgesehen sein, beispielsweise einschließlich einer den Indikator
durch das Sichtfenster 50 hindurch beleuchtenden Lichtquelle. Als Indikator kommt jedwede Substanz in Frage, die bei Benetzung ihre optische Eigenschaft oder Reflektivität in einer durch die Sensoreinrichtung detektierbaren Weise ändert. Wie bereits gesagt, brauchen Farbänderungen nicht vom Ausgangszustand weiß auszugehen. Auch kann es sich um monochrome Änderungen der Reflektivität handeln.
Das Sichtfenster 50 kann auch in das Gehäuseteil 46, das als Gewindeeinsatz ausgebildet ist, eingeklebt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine druckdichte Presspassung zwischen dem als Sichtfenster ausgebildeten Sichtkörper 50 und dem Gehäuseteil 46 herzustellen. Dies kann über geeignete Einpassvorgänge von statten gehen, besonders bevorzugt ist jedoch das Herstellen eine Art Reibschlussverbindung zwischen Sichtfenster 50 und zugehörigem Gehäuseteil 46. Im Rahmen einer dahingehenden Reibschlussverbindung kann zwischen den benachbarten Wandteilen von Sichtfenster 50 und Gehäuseteil 46 eine physikalische und/oder chemische druckfeste Verbindung stattfinden. Als weitere Lösungsalternative wäre auch denkbar, das Gehäuseteil 46 mit dem Sichtfenster 50 einstückig herzustellen, insbesondere das Gehäuseteil 46 vollständig aus einem durch- sichtigen Werkstoff, insbesondere druckfesten Glaswerkstoff auszubilden.