WO2017220196A1

WO2017220196A1 - Hydropneumatischer kolbenspeicher

Info

Publication number: WO2017220196A1
Application number: PCT/EP2017/000705
Authority: WO
Inventors: Peter Kloft; Herbert Baltes; Alexander ALBERT
Original assignee: Hydac Technology Gmbh
Priority date: 2016-06-25
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2017-12-28
Also published as: WO2017220179A1; JP2019519739A; EP3475583A1; US20190120257A1; JP2019521294A; US10941789B2; EP3475583B1; EP4230874A3; EP3475584A1; US20200309158A1; US10781830B2; EP3475584B1; EP4230874A2; EP3475583C0

Abstract

Ein hydropneumatischer Kolbenspeicher, mit einem eine Gehäuselängsachse (11) definierenden Speichergehäuse (1), in dem ein Kolben (9) zwischen zwei gegenüberliegenden Gehäusedeckeln (5, 7) längsverfahrbar ist, der im Gehäuse (1) einen Arbeitsraum (13) für ein kompressibles Medium, wie ein Arbeitsgas, von einem Arbeitsraum (1 5) für ein inkompressibles Medium, wie Hydrauliköl, trennt und zumindest einen Teil (55) einer kontinuierlich die jeweilige Position des Kolbens (9) im Gehäuse (1) ermittelnden Wegmesseinrichtung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass im Speichergehäuse (1) eine stangenartige Führung (29, 57) stationär angeordnet ist, die derrKolben (9) in jeder seiner Verfährstellungen im Speichergehäuse (1) vollständig durchgreift und entlang der der Kolben (9) bis zum jeweiligen Anschlagen an einen der beiden Gehäusedeckel (5, 7) verfahrbar geführt ist und dass der Kolben (9) gegenüber dieser Führung (29, 57) mittels einer Abdichteinrichtung (49, 50) abgedichtet ist.

Description

Hydac Technology GmbH, Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar Hydropneumatischer Kolbenspeicher

Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Kolbenspeicher, mit einem eine Gehäuselängsachse definierenden Speichergehäuse, in dem ein Kolben zwischen zwei gegenüberliegenden Gehäusedeckeln längsverfahr- bar ist, der im Gehäuse einen Arbeitsraum für ein kompressibles Medium, wie ein Arbeitsgas, von einem Arbeitsraum für ein inkompressibles Medi- um^wie-Hydratiliköl-trenrit-und-zumindest einen Teil einer kontinuierlich die jeweilige Position des Kolbens im Gehäuse ermittelnden Wegmesseinrichtung aufweist. Hydrospeicher, wie hydropneumatische Kolbenspeicher, kommen in Hydrauliksystemen zum Einsatz, um bestimmte Volumina unter Druck stehender Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, aufzunehmen und bei Bedarf an das System zurück zu geben. Bei den heutzutage üblichen hydropneumatischen Kolbenspeichern, bei denen der Kolben den ölseitigen Arbeitsraum von dem ein Arbeitsgas, wie N2, aufnehmenden Arbeitsraum trennt, verändert sich die Position des Kolbens, so dass der Speicher beim Anstieg des Drucks Hydrauliköl aufnimmt, wobei das Gas im anderen Arbeitsraum komprimiert wird. Bei sinkendem Druck dehnt sich das verdichtete Gas aus und verdrängt dabei gespeichertes Hydrauliköl zurück in den Hydrokreis- lauf. Durch die sich dadurch im Betrieb ergebenden Veränderungen der Volumina der Arbeitsräume ergibt sich jeweils eine entsprechende Axialbewegung des Kolbens. Für das gewünschte, einwandfreie Betriebsverhalten des Speichers ist Voraussetzung, dass der im Arbeitsraum des Arbeitsgases herrschende Druck an das Druckniveau im ölseitigen Arbeitsraum angepasst ist, so dass sich der Kolben an geeigneten Stellen innerhalb des Speichergehäuses befindet und dadurch die Arbeitsbewegungen zwischen Kolben-Endpositionen im Speichergehäuse durchführen kann. Die Ermittlung der Position, die der Kolben bei einem gegebenen Flüssigkeitsdruck im ölseitigen Arbeitsraum einnimmt, ermöglicht zudem eine Feststellung über die Höhe des Füll- drucks des Arbeitsgases im zugehörigen Arbeitsraum und damit eine Überwachung des Kolbenspeichers auf ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit.

Zur Positionsfeststellung des Kolbens wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Aus dem Dokument DE 10 201 3 009 614 A1 ist beispielsweise n Ultraschall Wegmesssysterrrbekdiinl, bei dem, ausgehend von dem an den das Arbeitsgas enthaltenden Arbeitsraum angrenzenden Gehäusedeckel, mittels eines Ultraschallsensors der Abstand zur zugewandten Seite des Kolbens ermittelt wird. Diese Lösung ist insofern aufwendig, als wegen der im Betrieb sich ändernden Schallausbreitungsgeschwindigkeit im das Gas enthaltenden Arbeitsraum eine fortlaufende Fehlerkorrektur des aufgrund einer Laufzeitermittlung erhaltenen Messergebnisses durchzuführen ist. Bei einer weiteren bekannten Lösung, die in DE 103 10 427 A1 offenbart ist, sind an der Außenseite des Speichergehäuses entlang einer Reihe angeordnete Magnetfeldsensoren angeordnet, die auf das Feld einer Mag- netanordnung ansprechen, die sich am Kolben des Kolbenspeichers befindet. Diese Lösung lässt insofern zu wünschen übrig, als eine die Magnetfeldsensoren enthaltende Magnetleiste als äußeres Bauteil am Speicherge- häuse anzubauen ist. Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen hydropneumatischen Kolbenspeicher der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, dessen Wegmesseinrichtung die Positionsermittlung des Kolbens auf besonders einfache und vorteilhafte Weise ermöglicht. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Kolbenspeicher 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 im Speichergehäuse eine stan- genartige Führung stationär angeordnet ist, die den Kolben in jeder seiner Verfahrstellungen im Speichergehäuse vollständig durchgreift und entlang der der Kolben bis zum jeweiligen Anschlagen an einen der beiden Gehäusedeckel verfahrbar geführt ist und dass der Kolben gegenüber dieser Führung mittels einer Abdichteinrichtung abgedichtet ist. Die sichere innere Führung des Kolbens, die erfindongsgemäß durch die stangenartige Fuh- rung des Kolbens zur Verfügung gestellt ist, gewährleistet eine im Vergleich zum Stand der Technik zuverlässigere und genauere Messwerterstellung bei Einsatz unterschiedlicher im Stand der Technik bekannter Messverfahren. Gleichzeitig gewährleistet die zwischen Kolben und stangenartiger Führung gebildete Abdichtung und die dadurch bewirkte sichere Medientrennung der Arbeitsräume eine besonders betriebssichere Funktion des Kolbenspeichers, auch während der Messwerterstellung.

Mit Vorteil können als Wegmesseinrichtung ein optisches Messsystem, wie ein Laser-Messsystem, ein akustisches Messsystem, wie ein Ultraschall- Messsystem, ein magnetisches Messsystem, ein induktives Messsystem, ein Hall-Sensor-Messsystem oder ein magnetostriktives Messsystem zum Einsatz kommen. Ein betreffendes Laser-Messsystem kann, wie in den Dokumenten DE 10 201 1 007 765 A1 oder DE 10 2014 105 1 54 A1 gezeigt, ausgebildet sein. Als Ultraschall-Messeinrichtung kann ein System benutzt werden, wie es im Dokument DE 10 2013 009 614 A1 aufgezeigt ist. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die stangenartige Führung im Speichergehäuse zumindest teilweise als Hohlstange ausgeführt sein und weitere Teile der Wegmesseinrichtung aufweisen, wie einen Wel- lenleiter eines magnetostriktiven Messsystems oder eine Hall-Sensorkette eines Sensor-Messsystems, oder die Führung des Kolbens kann unmittelbar aus den weiteren Teilen der jeweiligen Wegmesseinrichtung gebildet sein, wie dem Wellenleiter des magnetostriktiven Messsystems. Die Ausbildung der stangenartigen Führung als Hohlstange ist beim Einsatz von optischen Messsystemen und akustischen Messsystemen insofern besonders vorteilhaft, weil im Inneren der Hohlstange ein von den Arbeitsräumen separierter Raum für ausgesandte und reflektierte optische oder akustische Messstrahlung zur Verfügung steht. Da somit die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht von Bedingungen wie Druck und Temperatur beeinflusst ist, wie dies bei elftem Vorlauf freier Ultrasetml weHen udei freier^~taserslrahlung dur rMe^ dien mit sich ändernder Schallgeschwindigkeit oder optischer Durchlässigkeit hindurch der Fall wäre, ist das Messergebnis nicht von wechselnden Medienzuständen beeinträchtigt, wie dies bei dem genannten Stand der Technik der Fall ist.

Für die stangenartige Führung, wie die Hohlstange, kann eine vorzugsweise koaxial zur Längsachse im Kolben ausgebildete Durchführung vorgesehen sein, an der sich eine Permanentmagneteinrichtung befindet. Bei einem Hall-Sensormesssystem, wie auch bei einem magnetostriktiven Messsystem, kann die Permanentmagneteinrichtung als Positionsgeber dienen.

Bei einem magnetostriktiven Messsystem kann die stangenartige Führung durch ein den Messdraht unmittelbar umgebendes Hüllelement aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff gebildet sein. In diesem Hüllelement, das beispielsweise aus einem Kunststoff besteht, kann auch ein elektrischer Rückleiter für den den Messvorgang auslösenden Stromimpuls eingebettet sein, der von einer weiteren, die Außenseite des die stangenartige Führung bildenden runden Stranges bildenden Hüllschicht umfasst ist.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die die stangenartige Führung bildende Hohlstange vorzugsweise durch ein vorzugsweise druckfestes, kreisrundes Hüllrohr gebildet. Vorzugsweise besteht dieses aus einem nicht magnetischen, metallischen Werkstoff. Die glattflächige äußere Oberfläche ermöglicht in der Durchführung des Kolbens die Ausbildung einer leichtgängigen Führung bei den Verfahrbewegungen des Kolbens.

Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Speichergehäuse ein Zylinderrohr aufweist, das an beiden Enden durch einen Gehäusedeckel geschlossen ist, wobei das Hüllrohr mit zumindest einem offenen Ende an einem der Gehäusedeckel festgelegt ist und wobei an diesem der mi ^em^A^He le tei^ s-ma n tostrii^ Messsystems ver- bundene, einen Impulssender/Empfänger aufweisende Impulswandler angeordnet ist.

Bei einem Ultraschall-Messsystem kann im Hüllrohr ein Positionsgeber ver- schiebbar geführt sein, der durch zwischen ihm und dem Kolben wirkende Magnetkraft der Permanent-Magneteinrichtung den Kolbenbewegungen nachfolgt, wobei an einem der Gehäusedeckel ein Sender-Empfänger der Wegmesseinrichtung angeordnet ist, der durch das betreffende offene Ende des Hüllrohres hindurchtretende Messstrahlung zum Positionsgeber aus- sendet und von diesem reflektierte Strahlung empfängt. Da durch das Hüllrohr ein von den Medien in den Arbeitsräumen des Kolbenspeichers separierter Raum für die Messstrahlung zur Verfügung steht, kommen die beim Stand der Technik gegebenen, durch Zustandsänderungen der Medien verursachten Beeinträchtigungen des Messergebnisses in Wegfall. Auch bei Einsatz eines Laser-Messsystems kommt dieser Vorteil zum Tragen, weil im Unterschied zum Stand der Technik sich bei großen und dynamischen Temperaturunterschieden eine Art Kondensat (Nebel) bilden kann, der die Lasermessung beeinträchtigt, jedoch bei der Erfindung ein demgegenüber ungestörter Raum für die Messstrahlung zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise grenzt der das offene Ende des Hüllrohres aufnehmende Deckel an den gasseitigen Arbeitsraum an. Dadurch lässt sich mit Vorteil an dem das offene Ende des Hüllrohres aufnehmenden Gehäusedeckel am gasseitigen Arbeitsraum auch der Impulswandler des jeweiligen Sensorsystems anordnen, so dass der gegenüberliegende Gehäusedeckel ungehindert frei bleibt für die Anschlussverbindung der zum zugeordneten Hydrauliksystem führenden Rohrleitung (nicht gezeigt). Alternativ kann das Hüllrohr auch an seinem nicht festgelegten freien Ende offen sein oder an seinem nicht festgelegten freien Ende geschlossen sein. Im letzteren Fall kann über das freie Rohrende der Druckausgleich_, zwischen Rohrinnenraum und dem Arbeitsraum am freien Rohrende ei folgen, so dass an die Druckfestigkeit des Hüllrohres keine hohen Anforderungen zu stellen sind. Im zweiten Fall mit am freien Ende geschlossenem Hüllrohr kann der Rohrinnenraum drucklos sein, so dass an der für den Impulswandler am Gehäusedeckel gebildeten Aufnahme mit zum Rohrinnenraum führendem Durchgang keine besonders aufwändige Abdichtung erforderlich ist.

Alternativ kann das Hüllrohr mit beiden offenen Enden an je einem Gehäusedeckel festgelegt sein. Bei dieser Gestaltung eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, dass, von beiden offenen Enden des Hüllrohres ausgehend, sich der Wellenleiter je eines Sensorsystems über jeweils einen Teil der Länge der Messstrecke innerhalb des Hüllrohres erstreckt. Bei Kolbenspeichern besonders großer Baulänge lässt sich dadurch die Gesamt-Messstrecke durch zwei kürzere Sensorsysteme abdecken. Bei weiteren alternativen Ausführungsbeispielen kann der das offene Ende des Hüllrohres aufnehmende Deckel an den ölseitigen Arbeitsraum angrenzen. Der Anschluss für Hydrauliköl kann hierbei, axial versetzt, am Deckel neben der zentral angeordneten Aufnahme für den Impulswandler des Sen- 5 sorsystems angeordnet sein.

Das jeweilige Sensorsystem kann in vorteilhafter Weise auch durch ein aus einem offenen Ende des Hüllrohres herausnehmbares Bauteil mit einer vorzugsweise aufrollbaren, den Wellenleiter schlauchartig umgebenden, flexib-0 len Umhüllung gebildet sein. Dadurch kann ein und dasselbe magnetostrik- tive Sensorsystem für die Funktionsüberwachung mehrerer Kolbenspeicher benutzt werden, indem das Sensorsystem lediglich für eine Messperiode in dem betreffenden Kolbenspeicher verbleibt und nach dem Abschluss der Messperiode aus dem Kolbenspeicher herausgenommen wird.

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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.

einen verkürzt dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers; in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt des Kolbens des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers; einen verkürzt gezeichneten Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers; einen verkürzt gezeichneten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels von Fig. 3, wobei jedoch vom magnetostriktiven Sensorsystem lediglich das äußere Hüllelement in Form eines Hüllrohres gezeigt ist;

Fig.5 einen verkürzt gezeichneten Längsschnitt eines dritten Aus-

5 führungsbeispiels;

Fig.6 einen verkürzten Längsschnitt des dritten Ausführungsbeispiels, wobei vom Sensorsystem lediglich das äußere Hüllelement in Form eines Hüllrohres gezeigt ist;

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Fig. 7 einen verkürzt gezeichneten Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels;

Fig.8 einen verkürzten Längsschnitt des vierten Ausführungsbei-- spiels, wobei vom Sensorsystem lediglich das äulSere Hüll- element in Form eines Hüllrohres gezeigt ist;

Fig.9 einen verkürzt gezeichneten Längsschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels, wobei vom Sensorsystem lediglich das äu-0 ßere Hüllelement in Form eines Hüllrohres gezeigt ist;

Fig. 10 einen Längsschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers; 5 Fig. 11 und 12 Längsschnitte eines siebten Ausführungsbeispiels, wobei das Sensorsystem mit seinen inneren Hüllelementen unterschiedlich weit aus dem durch ein Hüllrohr gebildeten äußeren Hüllelement herausgezogen dargestellt ist; und 0 Fig. 13 einen verkürzten Längsschnitt eines achten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers. Anhand der Fig. 1 bis 12 ist die Erfindung an Beispielen erläutert, bei denen der Kolbenspeicher mit einem magnetostriktiven Messsystem versehen ist. Die Fig. 1 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Ultraschall- Messsystem.

Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers weisen ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Speichergehäuse auf, das bei sämtlichen gezeigten Ausführungsbeispielen als Hauptteil ein einen runden Hohlzylinder bildendes Zylinderrohr 3 aufweist. Dieses ist an beiden Enden durch einen eingeschraubten Gehäusedeckel 5 und 7 dicht verschlossen, zwischen denen ein Kolben 9 entlang der Gehäuselängsachse 1 1 frei verfahrbar ist. Der Kolben 9 trennt einen gassei- tigen-Arbeitsrauiii 1 3, denate^~kompressibles Medium ein Arbeitsgas, wieTsli; das unter einem Fülldruck steht, aufnimmt, von einem Arbeitsraum 1 5, der ein inkompressibles Medium, wie Hydrauliköl, aufnimmt. Für die Verbindung dieses Arbeitsraumes 1 5 mit einem zugeordneten Hydrauliksystem, das nicht dargestellt ist, ist in dem an den ölseitigen Arbeitsraum 1 5 an- grenzenden Gehäusedeckel 7 eine Anschlussöffnung 1 7 koaxial zur Längsachse 1 1 angeordnet. Am gegenüberliegenden Gehäusedeckel 5, der an den gasseitigen Arbeitsraum 1 3 angrenzt, ist, zur Längsachse 1 1 versetzt, ein Füllkanal 1 9 vorgesehen, an dessen äußerem Ende ein Füllventil 21 üblicher Art angeordnet ist, über das in den Arbeitsraum 1 3 eine unter einem Fülldruck stehende Füllmenge des Arbeitsgases einbringbar ist.

In zur Längsachse 1 1 koaxialer Anordnung ist in dem an den gasseitigen Arbeitsraum 1 3 angrenzenden Gehäusedeckel 5 auch eine Sensoraufnahme 23 vorgesehen, die im äußeren Endbereich einen Sitz 25 für ein Einschraub- teil des Impulswandlers 26, sowie eine Durchgangsöffnung 27 aufweist, durch die hindurch sich der Strang 29 der Hüllelemente des Wellenleiters entlang der Längsachse 1 1 und durch eine im Kolben 9 gebildete Durchführung 31 hindurch über die Länge der Messstrecke in Richtung auf den anderen Gehäusedeckel 7 erstreckt. Der Strang 29 bildet bei diesem ersten Ausführungsbeispiel im Sinne der Erfindung die strangartige Innenführung für den Trenn-Kolben 9 aus.

Die Fig. 2, die den Kolben 9 in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung zeigt, die etwa der Größe einer praktischen Ausführungsform entspricht, verdeutlicht die Einzelheiten der zentralen Durchführung 31 . An seinem Außenumfang weist der Kolben 9, wie bei derartigen Speicherkolben für eine äußere Abdichtung zwischen den Fluid- und Medienräumen üblich, vertiefte Ringnuten 33 und 35 für nicht gezeigte Kolbendichtungen auf sowie zu diesen in Richtung auf die beiden axialen Endbereiche hin versetzt, flachere Ringnuten 37 und 39 für ebenfalls nicht gezeigte Führungsleisten

Kolbenseite, die im Speichergehäuse 1 dem gasseitigen Arbeitsraum 1 3 zugewandt ist, eine runde topfartige Vertiefung 41 auf, deren ebener Boden 43 auf etwa halber axialer Länge des Kolbens 9 gelegen ist. Die Durchführung 31 weist eine Durchgangsbohrung 51 auf, die sich, zur Längsachse 1 1 koaxial, vom Boden 43 ausgehend bis zur Kolbenstirnseite erstreckt. In dem an den Boden 43 angrenzenden Bohrungsbereich weist die Bohrung 51 eine kreiszylindrische Erweiterung 53 auf, die den Sitz für einen Ringkörper 45 bildet, der durch zur Bohrung 51 parallel verlaufende Schrauben 47 in der Erweiterung 53 festgelegt ist. Ringnuten 49 und 50 sind im nicht erwei- terten Teil der Bohrung 51 für Dichtringe als Teil der inneren Dichtung ausgebildet.

Der in der Erweiterung 53 festgelegte Ringkörper 45 bildet den Träger für die als Positionsgeber dienende Permanentmagneteinrichtung. Diese ist durch einen Magnetring 55 gebildet, der an der mit dem Boden 43 fluchtenden freien Fläche des Ringkörpers 45 durch Kleben festgelegt ist. Der Innendurchmesser des zur Bohrung 51 koaxial angeordneten Magnetringes 55 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung 51 . Für die magnetische Entkopplung des Magnetringes 55 vom metallischen Kolben 9 sind die Schrauben 47 und der Ringkörper 45 aus duroplastischem Kunst- stoff.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers, bei dem als außenliegendes Hüllelement, das die den Strang 29 bildenden Hüllelemente umgibt, ein Hüllrohr 57 vorgesehen ist, das mit seinem einen, offenen Ende 59 an dem an den gasseitigen Medienraum 1 3 angrenzenden Deckel 5 mittels einer Löt- oder Schweißverbindung 24, derart festgelegt ist, dass das offene Ende 59 in die Durch- gangsöffnung 27 der Sensoraufnahme 23 übergeht. Am gegenüberliegenden Ende 60 ist das Hüllrohr 57 geschlossen. Bei druckfester Ausbildung des H^ lmly^-^- beispielsw r e-atts^eiii iii nid ilmdgnelischen me allischen

Werkstoff, bleibt der Rohrinnenraum, ungeachtet des in den Arbeitsräumen 1 3, 1 5 herrschenden Speicherdrucks, drucklos, so dass an die Abdichtung am Sitz 25 der Sensoraufnahme 23 keine hohen Ansprüche zu stellen sind. Gleichzeitig ermöglicht die glatte Oberfläche des Hüllrohres 57 eine leicht- gängige Führung des Kolbens 9 an der Durchführung 31 und dadurch ein vorteilhaftes Betriebsverhalten des Kolbenspeichers. Das Hüllrohr 57 bildet die Stangenführung für den Kolben 9 aus.

Das dritte Ausführungsbeispiel von Fig. 5 und 6 unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen Beispiel lediglich dadurch, dass das Hüllrohr 57 auch an dem Ende 60 offen ist, das dem an den ölseitigen Arbeitsraum 15 angrenzenden Gehäusedeckel 7 benachbart ist. Dadurch ist der Innenraum des Hüllrohres 57 gegenüber dem Arbeitsdruck des Speichers druckausgeglichen, so dass keine druckfeste Bauweise des Hüllrohres 57 in Form der Stangenführung erforderlich ist. Außer einem nichtmagnetischen Metallrohr kann daher auch ein Kunststoffrohr benutzt werden. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Hüllrohr 57 mit seinem offenen Ende 60 nicht kurz vor dem die ölseitige Anschlussöffnung 1 7 aufweisenden Gehäusedeckel 7 endet, sondern an diesem in einer zentral durchgehenden Bohrung 61 aufgenommen ist. Diese ist, wie dies auch bei der in der Durchführung 31 des Kolbens 9 befindlichen Bohrung 51 der Fall ist, in Längsrichtung gestuft, wobei am inneren Endbereich der Bohrung 61 eine Erweiterung 54 gebildet ist, die in Form und Größe der Erweiterung 53 im Kolben 9 entspricht. Wie im Kolben 9 ist in dieser Erweiterung 54 der gleiche Ringkörper 45, wie er im Kolben 9 benutzt wird, eingesetzt und ebenfalls mit Schrauben 47 gesichert. Das den Ringkörper 45 durchgreifende Endteil des Hüllrohres 57 ist in der Bohrung 61 durch Dichtringe 62 und 63 abgedichtet. Die für den Zugang zum ölsei- tigen Arbeitsraum 1 5 vorgesehene Anschlussöffnung 1 7 ist bei diesem Aus- fti4iTtfflgst>etspiel in ui Längsachse radial versetzter Position angeordnet.

Bei dieser Anordnung des Hüllrohres 57 und bei zur Umgebung offener Bohrung 61 ist das Hüllrohr 57 wiederum drucklos, so dass an der zum Sitz 25 des Impulswandlers 26 führenden Durchgangsöffnung 27 und an der Sensoraufnahme 23 keine besonders drucksichere Dichtungsanordnung vorgesehen sein muss. Bei entsprechend drucksicherer Ausbildung der am Sitz 25 befindlichen Dichtungsanordnung 64 kann an dem die Anschlussöffnung 1 7 aufweisenden Gehäusedeckel 7 auch eine Fluidverbindung (nicht dargestellt) zwischen Anschlussöffnung 1 7 und Bohrung 61 vorgesehen sein, so dass das Hüllrohr 57 auch bei diesem Ausführungsbeispiel im Inneren den Speicherdruck führt und dementsprechend, wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 5 und 6, druckausgeglichen ist.

Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 entspricht, abgesehen davon, dass eine Durchgangsöffnung 65 und Sitz 66 für den in dieser Figur nicht gezeigten Impulswandler 26 an dem ölseitigen Gehäusedeckel 7 vorgesehen sind, wobei das am Deckel 7 festgelegte offene Ende 60 in die Durchgangsöffnung 65 einmündet. Wie bei Fig. 7 und 8 ist die Anschlussöffnung 1 7 für den ölseitigen Arbeitsraum 1 5 zur Längsachse radial versetzt. Die Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Speichergehäuse 1 großer Baulänge. Bei diesem Beispiel entsprechen die Bauweise des gassei- tigen Gehäusedeckels 5 und des ölseitigen Gehäusedeckels 7 jeweils der Deckelbauweise von Fig. 7 und 8, wobei das Hüllrohr 57 mit beiden offenen Enden an diesen Deckeln 5, 7 festgelegt ist. Um die große Länge der Messstrecke im Speichergehäuse 1 nicht von einem einzigen Sensorsystem abdecken zu müssen, sind sowohl am gasseitigen Deckel 5 ein Sitz zur Bildung einer Sensoraufnahme 23 vorgesehen, als auch am ölseitigen Deckel 7. Dabei bildet die gestufte Bohrung 61 , der Fig. 7 und 8, im erweiterten Endabschnitt 67 einen Sitz für einen zweiten Impulswandler 28. Dadurch

ter enthaltenden Strang 29 jeweils eine Hälfte der langen Messstrecke ab.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 1 und 12 entspricht die Bauweise des Speichergehäuses 1 dem Beispiel von Fig. 3 und 4. Der den Wellenlei- ter des Sensorsystems enthaltende Strang 29 ist durch aus einem Elastomer gebildete Hüllelemente flexibel. Nach dem Herausziehen aus dem Hüllrohr 57, das am freien Ende 60 geschlossen und dadurch drucklos ist, kann der Strang 29, ohne Betriebsunterbrechung des Kolbenspeichers, herausgezogen und aufgerollt werden, wenn eine betreffende Messperiode beendet ist. Das Sensorsystem kann dadurch zur Überwachung mehrerer Kolbenspeicher benutzt werden, in die er über die im Gehäusedeckel 5 befindliche Durchgangsöffnung 27 eingeführt wird.

Bei dem mit einem Ultraschall-Messsystem versehenen Ausführungsbeispiel von Fig. 1 3 ist der Positionsgeber aus einem ferromagnetischen Werkstoff als einstückiger Rundkörper ausgebildet, der an beiden axial einander ent- gegengesetzten Enden je eine ebene Kreisscheibe 58 aufweist, an deren Außendurchmesser der Positionsgeber im Hüllrohr 57 verschiebbar geführt ist. Die Scheiben 58 sind über ein im Durchmesser verringertes Verbindungsteil 59 einstückig miteinander verbunden. Der axiale Abstand der Scheiben 58 ist der axialen Höhe des Magnetringes 55 derart angepasst, dass die Endflächen der Scheiben 58 mit den axialen Endflächen des Magnetringes 55 fluchten, so dass ein optimaler Magnetfluss mit dem Magnetring 55 gebildet ist. Die Endfläche der Scheibe 58 des Positionsgebers, die dem Ende 60 des Hüllrohres 57 zugewandt ist, bildet die Reflexionsfläche für vom Ende 60 her in das Hüllrohr 57 eintretende Messstrahlung. Durch die Verfahrbewegung des Kolbens 9 wird der Positionsgeber mittels der angesprochenen Magnetkraft„mitgeschleppt", so dass die jeweilige Stellung des Positionsgebers der Stellung des Kolbens 9 entspricht.

Gehäusedeckels 7 weist in gleicher Weise, wie dies bei der Bohrung 51 an der Durchführung 31 des Kolbens 9 der Fall ist, eine kreiszylindrische Erweiterung 54 auf, in der der gleiche Ringkörper 45, wie er auch an der Durchführung 31 des Kolbens 9 als Kunststoffkörper benutzt wird, aufge- nommen und durch Schrauben 47 gesichert ist. Der Ringkörper 45 bildet am Gehäusedeckel 7 eine passende Einfassung des eingesteckten Endabschnitts des Hüllrohres 57. Die Wegmesseinrichtung weist für das Ultraschall-Messverfahren einen Sender/Empfänger 75 auf, für den der äußere, erweiterte Bohrungsabschnitt 67 der Bohrung 61 im ölseitigen Gehäusede- ekel 7 einen Sitz bildet. Von diesem Bohrungsabschnitt 67 ausgehend, erstreckt sich ein Ultraschallwandler mit einer scheibenförmigen Piezokera- mik 78 in den Endbereich des Rohres 57 hinein, um die Abstandsbestimmung zur Reflexionsfläche an der zugewandten Scheibe 58 des Positionsgebers 57 durchzuführen. Anders als gezeigt, könnte der Sende/Empfänger 75 auch am gasseitigen Gehäusedeckel 5 angeordnet sein, wobei der erwei- terte, endseitige Bohrungsabschnitt 73 der Durchgangsöffnung 27 den Sitz für die Wegmesseinrichtung bilden könnte.

Anstelle des Senders/Empfängers 75 für Ultraschall könnte ein solcher auch 5 für Laserstrahlen eingesetzt werden. Vorzugsweise weist dann der Positionsgeber auf seiner Oberseite eine reflektierende Fläche für Laserlicht auf, die das vom Sender 75 ausgesendete Laserlicht an den Empfänger 75 zurückwirft. Aus den Laufzeitunterschieden lässt sich dann die Position des Kolbens 9 und gegebenenfalls auch dessen Verfahrgeschwindigkeit

10 und/oder die Beschleunigungswerte beim Anfahren und Abbremsen ermitteln. Ferner lässt sich anstelle des magnetostriktiven Leiters in Form des Stranges 29 in die stangenartige Führung in Form des Hohl- oder Hüllrohres 57 die Sensorkette eines Hall-Sensor-Messsystems, beispielsweise nach der Lehre der DE 10 2013 014 282 A1 einsetzen.

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Auch Teile eines magnetischen oder induktiven Messsystems wie in der DE 103 10 427 A1 bzw. DE 10 201 1 090 050 A1 aufgezeigt, lassen sich in der druckdichten stangenartigen Führung in Form des Hohl- oder Hüllrohres 57 aufnehmen.

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Für die vorzunehmenden Positionsmessungen des Kolbens 9 ist dieser wichtiger Bestandteil des Gesamt-Messsystems und trägt Komponenten desselben oder schleppt diese über eine magnetische Kopplung bei seiner Bewegung mit. Ebenso nimmt, wie dargelegt, die hohle Führungsstange 57

25 Teile des Gesamt-Messsystems auf. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die stangenartige Führung koaxial zur Längsachse 1 1 im Speichergehäuse 1 aufgenommen. Die den Kolben 9 durchgreifende Führung könnte aber auch außermittig zur Längsachse 1 1 parallel zu derselben im Speichergehäuse 1 angeordnet sein. Ferner wären auch mehrere Führungsstan-

30 gen in Parallelanordnung zueinander innerhalb des Speichergehäuses 1 denkbar. In Abhängigkeit der Anzahl der eingesetzten Führungsstangen be- nötigt dann der Trennkolben 9 entsprechende Durchgriffsöffnungen für die dahingehenden Führungen. Ferner durchgreift die jeweilige Führungsstange regelmäßig das Innere des Speichergehäuses 1 zwischen deren beiden end- seitigen Gehäusedeckeln 5,7 und ist ebenfalls koaxial zum Speichergehäuse 1 verlaufend angeordnet.

Die zwischen Führungsstange und Kolben 9 wirkende Abdichteinrichtung 49, 50 ist in jedem Verfahrzustand des Kolbens 9 wirksam und die beiden Dichtringe, aufgenommen in den Ringnuten 49, 50 umgreifen unter Anlage die dahingehende Führungsstange. Die beiden in den Ringnuten 49, 50 geführten Dichtringe nehmen in Richtung der Längsachse 1 1 gesehen, einen vorgebbaren axialen Abstand zueinander ein und stabilisieren als Teil der inneren Führung des Kolbens 9, dessen axiale Verfahrbewegung entlang der Führungsstange 29, 57. Die Abdichteinrichtung 49, 50 ist auf der In- nenseite des -Kölbens-9-und n Blickrichtung auf diel-^' ig. gesehen, oberhalb^{^} des in den Kolben 9 eingeschraubten Ringkörpers 45 angeordnet. Die innere Führung des Kolbens 9 unter Einsatz der Abdichteinrichtung 49, 50 in Verbindung mit der äußeren Führung entlang der Innenwand des Speichergehäuses 1 , mit der zugehörigen äußeren Abdichteinrichtung 33, 35, führen zu einer genauen Verfahrbewegung des Kolbens 9 innerhalb des Speichergehäuses 1 , was zu verbesserten Messergebnissen bei der Positionsermittlung des Kolbens 9 und seiner jeweiligen Bewegungszustände führt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Hydropneumatischer Kolbenspeicher, mit einem eine Gehäuselängsachse (1 1 ) definierenden Speichergehäuse (1 ), in dem ein Kolben (9) zwischen zwei gegenüberliegenden Gehäusedeckeln (5, 7) längsverfahrbar ist, der im Gehäuse (1 ) einen Arbeitsraum (1 3) für ein kompressibles Medium, wie ein Arbeitsgas, von einem Arbeitsraum (1 5) für ein in- kompressibles Medium, wie Hydrauliköl, trennt und zumindest einen Teil (55) einer kontinuierlich die jeweilige Position des Kolbens (9) im Gehäuse (1 ) ermittelnden Wegmesseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Speichergehäuse (1 ) eine stangenartige Führung (29, 57) stationär angeordnet ist, die den Kolben (9) in jeder seiner Verfahrstellungen im Speichergehäuse (1 ) vollständig durchgreift und entlang der der Kolben (9) bis zum jeweiligen Anschlagen an einen der

(9) gegenüber dieser Führung (29, 57) mittels einer Abdichteinrichtung (49, 50) abgedichtet ist.

Kolbenspeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung insbesondere gebildet ist aus

einem optischen Messsystem, wie einem Lasermesssystem;

einem akustischen Messsystem, wie einem Ultraschall-Messsystem

(75, 78);

- einem magnetischen Messsystem;

- einem induktiven Messsystem;

- einem Hallsensormesssystem; und

- einem magnetostriktiven Messsystem (23, 26, 28, 29).

Kolbenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stangenartige Führung (29, 57) im Speichergehäuse (1 ) zumindest teilweise als Hohlstange (57) ausgeführt ist und weitere Teile der Weg- messeinrichtung aufweist, wie einen Wellenleiter (29) eines magne- tostriktiven Messsystems oder eine Hall-Sensorkette eines Sensormesssystems, oder dass die Führung des Kolbens (9) unmittelbar aus den weiteren Teilen der Wegmesseinrichtung gebildet ist, wie dem Wellenleiter (29) des magnetostriktiven Messsystems (23, 26, 28, 29).

Kolbenspeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Führung (29, 57) eine vorzugsweise koaxial zur Längsachse (1 1 ) im Kolben (9) ausgebildete Durchführung (31 ) vorgesehen ist, an der sich eine Permanentmagneteinrichtung (55) befindet.

Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem magnetostriktiven Messsystem (23, 26, 28, 29) ein den Messdraht unmittelbar umgebendes Hüllelement (29) aus-erriem elekt isch nichl leitenden Werkstoff vorgesehen ist.

Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Führung bildende Hohlstange (57) ein vorzugsweise druckfestes, kreisrundes Hüllrohr (57) aufweist.

Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (1 ) ein Zylinderrohr (3) aufweist, das an beiden Enden durch einen Gehäusedeckel (5, 7) geschlossen ist, dass das Hüllrohr (57) mit zumindest einem offenen Ende an einem der Gehäusedeckel (5, 7) festgelegt ist und dass an diesem der mit dem Wellenleiter des magnetostriktiven Messsystems (23, 26, 28, 29) verbundene, einen Impulssender/Empfänger aufweisende Impulswandler (26, 28) angeordnet ist.

Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ultraschall-Messsystem (75, 78) oder einem Laser-Messsystem im Hüllrohr (57) ein Positionsgeber verschiebbar geführt ist, der durch zwischen ihm und dem Kolben (9) wirkende Magnetkraft der Permanent-Magneteinrichtung (55) den Kolbenbewegungen nachfolgt, und dass an einem der Gehäusedeckel (5, 7) ein Sender- Empfänger (75) der Wegmesseinrichtung angeordnet ist, der durch das betreffende offene Ende (25, 26) des Hüllrohres (57) hindurchtretende

Messstrahlung zum Positionsgeber aussendet und von diesem reflektierte Strahlung empfängt.

9. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der das offene Ende des Hüllrohres (57) aufnehmende Deckel (5) an den gasseitigen Arbeitsraum (13) angrenzt.

10. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (57) auch an seinem nicht festgelegten freien Ende (60) offen ist.

1 1 . Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (57) an seinem nicht festgelegten freien Ende (60) geschlossen ist.

12. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (57) mit beiden offenen Enden an je einem Deckel (5 und 7) festgelegt ist. 1

3. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das offene Ende (60) des Hüllrohres (57) aufnehmende Deckel (7) an den ölseitigen Arbeitsraum (15) angrenzt.

14. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass von beiden offenen Enden des Hüllrohres (57) ausgehend sich der Wellenleiter (29) je eines magnetostriktiven Sensorsystems (26, 28) über jeweils einen Teil der Länge der Messstrecke innerhalb des Hüllrohres (57) erstreckt.

5. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Sensorsystem (26, 28) durch ein aus einem offenen Ende des Hüllrohres (57) herausnehmbares Bauteil mit einer vorzugsweise aufrollbaren, den Wellenleiter schlauchartig umgebenden, flexiblen Umhüllung (29) gebildet ist.