WO2020074431A1 - Pressure compensation device designed for underwater applications - Google Patents

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WO2020074431A1
WO2020074431A1 PCT/EP2019/077056 EP2019077056W WO2020074431A1 WO 2020074431 A1 WO2020074431 A1 WO 2020074431A1 EP 2019077056 W EP2019077056 W EP 2019077056W WO 2020074431 A1 WO2020074431 A1 WO 2020074431A1
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WO
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compensation device
pressure compensation
pressure
flexible wall
piston
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Application number
PCT/EP2019/077056
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexandre ORTH
Juergen Schneider
Gottfried Hendrix
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/006Compensation or avoidance of ambient pressure variation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08Cooling; Ventilating
    • H01F27/10Liquid cooling
    • H01F27/12Oil cooling
    • H01F27/14Expansion chambers; Oil conservators; Gas cushions; Arrangements for purifying, drying, or filling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B2201/30Accumulator separating means
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B2201/00Accumulators
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    • F15B2201/315Accumulator separating means having flexible separating means
    • F15B2201/3151Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being diaphragms or membranes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/00Accumulators
    • F15B2201/30Accumulator separating means
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    • F15B2201/3152Accumulator separating means having flexible separating means the flexible separating means being bladders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/00Accumulators
    • F15B2201/30Accumulator separating means
    • F15B2201/32Accumulator separating means having multiple separating means, e.g. with an auxiliary piston sliding within a main piston, multiple membranes or combinations thereof

Definitions

  • the present invention relates to a pressure compensation device for a hydraulic system, set up for underwater applications.
  • Such types of hydraulic systems can be used to move an element under water at water depths up to several thousand meters in connection with the extraction of oil and natural gas, mining, scientific inquiries or infrastructure projects.
  • process valves are located at great depths with which the volume flow of the medium to be extracted can be regulated or shut off.
  • hydraulic and / or electrical and / or mechanical components under water is problematic because the components can be damaged by water, in particular sea water.
  • the high ambient pressure of the water requires pressure compensation.
  • hydraulic pressure compensators can be used, which can raise the pressure level of a hydraulic system used in the underwater area to the ambient pressure prevailing in the water.
  • membranes can be used which are exposed to ambient sea water on one side and which are connected to a reservoir of the hydraulic system on the other side.
  • a disadvantage of this arrangement is that if the membrane, which forms an interface, is damaged, seawater can penetrate into the hydraulic system.
  • a pressure compensation device which is set up for underwater applications, contributes to this. It serves to seal an interior of a housing, which itself forms an (inner) fluid area, from the surrounding sea water area, the pressure compensation device being able to raise a pressure level of the fluid area at least to the ambient pressure prevailing in the sea water area.
  • the hydraulic system which is set up for underwater applications, can consequently comprise an interior of a container (for example a hydraulic and / or electrical component, such as an electric motor, a pump, a tank or the like), which forms a fluid region which is opposite the surrounding sea water area is sealed.
  • the at least one hydraulic pressure compensation device which can raise the pressure level of the fluid (hydraulic fluid, transformer oil, lubricant, etc.) in the fluid area at least to the ambient pressure prevailing in the (surrounding) sea water area.
  • the pressure compensation device is constructed in at least two stages in such a way that at least two stores with a flexible wall area are arranged in series.
  • the device proposed here for a system filled under water with a fluid has the particular advantage that underwater pressure compensation with an at least double (redundant) barrier against intrusion is realized by sea water.
  • the at least two barriers are arranged and connected in series. In other words, this means in particular that first the at least one reservoir with the flexible wall area with the sea water is acted upon, whereby the flexible wall is movable in response to the sea water pressure. The movement of the flexible wall can then be transferred (separated from the direct influence of the sea water) to a movement of the flexible wall area in the subsequent store.
  • a transmission medium, in particular a liquid, which is arranged in the memory, can be used for this.
  • the (resulting) movement of the flexible wall area can (directly) lead to a pressure adjustment in the fluid area, for which the flexible wall area is preferably in direct contact with the fluid area.
  • a pressure adjustment in the fluid area for which the flexible wall area is preferably in direct contact with the fluid area.
  • the internal fluid for example a hydraulic medium, transformer oil or lubricant
  • the two barriers mean that the seawater has to pass two sealing points (membrane or bubbles) before it can penetrate the system (redundancy to prevent system errors).
  • the at least two reservoirs are arranged in an annular pressure chamber of a housing, penetration of seawater into the hydraulic system is reliably avoided in a structurally simple manner.
  • the pressure compensation capacity is significantly increased and the installation space is reduced.
  • the annular pressure chamber of the housing is preferably designed as a hollow cylinder arrangement with two hollow cylinders arranged coaxially to one another, between which there is an intermediate cavity.
  • the at least two stores with a flexible wall area are (completely) arranged in the intermediate cavity.
  • the at least two stores with a flexible wall area are preferably ring-shaped. At least one of the memories can e.g. B. span an annular intermediate cavity.
  • the number of stores with flexible wall areas which are arranged in a row is not very high, for example is 2, 3 or a maximum of 4.
  • the technical outlay for production can thus be limited.
  • the reservoir (which is actively connected to the sea water) with a flexible wall area can be a membrane reservoir or a bladder reservoir.
  • a diaphragm accumulator a diaphragm can be provided, which is essentially plate-shaped, the periphery (fixed) of which is connected to a storage wall, and which is movable radially on the inside in response to a pressure prevailing there.
  • a bladder accumulator can be designed with a flexible wall, which encloses a predeterminable bladder accumulator volume and can move axially and radially in the direction of a pressure prevailing there.
  • the flexible wall and / or the membrane are particularly fluid-tight and resistant to contact with sea water under high pressure.
  • a flexible wall area is expediently loaded by at least one compression spring.
  • a piston accumulator with a displaceable piston is preferably arranged in series between the accumulators with a flexible wall area.
  • the piston of the piston accumulator is expediently loaded by at least one compression spring.
  • the compression spring can be used to set a predeterminable prestress, for example to set a pressure level that is higher than the pressure generated by the seawater on the fluid region.
  • the piston is in particular designed with a rigid piston plate on which the compression spring acts. Damage or overloading of this rigid piston due to the pressure spring load can thus be permanently avoided.
  • the fluid is preferably biased in the fluid region with respect to the pressure of the surrounding sea water region with 0.5 to 10 bar.
  • a correspondingly designed compression spring can be provided in the piston accumulator, with which the prestress above the seawater pressure level can be adjusted.
  • a displacement sensor is advantageously assigned to the piston of the piston accumulator.
  • the displacement sensor is in particular set up to detect the current stroke or the current position of the piston with reference to a reference position or the piston accumulator.
  • a sensor in this sense is in particular a sensor by means of which a position of the piston can be determined or measured directly / indirectly.
  • the sensor can include an end position switch, a pressure switch. This enables monitoring of a possible leakage by observing the position of the piston, for example if a movement of the piston is determined under unchanged pressure conditions.
  • the piston of the piston accumulator can comprise a plurality of sealing devices arranged downstream (in the effective direction of the pressure).
  • the piston can preferably seal an opening of a second interior of the piston accumulator from the fluid region.
  • the piston can additionally have at least one seal that swells (when in contact with sea water).
  • the at least two accumulators with a flexible wall area and the at least one piston accumulator form an intermediate space which is filled with a transmission medium (fluid and / or gas).
  • a (output side) second interior of a membrane or bladder accumulator and a (input side) first interior of a piston accumulator form an (partially or completely) intermediate space filled with a fluid and / or gas.
  • the fluid (or transmission fluid) in the (output-side) second interior of the accumulator with a flexible wall area and the (input-side) first interior of the piston accumulator is preferably a hydraulic fluid, a mechanical grease-like medium or a dielectric transformer oil.
  • the fluid in the (interior) second interior of the piston accumulator and in the fluid area is advantageously an oil, in particular a transformer oil.
  • the pressure compensation device is further preferably designed in the manner of a hollow cylinder in such a way that the at least two stores with a flexible wall area are surrounded by an outer hollow cylinder jacket and are arranged opposite an inner hollow cylinder jacket.
  • An arrangement with the pressure compensation device presented here is expediently arranged in a hollow cylinder arrangement with a hollow cylinder interior, through the central opening of which an actuating axis of an electronic or hydraulic component can be guided.
  • the central passage opening can be arranged (sealingly) around the setting axis of an electronic or hydraulic component (electric motor, pump, cylinder compensation, etc.).
  • a pressure compensation device proposed here for pressurizing at least one container filled with fluid (for example with hydraulic fluid, oil, grease, lubricant, etc.) is proposed for a hydraulic actuating axis of an electric motor, a pump and / or a cylinder compensation .
  • the at least one pressure compensation device is used in particular to apply ambient pressure (water pressure) to an integrated hydraulic actuating axis (electric motor, pump, cylinder compensation) in its oil-filled container.
  • the cylinder or a rod of the cylinder can be guided through the central opening of the housing, which enables a space-saving integrated construction.
  • the measures proposed here are based in particular on the idea of forming an at least two-stage pressure compensator with at least two bladder or membrane accumulators, which forms the interface between seawater and intermediate pressure space, and a piston or spring-piston accumulator, which establishes contact with the hydraulic reservoir. Instead of one, there are now at least two interfaces; this increases the tightness and durability. In addition, a preload which is above the seawater pressure level can be set in the piston or spring piston accumulator.
  • Fig. 1 cross section through a first embodiment of the
  • Pressure compensation device with two bladder accumulators and a piston accumulator device in an annular cavity
  • FIG. 2 a circuit diagram of a pressure compensation device like FIG. 1, but with
  • Fig. 3 Block diagram of the pressure compensation device according to Fig. 1 between
  • Fig. 4 cross section through a further embodiment of the
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of the pressure compensation device 1 with a first accumulator 2a with a flexible wall area and a second accumulator 2b with a flexible wall area, both accumulators 2a and 2b being designed as bladder accumulators with a bladder 18 or 19 as a flexible wall area .
  • the bladder 18 has a first opening 16 to the seawater area 7 and the bladder 19 has a second opening 17 to the fluid area 8.
  • a piston accumulator 3 with a spring-loaded piston 5 is arranged between the first accumulator 2a and the second accumulator 2b. With 11 a space between the outer walls of the first bladder 18 and the second bladder 19 is designated, which is filled with a transmission medium.
  • the pressure compensation device 1 is constructed such that the two accumulators 2a and 2b, the piston accumulator 3 and the intermediate space 11 are arranged in an annular pressure space (intermediate cavity 36, see FIG. 5) of a housing 27.
  • 2 shows the basic diagram of a circuit diagram of a pressure compensation device 1 with - arranged and connected in series - two accumulators 2a, 2b with a flexible wall area 4 and a piston accumulator 3 with a displaceable piston 5.
  • the accumulators 2a, 2b with flexible wall area 4 are explained in FIG. 1 using the example of two bladder accumulators and in FIG. 4 using the example of two membrane accumulators.
  • the flexible wall 4 is explained in FIG. 1 using the example of an impenetrable bladder and in FIG. 4 using the example of an impenetrable membrane.
  • the first accumulator 2a (membrane accumulator) has a (interior) first interior 2.1 and a (interior) second interior 2.2, which are separated from one another by a flexible wall area 4, for example an elastic metal membrane (or a rubber bladder according to FIG. 1) are sealed against each other.
  • the second accumulator 2b (membrane accumulator) is constructed in accordance with the first membrane accumulator 2a, a third interior 2.3 and a fourth interior 2.4 being present, which are separated by a flexible wall area 4.
  • the piston accumulator 3 has a (interior) first interior 3.1 and an (interior) second interior 3.2, which are separated from each other by the displaceable piston 5 and sealed against one another by seals.
  • a filter 38 for the seawater is arranged in front of the first reservoir 2a.
  • the seawater filter can serve to prevent dirt particles from clogging the bore to the membrane 9.1.
  • a displacement sensor 10 is assigned to the displaceable piston 5 of the piston accumulator 3. With 39 a container is designated.
  • FIG. 3 illustrates a block diagram of the pressure compensation device 1, for example also according to FIG. 1, between the seawater area 7 and the fluid area 8.
  • the first interior 2.1 of the first reservoir 2a is located with the seawater region 7 and the fourth interior 2.4 of the second reservoir 2b with the fluid region 8 in connection.
  • the second interior 2.2 of the diaphragm accumulator 2a and the first interior 3.1 of the piston accumulator 3 functionally form a common space 11.
  • the space 11 can be designed as a single space.
  • the intermediate space 11 can also consist of two individual spaces, that is to say of the second interior 2.2 and the first Interior 3.1 exist, which are connected by a pipe or the like.
  • 12 denotes a first boundary, for example a membrane 9.1
  • 13 denotes a second boundary, for example a membrane 9.2.
  • the two boundaries 12, 13 form a double security (redundancy) against ingress of sea water into the fluid region 8.
  • the first interior 2.1 of the first reservoir 2a is filled with sea water (first medium 24), which loads the one side of the membrane 9.1 with the ambient pressure prevailing in the water.
  • the water pressure in the sea water area 7 and in the first interior 2.1 is the same.
  • a second medium 25 transmission medium
  • the second medium 25 is pressurized by the other side of the membrane 9.1, so that the intermediate space 11 forms an intermediate pressure space.
  • the pressure of the medium 25 continues to stress one side of the second membrane 9.2.
  • the second interior 3.2 of the piston accumulator 3 is filled with a medium, preferably with transformer oil.
  • the system device downstream of the pressure compensation device 1 can be designed as a container-like module, for example container 39 (cf. FIG. 2), it being possible for a plurality of such modules to be deposited on the seabed.
  • the container is filled with a dielectric liquid, for example hydraulic oil, so that all components in the module are immersed in the liquid.
  • Pressure compensation device 1 achieves pressure compensation between the interior of the container and the external environment (sea water region 7) in such a way that the liquid in the container is pressurized to the same pressure as prevails in the external environment.
  • the pressure compensation device 1 has at least two separating surfaces or interfaces: a flexible separating element (membrane 9 or bladder), which is in contact with the sea water on one side, and a flexible separating element (membrane 9 or bladder), which is on the other side is acted upon by the liquid that is in the container.
  • the intermediate space 11 is arranged between the two separating elements.
  • the pressure compensation device 1 presented here has the particular advantage that sea water which has inadvertently penetrated through the membrane 9.1 does not get (directly) into the container, but rather remains blocked by the piston 5 in the intermediate space 11 and can be removed there. There is therefore a double security against ingress of sea water.
  • the piston 5 of the piston accumulator 3 is acted upon by a compression spring 14, whereby the medium 25 is under a prestress.
  • the preload pressure is slightly higher than the ambient pressure, for example 0.5 to 10 bar, so that sea water cannot penetrate into the downstream device.
  • the displacement sensor 10 is assigned to the piston 5 and monitors the position of the piston 5.
  • the first reservoir 2a has a first membrane 9.1 and the second reservoir 2b has a second membrane 9.2.
  • the first flexible membrane 9.1 is supported on a first membrane plate 22, for example a rigid sheet, and the second flexible membrane 9.2 is supported on a membrane plate 23.
  • a compression spring 15 In the first interior 2.1 there is a compression spring 15, one end of which is supported on the diaphragm plate 22 and the other end of which is supported in a recess 28 in the cover plate of the housing 27.
  • FIG. 5 shows, in perspective, in section the annular pressure space (between cavity 36) of a housing 27 as part of the pressure compensation device 1.
  • a pressure compensation device 1 for example according to FIGS. 1 and 4
  • a hollow cylinder arrangement 29 - cut in half in FIG. 5 - has a hollow cylinder jacket 31 and a hollow cylinder interior 30.
  • the housing 29 of the pressure compensation device 1 has the shape of the hollow cylinder arrangement 29.
  • the second opening 17 is connected to a container 39, for example a container-like module, via a second connection 21, for example a pipe.
  • the first opening 16, for example a bore is assigned to the seawater region 7 via a first connection 20, for example a pipe.
  • the hollow cylinder arrangement 29 is composed of an outer (first) hollow cylinder 32 and an inner (second) hollow cylinder 33 arranged coaxially therewith, which have an outer hollow cylinder jacket 34 or an inner hollow cylinder jacket 35. Between the outer hollow cylinder jacket 34 and the inner hollow cylinder jacket 35, ie in the cylinder jacket 31 of the hollow cylinder-like housing 27 An annular intermediate cavity 36 is provided coaxially. 1, at least two accumulators 2a, 2b (bladder accumulators) and a piston accumulator 3 or, according to FIG. 4, two accumulators 2a, 2b (membrane accumulators) are arranged in the intermediate cavity 36. In a central opening of the hollow cylinder space 30, an actuating axis 37 shown in broken lines, for example a hydraulic cylinder (not shown) or a drive spindle (not shown) is arranged to save space.

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Abstract

The invention relates to a pressure compensation device (1) designed for underwater applications and by means of which an interior of a container (39), which forms a fluid region (8), can be sealed with respect to the surrounding seawater region (7), wherein a pressure level of the fluid region (8) can be raised at least to the surrounding pressure prevailing in the seawater region (7) by the pressure compensation device (1), wherein the pressure compensation device (1) is constructed in such a way that at least two accumulators (2; 2a, 2b) having a flexible wall region (4) are arranged in series, wherein the at least two accumulators (2; 2a, 2b) are arranged in an annular pressure space of a housing (27). Also proposed is the use of the pressure compensation device (1) for pressurizing at least one fluid-filled container (39) for a hydraulic actuating shaft (37).

Description

Druckkompensationseinrichtung, eingerichtet für Anwendungen unter Wasser  Pressure compensation device set up for underwater applications
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckkompensationseinrichtung für ein hydraulisches System, eingerichtet für Anwendungen unter Wasser. The present invention relates to a pressure compensation device for a hydraulic system, set up for underwater applications.
Solche Art hydraulische Systeme können dazu benutzt werden, um unter Wasser in Wassertiefen bis zu mehreren tausend Metern im Zusammenhang mit der Förderung von Erdöl und Erdgas, mit Bergbau, naturwissenschaftlichen Erkundigungen oder Infrastrukturprojekten ein Element zu bewegen. So befinden sich zum Beispiel bei Erdöl- oder Erdgasförderanlagen auf See in großen Tiefen Prozessventile, mit denen der Volumenstrom des zu fördernden Mediums geregelt oder abgesperrt werden kann. Such types of hydraulic systems can be used to move an element under water at water depths up to several thousand meters in connection with the extraction of oil and natural gas, mining, scientific inquiries or infrastructure projects. For example, in the case of crude oil or natural gas production facilities at sea, process valves are located at great depths with which the volume flow of the medium to be extracted can be regulated or shut off.
Der Einsatz von hydraulischen und/oder elektrischen und/oder mechanischen Komponenten unter Wasser, insbesondere in großen Tiefen, ist problematisch, weil die Komponenten durch Wasser, insbesondere Seewasser, geschädigt werden können. Insbesondere der hohe Umgebungsdruck des Wassers macht eine Druckkompensation erforderlich. Hierfür können hydraulische Druckkompensatoren eingesetzt werden, die das Druckniveau eines im Unterwasserbereich eingesetzten hydraulischen Systems auf den im Wasser vorherrschenden Umgebungsdruck anheben können. Dazu können Membrane eingesetzt werden, die auf einer Seite mit Seewasser der Umgebung beaufschlagt sind und auf der anderen Seite mit einem Reservoir des hydraulischen Systems in Verbindung stehen. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei einer Beschädigung der Membran, die eine Grenzfläche bildet, Seewasser in das hydraulische System eindringen kann. The use of hydraulic and / or electrical and / or mechanical components under water, especially at great depths, is problematic because the components can be damaged by water, in particular sea water. In particular, the high ambient pressure of the water requires pressure compensation. For this, hydraulic pressure compensators can be used, which can raise the pressure level of a hydraulic system used in the underwater area to the ambient pressure prevailing in the water. For this purpose, membranes can be used which are exposed to ambient sea water on one side and which are connected to a reservoir of the hydraulic system on the other side. A disadvantage of this arrangement is that if the membrane, which forms an interface, is damaged, seawater can penetrate into the hydraulic system.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen und eine Verwendung anzugeben, die die genannten Nachteile lindern oder sogar vermeiden. Insbesondere soll auf konstruktiv einfache Weise ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System zuverlässig vermieden werden. Weiterhin soll die Betriebsdauer der Druckkompensationseinrichtung signifikant gesteigert werden. Außerdem soll eine platzsparende Anordnung von Hydrozylindern oder Antriebsspindeln ermöglicht werden. Proceeding from this, it is the object of the present invention to create a device and to specify a use which alleviate or even avoid the disadvantages mentioned. In particular, a penetration of sea water into the should be structurally simple hydraulic system can be reliably avoided. Furthermore, the operating time of the pressure compensation device is to be increased significantly. In addition, a space-saving arrangement of hydraulic cylinders or drive spindles should be made possible.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung oder einer Verwendung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weiterer Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind. These objects are achieved with a device or a use according to the independent patent claims. Further embodiments of the invention are specified in the dependent claims. It should be pointed out that the description, in particular in connection with the figures, give further details and developments of the invention, which can be combined with the features from the patent claims.
Hierzu trägt eine Druckkompensationseinrichtung bei, welche für Anwendungen unter Wasser eingerichtet ist. Sie dient dazu, einen Innenraum eines Gehäuses, der selbst einen (inneren) Fluidbereich bildet, gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abzudichten, wobei mit der Druckkompensationseinrichtung ein Druckniveau des Fluidbereichs mindestens auf den im Seewasserbereich vorherrschenden Umgebungsdruck anhebbar ist. Das hydraulische System, welches eingerichtet ist für Anwendungen unter Wasser, kann folglich einen Innenraum eines Behälters (zum Beispiel einer hydraulischen und/oder elektrischen Komponente, wie einem Elektromotor, einer Pumpe, einem Tank oder ähnlichem) umfassen, der einen Fluidbereich bildet, welcher gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abgedichtet ist. Hierfür ist die zumindest eine hydraulische Druckkompensationseinrichtung vorgesehen, die das Druckniveau des Fluides (Hydraulikflüssigkeit, Trafo-Öl, Schmiermittel, etc.) im Fluidbereich mindestens auf den im (umliegenden) Seewasserbereich vorherrschenden Umgebungsdruck anheben kann. A pressure compensation device, which is set up for underwater applications, contributes to this. It serves to seal an interior of a housing, which itself forms an (inner) fluid area, from the surrounding sea water area, the pressure compensation device being able to raise a pressure level of the fluid area at least to the ambient pressure prevailing in the sea water area. The hydraulic system, which is set up for underwater applications, can consequently comprise an interior of a container (for example a hydraulic and / or electrical component, such as an electric motor, a pump, a tank or the like), which forms a fluid region which is opposite the surrounding sea water area is sealed. For this purpose, the at least one hydraulic pressure compensation device is provided, which can raise the pressure level of the fluid (hydraulic fluid, transformer oil, lubricant, etc.) in the fluid area at least to the ambient pressure prevailing in the (surrounding) sea water area.
Die Druckkompensationseinrichtung ist derart mindestens zweistufig aufgebaut, dass mindestens zwei Speicher mit einem flexiblen Wandbereich in Reihe angeordnet sind. The pressure compensation device is constructed in at least two stages in such a way that at least two stores with a flexible wall area are arranged in series.
Die hier vorgeschlagene Vorrichtung bei einem unter Wasser angeordneten mit einem Fluid gefüllten System (bzw. hydraulische Anlager oder elektrisches System mit Trafo-Öl oder mechanisches System mit Schmiermittel) hat den besonderen Vorteil, dass eine Unterwasserdruckkompensation mit einer mindestens zweifachen (redundanten) Barriere gegen Eindringen von Seewasser verwirklicht ist. Die mindestens beiden Barrieren sind in Reihe angeordnet und geschaltet. Das heißt mit anderen Worten insbesondere, dass zunächst der mindestens eine Speicher mit dem flexiblen Wandbereich mit dem Seewasser beaufschlagbar ist, wodurch die flexible Wand in Reaktion auf den Seewasserdruck beweglich ist. Die Bewegung der flexiblen Wand kann dann (vom unmittelbaren Einfluss des Seewassers getrennt) auf eine Bewegung des flexiblen Wandbereichs in dem nachfolgenden Speicher übertragen werden. Hierfür kann ein Übertragungsmedium eingesetzt werden, insbesondere eine Flüssigkeit, welche in dem Speicher angeordnet ist. Die (daraus resultierende) Bewegung des flexiblen Wandbereichs kann (unmittelbar) zu einer Druckanpassung in dem Fluidbereich führen, wofür der flexible Wandbereich bevorzugt unmittelbar im Kontakt mit dem Fluidbereich steht. Folglich müssten bei dieser Anordnung zwei getrennte Bauteilversagen (bei dem ersten Speicher und dem zweiten Speicher) eintreten, bevor Seewasser in den inneren Bereich des Systems eindringen kann. Die Vorrichtung zeichnet sich folglich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus, sodass das System zum Beispiel für 20 Jahre und mehr Betriebszeit ausgelegt ist und ein Minimum, bevorzugt keine Wartung, erfordert. The device proposed here for a system filled under water with a fluid (or hydraulic system or electrical system with transformer oil or mechanical system with lubricant) has the particular advantage that underwater pressure compensation with an at least double (redundant) barrier against intrusion is realized by sea water. The at least two barriers are arranged and connected in series. In other words, this means in particular that first the at least one reservoir with the flexible wall area with the sea water is acted upon, whereby the flexible wall is movable in response to the sea water pressure. The movement of the flexible wall can then be transferred (separated from the direct influence of the sea water) to a movement of the flexible wall area in the subsequent store. A transmission medium, in particular a liquid, which is arranged in the memory, can be used for this. The (resulting) movement of the flexible wall area can (directly) lead to a pressure adjustment in the fluid area, for which the flexible wall area is preferably in direct contact with the fluid area. As a result, with this arrangement, two separate component failures (in the first reservoir and the second reservoir) would have to occur before sea water can enter the interior of the system. The device is therefore characterized by a high level of reliability, so that the system is designed, for example, for 20 years and more of operating time and requires a minimum, preferably no maintenance.
Das innenliegende Fluid (zum Beispiel ein hydraulisches Medium, Trafo-Öl oder Schmiermittel) ist isoliert und kann somit einen im Wesentlichen gleichen oder sogar höheren Druck gegenüber der Umgebung (zum Beispiel Seewasser) aufweisen. Die beiden Barrieren (flexible Wände) haben zur Folge, dass das Seewasser zwei Dichtpunkte (Membrane oder Blasen) passieren muss, bevor es in das System eindringen könnte (Redundanz zur Verhinderung von Systemfehlern). The internal fluid (for example a hydraulic medium, transformer oil or lubricant) is isolated and can therefore have an essentially equal or even higher pressure than the environment (for example sea water). The two barriers (flexible walls) mean that the seawater has to pass two sealing points (membrane or bubbles) before it can penetrate the system (redundancy to prevent system errors).
Dadurch, dass die mindestens zwei Speicher mit jeweils einem flexiblen Wand bereich in einem ringförmigen Druckraum eines Gehäuses angeordnet sind, ist auf konstruktiv einfache Weise ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System zuverlässig vermieden. Insbesondere sind das Druckkompensationsvermögen signifikant vergrößert und der Bauraum reduziert. Due to the fact that the at least two reservoirs, each with a flexible wall area, are arranged in an annular pressure chamber of a housing, penetration of seawater into the hydraulic system is reliably avoided in a structurally simple manner. In particular, the pressure compensation capacity is significantly increased and the installation space is reduced.
Bevorzugt ist der ringförmige Druckraum des Gehäuses als Hohlzylinderanordnung mit zwei koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern ausgebildet, zwischen denen ein Zwischenhohlraum vorhanden ist. The annular pressure chamber of the housing is preferably designed as a hollow cylinder arrangement with two hollow cylinders arranged coaxially to one another, between which there is an intermediate cavity.
Mit Vorteil sind die mindestens zwei Speicher mit flexiblem Wandbereich (vollständig) in dem Zwischenhohlraum angeordnet. Advantageously, the at least two stores with a flexible wall area are (completely) arranged in the intermediate cavity.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Speicher mit flexiblem Wandbereich ringförmig ausgebildet. Mindestens einer der Speicher kann z. B. einen ringförmigen Zwischenholraum überspannen. The at least two stores with a flexible wall area are preferably ring-shaped. At least one of the memories can e.g. B. span an annular intermediate cavity.
Es ist möglich, dass eine Mehrzahl oder Vielzahl von zweistufigen Speichersystemen der beschriebenen Art über einen Umfang eines ringförmigen Zwischenholraumes verteilt angeordnet ist. It is possible for a plurality or a plurality of two-stage storage systems of the type described to be arranged distributed over a circumference of an annular intermediate cavity.
Es ist weiter bevorzugt, die Anzahl der Speicher mit flexiblen Wandbereich, die in Reihe angeordnet sind, nicht sehr hoch gewählt ist, also beispielsweise 2, 3 oder maximal 4 beträgt. Damit kann der technische Aufwand zur Herstellung begrenzt werden. It is further preferred that the number of stores with flexible wall areas which are arranged in a row is not very high, for example is 2, 3 or a maximum of 4. The technical outlay for production can thus be limited.
Der (mit dem Seewasser in Wirkverbindung stehende) Speicher mit einem flexiblen Wandbereich kann ein Membranspeicher oder ein Blasenspeicher sein. Bei einem Membranspeicher kann eine Membran vorgesehen sein, die im Wesentlichen tellerförmig ausgestaltet ist, deren Umfang (fest) mit einer Speicherwand verbunden ist, und die radial innen in Reaktion auf einen dort vorherrschenden Druck beweglich ist. Ein Blasenspeicher kann mit einer flexiblen Wand ausgeführt sein, die ein vorgebbares Blasenspeichervolumen einschließt und sich axial und radial in Richtung auf einen dort vorherrschenden Druck bewegen kann. Die flexible Wand und/oder die Membran sind insbesondere fluiddicht und beständig hinsichtlich eines Kontakts mit Seewasser unter hohem Druck. The reservoir (which is actively connected to the sea water) with a flexible wall area can be a membrane reservoir or a bladder reservoir. In the case of a diaphragm accumulator, a diaphragm can be provided, which is essentially plate-shaped, the periphery (fixed) of which is connected to a storage wall, and which is movable radially on the inside in response to a pressure prevailing there. A bladder accumulator can be designed with a flexible wall, which encloses a predeterminable bladder accumulator volume and can move axially and radially in the direction of a pressure prevailing there. The flexible wall and / or the membrane are particularly fluid-tight and resistant to contact with sea water under high pressure.
Zweckmäßig ist ein flexibler Wandbereich durch mindestens eine Druckfeder belastet. A flexible wall area is expediently loaded by at least one compression spring.
Bevorzugt ist zwischen den Speichern mit einem flexiblen Wandbereich ein Kolbenspeicher mit einem verschiebbaren Kolben in Reihe angeordnet. A piston accumulator with a displaceable piston is preferably arranged in series between the accumulators with a flexible wall area.
Zweckmäßig ist der Kolben des Kolbenspeichers durch mindestens eine Druckfeder belastet. Die Druckfeder kann zur Einstellung einer vorgebbaren Vorspannung dienen, zum Beispiel um ein gegenüber dem vom Seewasser erzeugten Druck auf den Fluidbereich erhöhtes Druckniveau einzustellen. Der Kolben ist insbesondere mit einem starren Kolbenteller ausgeführt, auf den die Druckfeder einwirkt. Eine Beschädigung bzw. Überlastung dieses starren Kolbens aufgrund der Druckfederbelastung kann somit dauerhaft vermieden werden. Bevorzugt ist das Fluid in den Fluidbereich gegenüber dem Druck des umgebenden Seewasserbereichs mit 0,5 bis 10 bar vorgespannt. Hierfür kann eine entsprechend ausgelegte Druckfeder in den Kolbenspeicher vorgesehen sein, mit der die über dem Seewasserdruckniveau liegende Vorspannung eingestellt werden kann. The piston of the piston accumulator is expediently loaded by at least one compression spring. The compression spring can be used to set a predeterminable prestress, for example to set a pressure level that is higher than the pressure generated by the seawater on the fluid region. The piston is in particular designed with a rigid piston plate on which the compression spring acts. Damage or overloading of this rigid piston due to the pressure spring load can thus be permanently avoided. The fluid is preferably biased in the fluid region with respect to the pressure of the surrounding sea water region with 0.5 to 10 bar. For this purpose, a correspondingly designed compression spring can be provided in the piston accumulator, with which the prestress above the seawater pressure level can be adjusted.
Mit Vorteil ist dem Kolben des Kolbenspeichers ein Weggeber zugeordnet. Der Weggeber ist insbesondere eingerichtet, den aktuellen Hub bzw. die aktuelle Position des Kolbens mit Bezug auf eine Referenzlage bzw. den Kolbenspeicher zu detektieren. Ein Weggeber in diesem Sinn ist insbesondere ein Sensor, mittels dem eine Position des Kolbens direkt/indirekt bestimmbar bzw. messbar ist. Der Sensor kann einen Endlagen-Schalter, einen Druckschalter umfassen. Dadurch ist eine Überwachung einer möglichen Leckage durch Beobachtung der Position des Kolbens ermöglicht, zum Beispiel falls bei unveränderten Druckbedingungen eine Bewegung des Kolbens ermittelt wird. A displacement sensor is advantageously assigned to the piston of the piston accumulator. The displacement sensor is in particular set up to detect the current stroke or the current position of the piston with reference to a reference position or the piston accumulator. A sensor in this sense is in particular a sensor by means of which a position of the piston can be determined or measured directly / indirectly. The sensor can include an end position switch, a pressure switch. This enables monitoring of a possible leakage by observing the position of the piston, for example if a movement of the piston is determined under unchanged pressure conditions.
Der Kolben des Kolbenspeichers kann mehrere (in Wirkrichtung des Drucks) nachgeordnete Dichtungseinrichtungen umfassen. Vorzugsweise kann der Kolben eine Öffnung eines zweiten Innenraums des Kolbenspeichers gegenüber dem Fluidbereich abdichten. Der Kolben kann gegenüber einem Zylinderrohr (Kolbenzylindergehäuse) zusätzlich zumindest eine (bei Kontakt mit Seewasser) quellbare Dichtung aufweisen. The piston of the piston accumulator can comprise a plurality of sealing devices arranged downstream (in the effective direction of the pressure). The piston can preferably seal an opening of a second interior of the piston accumulator from the fluid region. Compared to a cylinder tube (piston cylinder housing), the piston can additionally have at least one seal that swells (when in contact with sea water).
Bevorzugt ist, dass mit den mindestens zwei Speichern mit einem flexiblen Wandbereich und dem mindestens einen Kolbenspeicher ein Zwischenraum gebildet ist, der mit einem Übertragungsmedium (Fluid und/oder Gas) gefüllt ist. Mit Vorteil bilden ein (ausgangsseitiger) zweiter Innenraum eines Membran- oder Blasenspeichers und ein (eingangsseitiger) erster Innenraum eines Kolbenspeichers einen (teilweise oder vollständig) mit einem Fluid und/oder Gas gefüllten Zwischenraum. Bevorzugt ist das Fluid (bzw. Übertragungsfluid) in dem (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum des Speichers mit einem flexiblen Wandbereich und dem (eingangsseitigen) ersten Innenraum des Kolbenspeichers ein hydraulisches Fluid, ein mechanisches fettartiges Medium oder ein dielektrisches Trafo-Öl. It is preferred that the at least two accumulators with a flexible wall area and the at least one piston accumulator form an intermediate space which is filled with a transmission medium (fluid and / or gas). Advantageously, a (output side) second interior of a membrane or bladder accumulator and a (input side) first interior of a piston accumulator form an (partially or completely) intermediate space filled with a fluid and / or gas. The fluid (or transmission fluid) in the (output-side) second interior of the accumulator with a flexible wall area and the (input-side) first interior of the piston accumulator is preferably a hydraulic fluid, a mechanical grease-like medium or a dielectric transformer oil.
Mit Vorteil ist das Fluid in dem (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum des Kolbenspeichers und in dem Fluidbereich ein Öl, insbesondere ein Trafo-Öl. Weiter bevorzugt ist die Druckkompensationseinrichtung hohlzylinderartig derart gestaltet, dass die mindestens zwei Speicher mit einem flexiblen Wandbereich von einem außenliegenden Hohlzylindermantel umgeben und einem innenliegenden Hohlzylindermantel gegenüberliegend angeordnet sind. The fluid in the (interior) second interior of the piston accumulator and in the fluid area is advantageously an oil, in particular a transformer oil. The pressure compensation device is further preferably designed in the manner of a hollow cylinder in such a way that the at least two stores with a flexible wall area are surrounded by an outer hollow cylinder jacket and are arranged opposite an inner hollow cylinder jacket.
Zweckmäßig ist eine Anordnung mit der hier vorgestellten Druckkompensationseinrichtung in einer Hohlzylinderanordnung mit einem Hohlzylinderinnenraum angeordnet, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Komponente führbar ist. Die zentrale Durchlassöffnung kann (dichtend) um die Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Komponente (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation, etc.) angeordnet werden. An arrangement with the pressure compensation device presented here is expediently arranged in a hollow cylinder arrangement with a hollow cylinder interior, through the central opening of which an actuating axis of an electronic or hydraulic component can be guided. The central passage opening can be arranged (sealingly) around the setting axis of an electronic or hydraulic component (electric motor, pump, cylinder compensation, etc.).
Gemäß einem anderen Aspekt wird die Verwendung einer hier vorgeschlagenen Druckkompensationseinrichtung zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid (zum Beispiel mit Hydraulikflüssigkeit, Öl, Fett, Schmiermittel, etc.) gefüllten Behälter für eine hydraulische Stellachse eines Elektromotors, einer Pumpe und/oder einer Zylinderkompensation vorgeschlagen. Die mindestens eine Druckkompensationseinrichtung wird insbesondere verwendet, um eine integrierte hydraulische Stellachse (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation) in ihrem ölgefüllten Behälter mit Umgebungsdruck (Wasserdruck) zu beaufschlagen. Durch die zentrale Öffnung des Gehäuses kann der Zylinder oder eine Stange des Zylinders geführt sein, was eine platzsparende integrierte Bauweise ermöglicht. According to another aspect, the use of a pressure compensation device proposed here for pressurizing at least one container filled with fluid (for example with hydraulic fluid, oil, grease, lubricant, etc.) is proposed for a hydraulic actuating axis of an electric motor, a pump and / or a cylinder compensation . The at least one pressure compensation device is used in particular to apply ambient pressure (water pressure) to an integrated hydraulic actuating axis (electric motor, pump, cylinder compensation) in its oil-filled container. The cylinder or a rod of the cylinder can be guided through the central opening of the housing, which enables a space-saving integrated construction.
Den hier vorgeschlagenen Maßnahmen liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, einen mindestens zweistufigen Druckkompensator mit mindestens zwei Blasen- oder Membranspeichern auszubilden, der die Grenzfläche Seewasser/Zwischendruckraum bildet und einem Kolben- bzw. Feder-Kolbenspeicher, der den Kontakt zum Hydraulik-Reservoir herstellt. Statt einer sind nun mindestens zwei Grenzflächen vorhanden; dies erhöht die Dichtigkeit und die Betriebsfestigkeit. Außerdem kann in dem Kolben- bzw. Feder- Kolbenspeicher durch eine Feder eine über dem Seewasserdruckniveau liegende Vorspannung eingestellt werden. The measures proposed here are based in particular on the idea of forming an at least two-stage pressure compensator with at least two bladder or membrane accumulators, which forms the interface between seawater and intermediate pressure space, and a piston or spring-piston accumulator, which establishes contact with the hydraulic reservoir. Instead of one, there are now at least two interfaces; this increases the tightness and durability. In addition, a preload which is above the seawater pressure level can be set in the piston or spring piston accumulator.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch: The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to figures. The same components are identified by the same reference numerals. The representations are schematic and are not intended to illustrate size relationships intended. The explanations given with reference to individual details of a figure are extractable and can be freely combined with facts from other figures or the above description, unless something different arises for a person skilled in the art or such a combination is explicitly prohibited. They show schematically:
Fig. 1: Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Fig. 1: cross section through a first embodiment of the
Druckkompensationseinrichtung mit zwei Blasenspeichern und einer Kolbenspeichereinrichtung in einem ringförmigen Hohlraum;  Pressure compensation device with two bladder accumulators and a piston accumulator device in an annular cavity;
Fig. 2: einen Schaltplan einer Druckkompensationseinrichtung wie Fig. 1, jedoch mit 2: a circuit diagram of a pressure compensation device like FIG. 1, but with
- in Reihe angeordnet - zwei Membranspeichern und einem Kolbenspeicher;  - arranged in series - two diaphragm accumulators and one piston accumulator;
Fig. 3: Blockschaltbild der Druckkompensationseinrichtung nach Fig. 1 zwischen Fig. 3: Block diagram of the pressure compensation device according to Fig. 1 between
Seewasser- und (innerem) Fluidbereich;  Seawater and (inner) fluid area;
Fig. 4: Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Fig. 4: cross section through a further embodiment of the
Druckkompensationseinrichtung mit zwei Membranspeichern in einem Ringraum; und  Pressure compensation device with two diaphragm accumulators in an annulus; and
Fig. 5: perspektivisch im Schnitt den ringförmigen Druckraum (Zwischen- hohlraum) eines Gehäuses als Teil der Druckkompensationseinrichtung. 5: a perspective section through the annular pressure space (intermediate cavity) of a housing as part of the pressure compensation device.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Druckkompensationseinrichtung 1 mit einem ersten Speicher 2a mit flexiblem Wandbereich und einem zweiten Speicher 2b mit flexiblem Wandbereich, wobei beide Speicher 2a und 2b als Blasenspeicher mit einer Blase 18 bzw. 19 als flexiblem Wandbereich ausgebildet sind. Die Blase 18 weist eine erste Öffnung 16 zum Seewasserbereich 7 und die Blase 19 weist eine zweite Öffnung 17 zum Fluidbereich 8 auf. Zwischen dem ersten Speicher 2a und dem zweiten Speicher 2b ist ein Kolbenspeicher 3 mit einem federbelasteten Kolben 5 angeordnet. Mit 11 ist ein Zwischenraum zwischen den Außenwänden der ersten Blase 18 und der zweiten Blase 19 bezeichnet, der mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist. Die Druckkompensationseinrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die beiden Speicher 2a und 2b, der Kolbenspeicher 3 und der Zwischenraum 11 in einem ringförmigen Druckraum (Zwischenhohlraum 36, siehe Fig. 5) eines Gehäuses 27 angeordnet sind. Fig. 2 zeigt die prinzipielle Darstellung eines Schaltplans einer Druckkompensationseinrichtung 1 mit - in Reihe angeordnet und geschaltet - zwei Speichern 2a, 2b mit einem flexiblen Wandbereich 4 und einem Kolbenspeicher 3 mit einem verschiebbaren Kolben 5. Die Speicher 2a, 2b mit flexiblem Wandbereich 4 werden in der Fig. 1 am Beispiel zweier Blasenspeicher und in der Fig. 4 am Beispiel zweier Membranspeicher erläutert. Weiterhin wird die flexible Wand 4 in der Figur 1 am Beispiel einer undurchdringlichen Blase und in Fig. 4 am Beispiel einer undurchdringlichen Membrane erläutert. 1 shows a cross section through a first embodiment of the pressure compensation device 1 with a first accumulator 2a with a flexible wall area and a second accumulator 2b with a flexible wall area, both accumulators 2a and 2b being designed as bladder accumulators with a bladder 18 or 19 as a flexible wall area . The bladder 18 has a first opening 16 to the seawater area 7 and the bladder 19 has a second opening 17 to the fluid area 8. A piston accumulator 3 with a spring-loaded piston 5 is arranged between the first accumulator 2a and the second accumulator 2b. With 11 a space between the outer walls of the first bladder 18 and the second bladder 19 is designated, which is filled with a transmission medium. The pressure compensation device 1 is constructed such that the two accumulators 2a and 2b, the piston accumulator 3 and the intermediate space 11 are arranged in an annular pressure space (intermediate cavity 36, see FIG. 5) of a housing 27. 2 shows the basic diagram of a circuit diagram of a pressure compensation device 1 with - arranged and connected in series - two accumulators 2a, 2b with a flexible wall area 4 and a piston accumulator 3 with a displaceable piston 5. The accumulators 2a, 2b with flexible wall area 4 are explained in FIG. 1 using the example of two bladder accumulators and in FIG. 4 using the example of two membrane accumulators. Furthermore, the flexible wall 4 is explained in FIG. 1 using the example of an impenetrable bladder and in FIG. 4 using the example of an impenetrable membrane.
Der erste Speicher 2a (Membranspeicher) weist einen (eingangsseitigen) ersten Innenraum 2.1 und einen (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum 2.2 auf, die durch einen flexiblen Wandbereich 4, zum Beispiel eine elastische Metallmembran (oder gemäß Fig. 1 eine Gummiblase), voneinander getrennt und gegeneinander abgedichtet sind. Der zweite Speicher 2b (Membranspeicher) ist entsprechend dem ersten Membranspeicher 2a aufgebaut, wobei ein dritter Innenraum 2.3 und ein vierter Innenraum 2.4 vorhanden sind, die durch einen flexiblen Wandbereich 4 getrennt sind. Der Kolbenspeicher 3 besitzt einen (eingangsseitigen) ersten Innenraum 3.1 und einen (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum 3.2, die durch den verschiebbaren Kolben 5 voneinander getrennt und durch Dichtungen gegeneinander abgedichtet sind. Mit 6 ist strichpunktiert eine schematische Trennlinie bezeichnet, auf deren rechter Seite sich der Seewasserbereich 7 und auf deren linker Seite sich der (innere) Fluidbereich 8 befindet. Dem ersten Speicher 2a ist ein Filter 38 für das Seewasser vorgelagert. Der Seewasser- Filter kann dazu dienen, zu vermeiden, dass Schmutzpartikel die Bohrung zu der Membran 9.1 verstopfen. Weiterhin ist dem verschiebbaren Kolben 5 des Kolbenspeichers 3 ein Weggeber 10 zugeordnet. Mit 39 ist ein Behälter bezeichnet. The first accumulator 2a (membrane accumulator) has a (interior) first interior 2.1 and a (interior) second interior 2.2, which are separated from one another by a flexible wall area 4, for example an elastic metal membrane (or a rubber bladder according to FIG. 1) are sealed against each other. The second accumulator 2b (membrane accumulator) is constructed in accordance with the first membrane accumulator 2a, a third interior 2.3 and a fourth interior 2.4 being present, which are separated by a flexible wall area 4. The piston accumulator 3 has a (interior) first interior 3.1 and an (interior) second interior 3.2, which are separated from each other by the displaceable piston 5 and sealed against one another by seals. 6 with a dash-dot line is a schematic dividing line, on the right side of which is the seawater area 7 and on the left side of which the (inner) fluid area 8 is located. A filter 38 for the seawater is arranged in front of the first reservoir 2a. The seawater filter can serve to prevent dirt particles from clogging the bore to the membrane 9.1. Furthermore, a displacement sensor 10 is assigned to the displaceable piston 5 of the piston accumulator 3. With 39 a container is designated.
Fig. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild der Druckkompensationseinrichtung 1, zum Beispiel auch gemäß Fig. 1, zwischen dem Seewasserbereich 7 und dem Fluidbereich 8. Der erste Innenraum 2.1 des ersten Speichers 2a steht mit dem Seewasserbereich 7 und der vierte Innenraum 2.4 des zweiten Speichers 2b steht mit dem Fluidbereich 8 in Verbindung. Der zweite Innenraum 2.2 des Membranspeichers 2a und der erste Innenraum 3.1 des Kolbenspeichers 3 bilden funktional einen gemeinsamen Zwischenraum 11. Konstruktiv kann der Zwischenraum 11 als ein einziger Raum ausgebildet sein. Der Zwischenraum 11 kann auch aus zwei einzelnen Räumen, das heißt aus dem zweiten Innenraum 2.2 und dem ersten Innenraum 3.1 bestehen, die durch eine Rohrleitung oder dergleichen miteinander verbunden sind. Mit 12 ist eine erste Grenze, zum Beispiel eine Membran 9.1 und mit 13 ist eine zweite Grenze, zum Beispiel eine Membran 9.2, bezeichnet. Die beiden Grenzen 12, 13 bilden eine zweifache Sicherheit (Redundanz) gegen Eindringen von Seewasser in den Fluidbereich 8. FIG. 3 illustrates a block diagram of the pressure compensation device 1, for example also according to FIG. 1, between the seawater area 7 and the fluid area 8. The first interior 2.1 of the first reservoir 2a is located with the seawater region 7 and the fourth interior 2.4 of the second reservoir 2b with the fluid region 8 in connection. The second interior 2.2 of the diaphragm accumulator 2a and the first interior 3.1 of the piston accumulator 3 functionally form a common space 11. In terms of construction, the space 11 can be designed as a single space. The intermediate space 11 can also consist of two individual spaces, that is to say of the second interior 2.2 and the first Interior 3.1 exist, which are connected by a pipe or the like. 12 denotes a first boundary, for example a membrane 9.1, and 13 denotes a second boundary, for example a membrane 9.2. The two boundaries 12, 13 form a double security (redundancy) against ingress of sea water into the fluid region 8.
Der erste Innenraum 2.1 des ersten Speichers 2a ist mit Seewasser (erstes Medium 24) angefüllt, das mit dem im Wasser vorherrschenden Umgebungsdruck die eine Seite der Membran 9.1 belastet. Der Wasserdruck im Seewasserbereich 7 und im ersten Innenraum 2.1 ist gleich. Im Zwischenraum 11 befindet sich ein zweites Medium 25 (Übertragungsmedium), zum Beispiel ein hydraulisches Fluid, eine fettartige Substanz, ein dielektrisches Trafo-Öl oder ein Gas, insbesondere Stickstoff. Das zweite Medium 25 wird durch die andere Seite der Membran 9.1 druckbeaufschlagt, sodass der Zwischenraum 11 einen Zwischendruckraum bildet. Der Druck des Mediums 25 belastet weiterhin die eine Seite der zweiten Membran 9.2. Der zweite Innenraum 3.2 des Kolbenspeichers 3 ist mit einem Medium befüllt, vorzugsweise mit Trafo-Öl. The first interior 2.1 of the first reservoir 2a is filled with sea water (first medium 24), which loads the one side of the membrane 9.1 with the ambient pressure prevailing in the water. The water pressure in the sea water area 7 and in the first interior 2.1 is the same. In the intermediate space 11 there is a second medium 25 (transmission medium), for example a hydraulic fluid, a grease-like substance, a dielectric transformer oil or a gas, in particular nitrogen. The second medium 25 is pressurized by the other side of the membrane 9.1, so that the intermediate space 11 forms an intermediate pressure space. The pressure of the medium 25 continues to stress one side of the second membrane 9.2. The second interior 3.2 of the piston accumulator 3 is filled with a medium, preferably with transformer oil.
Die der Druckkompensationseinrichtung 1 nachgeschaltete Systemeinrichtung kann als containerartiges Modul, z.B. Behälter 39 (vgl. Fig. 2), ausgebildet sein, wobei mehrere derartige Module auf dem Meeresboden abgesetzt sein können. Der Container ist mit einer dielektrischen Flüssigkeit, zum Beispiel einem Hydrauliköl, gefüllt, sodass alle Komponenten in dem Modul in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Durch die Druckkompensationseinrichtung 1 wird eine Druckkompensation zwischen dem Inneren des Containers und der äußeren Umgebung (Seewasserbereich 7) derart erreicht, dass die Flüssigkeit im Container unter den gleichen Druck gesetzt ist, wie er in der äußeren Umgebung herrscht. Dazu besitzt die Druckkompensationseinrichtung 1 mindestens zwei Trennflächen bzw. Grenzflächen: Ein nachgiebiges Trennelement (Membran 9 oder Blase), das auf seiner einen Seite mit dem Meerwasser in Kontakt steht, und ein nachgiebiges Trennelement (Membran 9 oder Blase), das auf seiner anderen Seite von der Flüssigkeit, die sich in dem Container befindet, beaufschlagt wird. Zwischen den beiden Trennelementen ist der Zwischenraum 11 angeordnet. Die hier vorgestellte Druckkompensationseinrichtung 1 weist den besonderen Vorteil auf, dass unbeabsichtigt durch die Membran 9.1 eingedrungenes Seewasser nicht (direkt) in den Container gelangt, sondern gehindert durch den Kolben 5 im Zwischenraum 11 verbleibt und dort entfernt werden kann. Es ist somit eine doppelte Sicherheit gegen eingedrungenes Seewasser vorhanden. Eine zusätzliche weitere Sicherung besteht darin, dass der Kolben 5 des Kolbenspeichers 3 durch eine Druckfeder 14 beaufschlagt ist, wodurch das Medium 25 unter einer Vorspannung steht. Der Vorspannungsdruck ist geringfügig größer als der Umgebungsdruck, zum Beispiel 0,5 bis 10 bar, sodass ein Eindringen von Seewasser in die nachgeschaltete Einrichtung verhindert wird. Um eine Leckage im Kolbenspeicher 3 zu detektieren, ist dem Kolben 5 der Weggeber 10 zugeordnet, der die Position des Kolbens 5 überwacht. The system device downstream of the pressure compensation device 1 can be designed as a container-like module, for example container 39 (cf. FIG. 2), it being possible for a plurality of such modules to be deposited on the seabed. The container is filled with a dielectric liquid, for example hydraulic oil, so that all components in the module are immersed in the liquid. Pressure compensation device 1 achieves pressure compensation between the interior of the container and the external environment (sea water region 7) in such a way that the liquid in the container is pressurized to the same pressure as prevails in the external environment. For this purpose, the pressure compensation device 1 has at least two separating surfaces or interfaces: a flexible separating element (membrane 9 or bladder), which is in contact with the sea water on one side, and a flexible separating element (membrane 9 or bladder), which is on the other side is acted upon by the liquid that is in the container. The intermediate space 11 is arranged between the two separating elements. The pressure compensation device 1 presented here has the particular advantage that sea water which has inadvertently penetrated through the membrane 9.1 does not get (directly) into the container, but rather remains blocked by the piston 5 in the intermediate space 11 and can be removed there. There is therefore a double security against ingress of sea water. Another additional safeguard is that the piston 5 of the piston accumulator 3 is acted upon by a compression spring 14, whereby the medium 25 is under a prestress. The preload pressure is slightly higher than the ambient pressure, for example 0.5 to 10 bar, so that sea water cannot penetrate into the downstream device. In order to detect a leak in the piston accumulator 3, the displacement sensor 10 is assigned to the piston 5 and monitors the position of the piston 5.
Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Druckkompensationseinrichtung 1 mit einem ersten Speicher 2a und einem zweiten Speicher 2b, wobei die beiden Speicher 2a und 2b als Membranspeicher ausgebildet sind. Als flexibler Wandbereich 4 weist der erste Speicher 2a eine erste Membran 9.1 und der zweite Speicher 2b eine zweite Membran 9.2 auf. Die erste flexible Membran 9.1 ist auf einem ersten Membranteller 22, zum Beispiel ein unnachgiebiges Blech, und die zweite flexible Membran 9.2 ist auf einem Membranteller 23 abgestützt. Im ersten Innenraum 2.1 ist eine Druckfeder 15 vorhanden, deren eines Ende auf den Membranteller 22 und deren anderes Ende in einer Ausnehmung 28 in der Deckplatte des Gehäuses 27 abgestützt ist. Es befinden sich im ersten Innenraum 2.1 ein erstes Medium 24 (Seewasser), im Zwischenraum 11 ein zweites Medium 25 (zum Beispiel Trafo-Öl) und im vierten Innenraum 2.4 ein drittes Medium 26 (Fluid, zum Beispiel Hydrauliköl). 4 illustrates a further embodiment of the pressure compensation device 1 with a first memory 2a and a second memory 2b, the two memories 2a and 2b being designed as membrane memories. As a flexible wall area 4, the first reservoir 2a has a first membrane 9.1 and the second reservoir 2b has a second membrane 9.2. The first flexible membrane 9.1 is supported on a first membrane plate 22, for example a rigid sheet, and the second flexible membrane 9.2 is supported on a membrane plate 23. In the first interior 2.1 there is a compression spring 15, one end of which is supported on the diaphragm plate 22 and the other end of which is supported in a recess 28 in the cover plate of the housing 27. There is a first medium 24 (sea water) in the first interior 2.1, a second medium 25 (for example transformer oil) in the intermediate space 11 and a third medium 26 (fluid, for example hydraulic oil) in the fourth interior 2.4.
Fig. 5 zeigt perspektivisch im Schnitt den ringförmigen Druckraum (zwischen Hohlraum 36) eines Gehäuses 27 als Teil der Druckkompensationseinrichtung 1. Es ist eine Anordnung für eine Druckkompensationseinrichtung 1 (zum Beispiel gemäß Fig. 1 und 4) in einem gemeinsamen Halteelement vorhanden. Eine Hohlzylinderanordnung 29 - in Fig. 5 zur Hälfte aufgeschnitten - weist einen Hohlzylindermantel 31 und einen Hohlzylinderinnenraum 30 auf. Das Gehäuse 29 der Druckkompensationseinrichtung 1 hat die Gestalt der Hohlzylinderanordnung 29. Die zweite Öffnung 17 ist an einen Behälter 39, zum Beispiel containerartiges Modul, über einen zweiten Anschluss 21, zum Beispiel ein Rohr, angeschlossen. Die erste Öffnung 16, zum Beispiel eine Bohrung, ist über einen ersten Anschluss 20, zum Beispiel ein Rohr, dem Seewasserbereich 7 zugeordnet. Die Hohlzylinderanordnung 29 setzt sich aus einem außenliegenden (ersten) Hohlzylinder 32 und einem koaxial dazu angeordneten innenliegenden (zweiten) Hohlzylinder 33 zusammen, die einen außenliegenden Hohlzylindermantel 34 bzw. einen innenliegenden Hohlzylindermantel 35 aufweisen. Zwischen dem außenliegenden Hohlzylindermantel 34 und dem innenliegenden Hohlzylindermantel 35, d. h. im Zylindermantel 31 des hohlzylinderartigen Gehäuses 27, ist koaxial ein ringförmiger Zwischenhohlraum 36 vorhanden. In dem Zwischenhohlraum 36 sind gemäß Fig. 1 mindestens zwei Speicher 2a, 2b (Blasenspeicher) und ein Kolbenspeicher 3 oder gemäß Fig. 4 zwei Speicher 2a, 2b (Membranspeicher) angeordnet. In einer zentralen Öffnung des Hohlzylinderraums 30 ist eine gestrichelt dargestellte Stellachse 37, zum Beispiel ein (nicht dargestellter) Hydrozylinder oder eine (nicht dargestellte) Antriebsspindel platzsparend angeordnet. 5 shows, in perspective, in section the annular pressure space (between cavity 36) of a housing 27 as part of the pressure compensation device 1. There is an arrangement for a pressure compensation device 1 (for example according to FIGS. 1 and 4) in a common holding element. A hollow cylinder arrangement 29 - cut in half in FIG. 5 - has a hollow cylinder jacket 31 and a hollow cylinder interior 30. The housing 29 of the pressure compensation device 1 has the shape of the hollow cylinder arrangement 29. The second opening 17 is connected to a container 39, for example a container-like module, via a second connection 21, for example a pipe. The first opening 16, for example a bore, is assigned to the seawater region 7 via a first connection 20, for example a pipe. The hollow cylinder arrangement 29 is composed of an outer (first) hollow cylinder 32 and an inner (second) hollow cylinder 33 arranged coaxially therewith, which have an outer hollow cylinder jacket 34 or an inner hollow cylinder jacket 35. Between the outer hollow cylinder jacket 34 and the inner hollow cylinder jacket 35, ie in the cylinder jacket 31 of the hollow cylinder-like housing 27 An annular intermediate cavity 36 is provided coaxially. 1, at least two accumulators 2a, 2b (bladder accumulators) and a piston accumulator 3 or, according to FIG. 4, two accumulators 2a, 2b (membrane accumulators) are arranged in the intermediate cavity 36. In a central opening of the hollow cylinder space 30, an actuating axis 37 shown in broken lines, for example a hydraulic cylinder (not shown) or a drive spindle (not shown) is arranged to save space.
Bezugszeichenliste Reference list
1 Druckkompensationseinrichtung 1 pressure compensation device
2 Speicher mit flexiblem Wandbereich 2 storage tanks with flexible wall area
2a erster Speicher mit flexiblem Wandbereich2a first store with flexible wall area
2b zweiter Speicher mit flexiblem Wandbereich2b second store with flexible wall area
2.1 erster Innenraum von 2a 2.1 first interior of 2a
2.2 zweiter Innenraum von 2a  2.2 second interior of 2a
2.3 dritter Innenraum von 2b  2.3 third interior of 2b
2.4 vierter Innenraum von 2b  2.4 fourth interior of 2b
3 Kolbenspeicher  3 piston accumulators
3.1 erster Innenraum von 3  3.1 first interior of 3
3.2 zweiter Innenraum von 3  3.2 second interior of 3
4 flexibler Wandbereich  4 flexible wall area
5 Kolben  5 pistons
6 Trennlinie  6 dividing line
7 Seewasserbereich  7 sea water area
8 Fluidbereich  8 fluid area
9 Membran  9 membrane
9.1 erste Membran  9.1 first membrane
9.2 zweite Membran  9.2 second membrane
10 Weggeber  10 travel sensors
11 Zwischenraum 11 space
12 erste Grenze 12 first limit
13 zweite Grenze  13 second limit
14 erste Druckfeder  14 first compression spring
15 zweite Druckfeder  15 second compression spring
16 erste Öffnung  16 first opening
17 zweite Öffnung  17 second opening
18 erste Blase  18 first bubble
19 zweite Blase  19 second bubble
20 erster Anschluss  20 first connection
21 zweiter Anschluss 21 second connection
22 erster Membranteller 23 zweiter Membranteller22 first membrane plate 23 second membrane plate
24 erstes Medium 24 first medium
25 zweites Medium  25 second medium
26 drittes Medium  26 third medium
27 Gehäuse 27 housing
28 Ausnehmung  28 recess
29 Hohlzylinderanordnung  29 hollow cylinder arrangement
30 Hohlzylinderinnenraum  30 hollow cylinder interior
31 Hohlzylindermantel  31 hollow cylinder jacket
32 außenliegender Hohlzylinder 32 external hollow cylinder
33 innenliegender Hohlzylinder  33 internal hollow cylinder
34 außenliegender Hohlzylindermantel 34 external hollow cylinder jacket
35 innenliegender Hohlzylindermantel35 internal hollow cylinder jacket
36 Zwischenhohlraum 36 intermediate cavity
37 Stellachse 37 positioning axis
38 Filter  38 filters
39 Behälter  39 containers

Claims

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1. Druckkompensationseinrichtung (1), eingerichtet für Anwendungen unter Wasser, mit der ein Innenraum eines Behälters, der einen Fluidbereich (8) bildet, gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich (7) abdichtbar ist, wobei mit der1. Pressure compensation device (1), set up for underwater applications, with which an interior of a container, which forms a fluid region (8), can be sealed off from the surrounding seawater region (7), with the
Druckkompensationseinrichtung (1) ein Druckniveau des Fluidbereichs (8) mindestens auf den im Seewasserbereich (7) vorherrschenden Umgebungsdruck anhebbar ist, wobei die Druckkompensationseinrichtung (1) derart aufgebaut ist, dass mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) in Reihe angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) in einem ringförmigen Druckraum eines Gehäuses (27) angeordnet sind. Pressure compensation device (1), a pressure level of the fluid area (8) can be raised at least to the ambient pressure prevailing in the sea water area (7), the pressure compensation device (1) being constructed in such a way that at least two stores (2; 2a, 2b) with a flexible wall area ( 4) are arranged in a row, the at least two stores (2; 2a, 2b) being arranged in an annular pressure chamber of a housing (27).
2. Druckkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Druckraum des Gehäuses (27) als Hohlzylinderanordnung (29) mit zwei koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern (32, 33) ausgebildet ist, zwischen denen ein2. Pressure compensation device (1) according to claim 1, wherein the annular pressure chamber of the housing (27) is designed as a hollow cylinder arrangement (29) with two coaxially arranged hollow cylinders (32, 33), between which one
Zwischenhohlraum (36) vorhanden ist. Intermediate cavity (36) is present.
3. Druckkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) in dem Zwischenhohlraum (36) angeordnet sind. 3. Pressure compensation device (1) according to claim 2, wherein the at least two stores (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4) are arranged in the intermediate cavity (36).
4. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) ringförmig ausgebildet sind. 4. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least two stores (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4) are annular.
5. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) ein Membranspeicher oder Blasenspeicher ist. 5. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one memory (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4) is a membrane memory or bladder memory.
6. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein flexibler Wandbereich (4) durch mindestens eine Druckfeder (15) belastet ist. 6. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein a flexible wall area (4) is loaded by at least one compression spring (15).
7. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Speichern (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) ein Kolbenspeicher (3) mit einem verschiebbaren Kolben (5) in Reihe angeordnet ist. 7. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein a piston accumulator (3) with a displaceable piston (5) is arranged in series between the accumulators (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4).
8. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (5) des Kolbenspeichers (3) durch mindestens eine Druckfeder (14) belastet ist. 8. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein the piston (5) of the piston accumulator (3) is loaded by at least one compression spring (14).
9. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Kolben (5) des Kolbenspeichers (3) ein Weggeber (10) zugeordnet ist. 9. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein the piston (5) of the piston accumulator (3) is assigned a displacement sensor (10).
10. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den mindestens zwei Speichern (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) ein10. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, wherein between the at least two memories (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4)
Zwischenraum (11) gebildet ist, der mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist. Intermediate space (11) is formed, which is filled with a transmission medium.
11. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese derart gestaltet ist, dass die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) von einem außenliegenden Hohlzylindermantel (34) umgeben und einem innenliegenden Hohlzylindermantel (35) gegenüberliegend angeordnet sind. 11. Pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, it being designed such that the at least two stores (2; 2a, 2b) with a flexible wall area (4) are surrounded by an external hollow cylinder jacket (34) and an internal hollow cylinder jacket (34). 35) are arranged opposite one another.
12. Anordnung umfassend die Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in dem Zwischenhohlraum (36) einer Hohlzylinderanordnung (29) angeordnet ist, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse12. An arrangement comprising the pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims, which is arranged in the intermediate cavity (36) of a hollow cylinder arrangement (29) through the central opening of an actuating axis
(37) einer elektrischen oder hydraulischen Komponente führbar ist. (37) an electrical or hydraulic component is feasible.
13. Verwendung der Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid gefüllten Behälter (39) für eine hydraulische Stellachse (37) eines Elektromotors, einer Pumpe oder einer Zylinderkompensation. 13. Use of the pressure compensation device (1) according to one of the preceding claims for pressurizing at least one fluid-filled container (39) for a hydraulic actuating axis (37) of an electric motor, a pump or a cylinder compensation.
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