DE3207754A1

DE3207754A1 - Hydropneumatischer druckspeicher

Info

Publication number: DE3207754A1
Application number: DE19823207754
Authority: DE
Inventors: Ludwig 6000 Frankfurt Budecker
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-15

Description

Hydropneumatischer Druckspeicher
Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Druckspeicher mit einem Gehäuse, dessen Innenraum durch zwei Trennkörper in drei Kammern unterteilt ist, bei dem die zwischen den Trennkörpern liegende innere Kammer ein konstantes Volumen hat und flüssigkeitsgefüllt ist und bei dem die beiden äußeren Kammern in ihrem Volumen veränderbar sind, wobei die eine äußere Kammer mit Gas befüllbar und die andere äußere Kammer mit Drucköl beaufschlagbar ist.
Bei hydropneumatischen Membran- und Blasenspeichern ist es problematisch, daß während des Betriebes Gas durch die Membran in das Drucköl diffundiert,wodurch sich der Gasfülldruck allmählich verringert und ein unzulässig niedriges Maß erreichen kann, bei dem der Druckspeicher nicht mehr funktionstüchtig ist. Es ist bekannt, daß der Gasaustausch umso stärker ist, je höher die Betriebstemperatur des Druckspeichers ist. Dieser Nachteil von Membran- und Blasenspeichern wirkt sich insbesondere bei Anwendungen im Kraftfahrzeug nachteilig aus, da im Motorraum in der Regel sehr hohe Temperaturen vorliegen.
Zur Verhinderung eines Gasaustausches schlägt die DE-OS 29 10 554 einen Druckspeicher vor, bei dem das Gehäuse durch zwei Trennwände in drei Kammern unterteilt ist.
Durch eine erste Trennwand, die als Metallbalg ausgeführt ist, wird vom Gehäuse ein mit Gas gefüllter Raum abgeteilt. Eine zweite Trennwand ist derart im Gehäuse angeordnet, daß sie eine mit Drucköl beaufschlagbare Kammer vom Gehäuse abteilt.
Zwischen den beiden Trennwänden befindet sich eine Kammer unveränderlichen Volumens, die mit einer Trennflüssigkeit gefüllt ist.
Bei einem derartigen Druckspeicher mit zwei Trennwänden ist das im Gasraum enthaltene Gas zwar sicher daran gehindert, in den. mit Drucköl beaufschlagbaren Raum zu gelangen, doch ist der konstruktive Aufwand relativ groß, so daß sich entsprechend hohe Fertigungs- und Materialkosten einstellen. Außerdem setzt die als Metallbelag ausgeführte Trennwand dem zugeführten Drucköl einen relativ großen Widerstand entgegen. Ferner sind zwei Trennwände sicher im Gehäuse zu haltern, wobei die Lagerung der Trennwände in der Regel konstruktive und fertigungstechnische Schwierigkeiten bereitet.
Zur Vermeidung dieser Nachteile hat es sich die vorliegende Erfindung hingegen zur Aufgabe gemacht, einen hydropneumatischen Druckspeicher der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß sich unter Beibehaltung der Gasundurchlässigkeit zwischen Gas- und Druckölraum insgesamt ein einfacherer Aufbau ergibt.
Erifndungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens einer der Trennkörper als gedichtet in einer Gehäusebohrung geführter Kolben ausgebildet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es als vorteilhaft anzusehen, daß nur noch eine biegsame Trennwand vorhanden ist, so daß die Montageschwierigkeiten erheblich reduziert sind. Vorzugsweise ist der Kolben zwischen der inneren Kammer und der mit Drucköl beaufschlagbaren Kammer angeordnet. In diesem Fall gleitet der Kolben in einer Gehäusebohrung, so daß in einer Endlage des Kolbens der maximale Speicherdruck und in einer anderen Endlage der Speichermindestdruck hergestellt ist. Das Hubvolumen zwischen diesen Endlagen entspricht vorzugsweise dem Speichernutzvolumen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein erstes Gehäuseteil kugelförmig ausgebildet und mit einem im wesentlichen rohrförmigen,zweiten Gehäuseteil verbunden.
Diese Ausgestaltung eröffnet die Möglichkeit, einen herkömmlichen Kugelmembranspeicher mit den bekannten Nachteilen durch Verbindung mit einem weiteren Gehäuseteil zu einem hydropneumatischen Druckspeicher zu machen, bei dem eine Gasdiffusion weitgehend verhindert wird. Der im rohrförmigen zweiten Gehäuseteil geführte Kolben trägt an seiner Mantelfläche mindestens eine Ringdichtung. Durch diese Maßnahme sind besondere Fertigungstoleranzen hinsichtlich des Kolbendurchmessers nicht einzuhalten. Wenn der Kolben außerdem aus Kunststoffmaterial gefertigt ist, entsteht ein kostengünstiges und einfach herzustellendes Kunststoffspritzteil das zudem über ein äußerst geringes Gewicht verfügt.
Zur Betriebnahme des Druckspeichers verfügt der Kolben über ein Rückschlagventil, das von der mit Drucköl beaufschlagbaren Kammer zur inneren Kammer aufscha).tbar ist und dessen Durchflußwiderstand größer als der Reibungswiderstand des Kolbens ist. Die erste Füllung des Druckspeichers geht nun beispielsweise so vor sich, daß dem Druckölanschluß unter Druck stehendes Druckmittel zugeführt wird, wobei sich der Kolben in seiner oberen Endlage befindet. Bei weiterem Druckanstieg in der mit Drucköl beaufschlagbaren äußeren Kammer öffnet das Rückschlagventil, so daß Drucköl in die innere Kammer einströmt, bis der gewünschte Speicherhöchstdruck hergestellt ist. Bei Druckmittelentnahme aus dem Speicherdruck gelangt der Kolben unter Uberwindung der geringen Reibkräfte der Ringdichtung in seiner untere Endlage, in der der Speichermindestdruck vorliegt. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Kolben in seinen Endlagen elektrische Kontakte betätigt, durch die die Druckölzufuhr steuerbar ist. Es kann somit auf einen besonderen Druckschalter zur Steuerung der Speichergrenzwerte verzichtet werden, was zu einer nicht unerheblichen Kosten- und Gewichtseinsparung einer hydraulischen Anlage führt. Ferner kann es vorteilhaft sein, im Kolben ein weiteres Rückschlagventil anzuordnen, das gegenüber dem ersten Rückschlagventil die entgegengesetzte Offnungsrichtung hat, und die innere Kammer mit einer verschließbaren Entlüftungsöffnung zur Atmosphäre zu versehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand von Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert, die jeweils hydropneumatische Druckspeicher im Schnitt zeigen.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, das ein erstes im wesentlichen kugelförmig ausgebildetes Gehäuseteil 2 aufweist. Das kugelförmige Gehäuseteil 2 besteht im wesentlichen aus zwei Kugelhalbschalen 3,4, die durch eine Schweißnaht 5 miteinander verbunden sind. Die in der Darstellung obere Kugelhalbschale 3 ist mit einer Gasfüllöffnung 6 versehen und durch einen Verschlußstopfen 7 verschließbar. Die untere Kugelhalbschale 4 verfügt ebenfalls über eine öffnung 8, durch die während des Speicherbetriebs ein Druckmittelaustausch stattfinden kann, Das kugelförmiges Gehäuseteil 2 trägt im Bereich der Schweißnaht 5 ein ringförmiges Halteorgan 9, mit dessen Hilfe eine biegsame Membran 10 eingespannt ist. Die biegsame Membran 1o teilt vom Innenraum des kugelförmigen Gehäuseteils 2 eine erste äußere Kammer 11 ab, die mit Gas befüllbar und in ihrem Volumen veränderbar ist.
Mit der unteren Kugelhalbschale 4 ist ein die öffnung 8 umgebendes, im wesentlichen rohrförmig ausgebildetes Gehäuseteil 12 verbunden. Beispielsweise besteht die Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 2,12 aus einer weiteren Schweißnaht 13. Das rohrförmige Gehäuseteil 12 ist an seinem der Schweißnaht 13 abgewandten Ende mit einem Druckölanschluß 14 versehen und dient zur Führung eines Kolbens 15, dessen Mantelfläche ein radiales Spiel mit der Innenwandung des rohrförmigen Gehäuseteils 12 ainschließt.
Die Mantelfläche des Kolbens 15 trägt zwei Ringdichtungen 16,17, die mit dem rohrförmigen Gehäuseteil 12 in Kontakt treten. Ferner ist im Kolben 15 ein Rückschlagventil 18 angeordnet, das sich bei einem bestimmten Druckgefälle zwischen der dem Druckölanschluß zugewandten Stirnfläche des Kolbens 15 und der zweiten Stirnfläche öffnet. Durch diese Anordnung entsteht zwischen dem Kolben 15 und der Membran 1o eine innere Gehäusekammer 19 und eine zweite äußere Gehäusekammer 20, die mit dem Druckölanschluß in Verbindung steht.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise des dargestellten Druckspeichers näher erläutert, wobei von einem Zustand ausgegangen ist, in dem die erste äußere Kammer 11 mit einem bestimmten Gasdruck beaufschlagt ist. Solange dem Druckölanschluß 14 kein unter Druck stehendes Drucköl zugeführt wird, legt sich die biegsame Membran lo infolge des Gasdrucks in der Kammer 11 und eines fehlenden Gegendrucks in der inneren Kammer 19 an die untere Kugelhalbschale 4 an. Die zweite äußere Kammer 20 ist drucklos, und der Kolben 50 befindet sich in seiner in der Darstellung oberen Endlage. Wird nun über den Druckölanschluß 14 unter Druck stehendes -Drucköl in die zweite äußere Kammer 20 geleitet, so öffnet das Rückschlagventil 18, wodurch Drucköl durch die öffnung 8 in die innere Kammer 19 gelangen kann. Infolge des nun vorherrschenden Gegendrucks in der inneren Kammer 19 hebt die Membran 1o von der unteren Kugelhalbschale 4 ab und bewegt sich in der Darstellung so weit nach oben, bis der gewünschte Speicherhöchstdruck erreicht ist. Unter Vernachlässigung der inneren Reibung der Membran 1o sowie der Reibkräfte der Ringdichtungen 16,17 herrschen nun in allen drei Kammern 11,19,20 die gleichen Drücke.
Wird der Druck in der zweiten äußeren Kammer 20 durch Druckmittelentnahme über den Druckölanschluß 14 gesenkt, so verschiebt sich der Kolben 15 unter Überwindung der Ringdichtungen 16,17 in der Darstellung nach unten, bis der Kolben 15 seine untere Endlage erreicht hat, in der der Speichermindestdruck herrscht. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 15 bleibt das Rückschlagventil 18 geschlossen, so daß auch das in der inneren Kammer 19 eingeschlossene Volumen konstant bleibt.
Während des Betriebs des Druckspeichers und insbesondere bei hohen Betriebstenlperaturen wird das in der inneren Kammer 19 befindliche Drucköl durch Diffusion von Gas aus der ersten äußeren Kammer 11 über die Membran 1o mit Gas anyereichert, das jedoch durch den gasundurchlässigen Kolben 15 an einem Eindringen in die Kammer 20 gehindert ist.
In Fig. 2 der Zeichnung ist der Kolben 15 des Druckspeichers mit einem weiteren Rückschlagventil 21 versehen, das dem Rückschlagventil 18 parallel geschaltet ist. Das Rückschlagventil 21 weist im Gegensatz'zum Rückschlagventil 18 die entgegengestzte öffnungsrichtung auf.
Ansonsten gleicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dem in Fig. 1 dargestellten, so daß auf den näheren Aufbau nicht nochmals eingegangen wird.
Bei der Erstbefüllung des Speichers steht der Kolben 15 in seiner in der Darstellung oberen Endstellung, so daß das in der inneren Kammer 19 befindliche Luftpolster minimiert ist. Nun wird über den Druckölanschluß 14 unter Druck stehendes Druckmittel in die zweite äußere Kammer 20 geleitet, das weiterhin über das Rückschlagventil 18 in die innere Kammer 19 gelangt, bis der Speicherhöchstdruck eingestellt. ist.
Wird dem Speicher Druckmittel entnommen, so gelangt der Kolben 15 allmählich in seine in der Darstellung untere Endstellung, in der der Speichermindestdruck herrscht.
Durch das weitere Rückschlagventil 21 ist eine weitere Entleerung des Speichers möglich, wobei allerdings mit Gas angereichertes Druckmittel in die angeschlossene hydraulische Anlage entweicht. In bestimmten Anwendungsfällen kann dies jedoch in Kauf genommen werden, z.B.
bei Fahrzeugen mit "Motorabschaltung", bei denen in gewissen Betriebszuständen die Antriebsmaschine automatisch außer Betrieb gesetzt wird. Außerdem ist es bei Gefällefahrten mit ausgeschaltetem Motor u. U. besonders wichtig, das gesamte nutzbare Speichervolumen zur Verfügung zu haben. Außerdem ist es bei der Ausführung mit zwei Rückschlagventilen 18,21 möglich, das Verdrängungsvolmen des Kolbens 15 ort mal auf das gewünschte Arbeitsvermögen der hydraulischen Anlage abzustimmen und so zu einer Verkleinerung der Kammer 20 zu gelangen. Auch zu Reparaturzwecken ist in der Regel eine vollständige Entleerung des Druckspeichers über das weitere Rückschlagventil 21 notwendig Die Erstbefüllung des hydropneumatischen Druck speichers kann grundsätzlich auf verschiedene Arten vorgenommen werden.
Die erste Möglichkeit wurde bereits angesprochen, nämlich den Kolben 15 in seine obere Endstellung zu schieben,um das Luftpolster in der inneren Kammer 19 zu minimieren.
Desweiteren ist es möglich, die innere Kammer 19 und die zweite äußere Kammer 20 vor der Zuführung des Druckmittels zu evakuieren. Desgleichen kann auch die innere Kammer 19 eine verschließbare Entlüftungsöffnung 22 besitzen,wie es in Fig. 2 angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche Pn t )Hydropneumatischer Druckspeicher mit einem Gehäuse, dessen Innenraum durch zwei Trennkörper in drei Kammern unterteilt ist, bei dem die zwischen den Trennkörpern liegende innere Kammer ein konstantes Volumen hat und flüssigkeitsgefüllt ist und bei dem die beiden äußeren Kammern in ihrem Volumen veränderbar sind, wobei die eine äußere Kammer mit Gas befüllbar und die andere äußere Kammer mit Drucköl beaufschlagbar ist,dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens einer der Trennkörper (10,15) als gedichtet in einer Gehäusebohrung geführter Kolben (15) ausgebildet ist.
2. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Kolben (15) zwischen der inneren Kammer (19) und der mit Drucköl beaufschlagbaren Kammer (20) angeordnet ist.
3. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß in einer Endelage des Kolbens (15) der maximale Speicherdruck und in einer anderen Endlage der Speichermindestdruck hergestellt ist.
4. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß das Hubvolumen des Kolbens (15) dem Speichernutzvolumen entspricht.
5. Druckspeicher nach Anspruch 1. dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein erstes Gehäuseteil (2) kugelförmig ausgebildet ist, mit dem ein im wesentlichen rohrförmiges, zweites Gehäuseteil (12) druckdicht verbunden ist.
6. Druckspeicher nach Anspruch 1 und 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß im kugelförmigen Gehäuseteil (2) eine Membran (io) eingespannt ist.
7. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß die Mantelfläche des Kolbens (15) mindestens eine Ringdichtung (16,17) trägt.
8. Druckspeicher nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß im Kolben (15) ein Rückschlagventil (18) angeordnet ist, das von der mit Drucköl beaufschlagbaren Kammer (20) zur inneren Kammer (19) aufschaltbar ist, und dessen Durchflußwiderstand größer als der Reibungswiderstand des Kolbens (15) ist.
9. Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß der Kolben (15) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist.
10. Druckspeicher nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kolben(15) in seinen Endlagen elektrische Kontakte betätigt, durch die die Druckölzufuhr steuerbar ist.
11. Druckspeicher nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß im Kolben (15) ein weiteres Rückschlagventil (21) angeordnet ist, das gegenüber dem Rückschlagventil (18) die entgegengesetzte öffnungsrichtung hat.
12. Druckspeicher nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die innnere Kammer (19) eine verschließbare Entlüftungsöffnung (22) zur Atmosphäre besitzt.