DE102018007279A1

DE102018007279A1 - Balgspeicher

Info

Publication number: DE102018007279A1
Application number: DE102018007279.8A
Authority: DE
Inventors: Herbert Baltes; Peter Kloft
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Also published as: EP3818269A1; EP3818269B1; US11434932B2; CN215908136U; US20220034334A1; WO2020053113A1; JP2022500602A; JP7389794B2

Abstract

Ein Balgspeicher, bestehend aus mindestens einem Speichergehäuse (2) und mit einem im Speichergehäuse (2) bewegbar angeordneten Trennbalg (20) mit einer Vielzahl von Balgfalten, der zwei Medienräume (8, 22) voneinander separiert, der mit seinem stationären offenen Ende mittels einer Festlegeeinrichtung (24) an dem Speichergehäuse (2) festgelegt ist und der an seinem bewegbaren anderen Ende ein Verschlussteil (36) mit einer Führungseinrichtung (40) aufweist, mit der es im Speichergehäuse (2) geführt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (36) neben der Führungs-einrichtung (40) eine Dichteinrichtung aufweist, die zumindest in der einen ausgezogenen Endstellung des Trennbalgs (20) einen Fluidraum (8), in dem die Balgfalten im Speichergehäuse (2) angeordnet sind, von einer Fluid-Anschlussstelle (12) im Speichergehäuse (2) separiert und zumindest bei einem Teil der sonstigen Arbeitsstellungen die dahingehende Fluidverbindung freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Balgspeicher, bestehend aus mindestens einem Speichergehäuse und mit einem im Speichergehäuse bewegbar angeordneten Trennbalg mit einer Vielzahl von Balgfalten, der zwei Medienräume voneinander separiert, der mit seinem stationären offenen Ende mittels einer Festlegeeinrichtung an dem Speichergehäuse festgelegt ist und der an seinem bewegbaren anderen Ende ein Verschlussteil mit einer Führungseinrichtung aufweist, mit der es im Speichergehäuse geführt ist.
Balgspeicher dieser Art sind Stand der Technik, vergleiche beispielsweise DE 10 2015 012 253 A1 . Mit Vorteil werden Balgspeicher in Hydrauliksystemen eingesetzt, vorzugsweise, um in Druckfluiden auftretende Druckspitzen zu reduzieren oder zu glätten. Um zu gewährleisten, dass der Trennbalg im Betrieb sich frei und ohne die Gefahr der Beschädigung in seine jeweiligen Arbeitsstellungen bewegen kann, ist der Außendurchmesser eines Balgs geringfügig kleiner gewählt als der Innendurchmesser des Speichergehäuses, und der Balg ist mittels der Führungseinrichtung des Verschlussteils derart geführt, dass bei den Arbeitsstellungen zwischen den Balgspitzen und der Gehäusewand ein Spalt gebildet ist. Dieser bildet ein Teil des Medienraums der Flüssigkeitsseite und führt im Betrieb den von einer Fluid-Anschlussstelle her wirkenden Fluiddruck, während die Innenseite des Balgs, von dessen offenem Ende her, den im anderen Medienraum herrschenden Vorfülldruck führt. Im Betrieb ist durch den Druckausgleich zwischen dem im Spalt wirkenden Flüssigkeitsdruck und dem Vorfülldruck verhindert, dass der Balg gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt und beschädigt wird. Dies ändert sich jedoch bei Betriebszuständen, bei denen die Flüssigkeitsseite drucklos ist oder der Flüssigkeitsdruck unter den Vorfülldruck abfällt. Durch den in seinem Innenraum herrschenden Druck wird der bei drucklosem oder einen geringeren Druck führenden Spalt mit seinen Balgspitzen an die Gehäuseinnenwand gedrückt und dadurch beschädigt.
Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Balgspeicher der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine erhöhte Betriebssicherheit auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Balgspeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das Verschlussteil neben der Führungseinrichtung eine Dichteinrichtung aufweist, die zumindest in der einen ausgezogenen Endstellung des Trennbalgs einen Fluidraum, in dem die Balgfalten im Speichergehäuse angeordnet sind, von einer Fluid-Anschlussstelle im Speichergehäuse separiert und zumindest bei einem Teil der sonstigen Arbeitsstellungen die dahingehende Fluidverbindung freigibt. Dadurch entspricht im Betrieb bei freigegebener Fluidverbindung die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Balgspeichers derjenigen des erwähnten, bekannten Balgspeicher, solange sich der Balg außerhalb der ausgezogenen Endstellung befindet und Druckausgleich zwischen dem Fluidraum im Spalt und dem Balginnenraum herrscht.
Sobald es durch überwiegenden Vorfülldruck zur ausgezogenen Endstellung des Balgs kommt, sperrt die Dichteinrichtung der Führungseinrichtung den Fluidraum an der Balgaußenseite ab. Durch das eingeschlossene Fluidvolumen ist der Balg dadurch gegen den vom Innenraum her wirkenden Vorfülldruck abgestützt und dadurch gegen Beschädigung bei Druckverhältnissen gesichert, bei denen der Vorfülldruck den Flüssigkeitsdruck übersteigt. Wenn es bei dem Betriebszustand, bei dem das Flüssigkeitsvolumen im Spalt durch die Dichteinrichtung eingeschlossen ist, zu Temperaturänderungen kommt, mit einer dem Wärmeausdehnungskoeffizienten entsprechenden Ausdehnung oder Kontraktion des Flüssigkeitsvolumens, kann dies zu einer Verformung des Balgs führen. Um diese Verformung und damit auch Spannungen im Balg unterhalb eines kritischen Werts zu halten, der sich negativ auf die Lebensdauer des Balgs auswirken könnte, sind die Spaltweite und damit das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen auf eine geringe Größe eingestellt. Wie in dem zum Stand der Technik genannten Dokument DE 10 2015 012 253 A1 ausgeführt, kann bei Balgspeichern dieser Gattung das Spaltmaß weniger als 1 mm betragen. Bei derart geringen Flüssigkeitsvolumina sind Temperaturänderungen auch über einen großen Bereich unkritisch. Der erfindungsgemäße Balgspeicher lässt sich daher auch mit Vorteil bei Luftfahrtanwendungen einsetzen, bei denen hohe Temperaturdifferenzen sicher beherrschbar sein müssen.
Mit Vorteil kann die Dichteinrichtung am Verschlussteil von der Führungseinrichtung im Durchmesser reduziert zurückversetzt sein. Gehäuseseitig kann zur Zusammenwirkung mit der im Durchmesser reduzierten Dichteinrichtung ein im Gehäuseinnendurchmesser verringerndes, eine Dichtfläche bildendes Gehäusewandteil vorgesehen sein.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Verschlussteil an seinem dem Fluidanschluss zugewandten Ende eine Kalotte auf, deren konvexe Außenkontur im Bereich des Fluidanschlusses der Innenkontur des Speichergehäuses nachfolgt und mit dieser in der einen Endstellung zumindest teilweise in Anlage gebracht ist. Bei der Endstellung verbleibt dadurch im an die Fluid-Anschlussstelle angrenzenden Bereich des Speichergehäuses praktisch kein Fluid-Totvolumen.
Mit Vorteil ist auf der Innenseite des Speichergehäuses ein Absatz gebildet, gegen den der Trennbalg bei seiner einen Endstellung unter Verschließen der Anschlussstelle fährt.
Mit Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass der Absatz mit einer Schräge versehen ist, die in Richtung der Anschlussstelle konisch zuläuft und einen gesperrten Fluidübergang zwischen Führungs- und Dichteinrichtung in deren einer, die Anschlussstelle abschließenden Endlage bildet. Die Konusfläche kann hierbei eine Rampe bilden, über die die Dichteinrichtung bei Erreichen der Endstellung auf eine vorspringende Dichtfläche des Speichergehäuses aufläuft.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Führungseinrichtung des Verschlussteils einen Führungsring mit einzelnen Führungssegmenten auf, die in jeder Arbeitsstellung des Trennkolbens in Anlage mit der Innenwand des Speichergehäuses sind und zwischen sich Durchlassräume für Fluid begrenzen. Der Fluidraum an der Außenseite des Balgs ist über die Durchlassräume des Führungsringes bei den Arbeitsstellungen des Balgs mit der Fluid-Anschlussstelle in Verbindung.
Der Außendurchmesser der Balgfalten kann mit Vorteil derart geringfügig kleiner gewählt sein als der zuordenbare Innendurchmesser des Speichergehäuses, dass Teilräume in dem Fluidraum gebildet sind, die in Summe eine hydraulische Dämpfung für das Fluid bilden.
Die Dichteinrichtung kann mit Vorteil am Verschlussteil zwischen der Führungseinrichtung und der Kalotte angeordnet sein.
Mit Vorteil ist die Anordnung ferner so getroffen, dass die Balgfalten in der der einen Endstellung gegenüberliegenden Endstellung des Trennbalgs auf Block in Anlage miteinander sind.
In der bei Balgspeichern an sich bekannten Weise kann das Speichergehäuse zur Erhöhung seiner Druckstabilität umwickelt sein. Eine solche Umwicklung, fachsprachlich als Liner bezeichnet, kann aus einem Glasfaserverbund gebildet sein.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Balgspeichers; und
2 einen vergrößert gezeichneten Teillängsschnitt des in 1 mit II bezeichneten Bereichs.

Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Balgspeichers weist ein als Ganzes mit 2 bezeichnetes Speichergehäuse auf, das zwei Gehäuseteile aufweist, von denen eines ein mit 4 bezeichnetes Gehäuse-Hauptteil und das andere ein mit 6 bezeichnetes Gehäuse-Abschlussteil bildet. Das Hauptteil 4 hat die Form eines Topfes mit einem kreiszylindrischen Innenraum 8 und einem kalottenartig gewölbten Topfboden 10, der bis auf eine zur Längsachse 14 koaxial gelegene Fluid-Anschlussstelle 12 geschlossen ist. Das Abschlussteil 6 hat die Form einer halbkugelförmigen Schale, die bis auf eine zur Achse 14 koaxiale Füllöffnung 16 geschlossen ist. Hauptteil 4 und Abschlussteil 6 sind entlang ihrer einander zugewandten Endränder an einer Schweißlinie 18 miteinander verschweißt. Im kreiszylindrischen Innenraum 8 zwischen der Schweißlinie 18 und dem Topfboden 10 ist ein Trennbalg in Form eines metallischen Faltenbalgs 20 aufgenommen. Wie bei Faltenbälgen für Balgspeicher üblich, ist der Balg 20 aus einem Edelstahl gefertigt, wobei beim vorliegenden Beispiel eine Chrom-Nickel-Molybdän-Stahllegierung (AM350) vorgesehen ist. An seinem in 1 oben liegenden Ende, an dem der Balg 20 zu der an die Füllöffnung angrenzenden Gasseite 22 des Speichergehäuses 2 offen ist, ist der Balg 20 mit seiner letzten Balgseite mit einem Haltering 24 verschweißt, der die Festlegeeinrichtung bildet, mit der der Balg 20 an seinem unbeweglichen Balgende am Speichergehäuse 2 festgelegt ist. Der Haltering 24 ist aus Edelstahl, beispielsweise Stahl 1.4435, gebildet und mittels Laserschweißen zusammen mit den Gehäuseteilen 4 und 6 an der Schweißlinie 18 verschweißt.
An seinem anderen, beweglichen freien Ende, das dem mit dem Haltering 24 verbundenen, offenen Balgende entgegengesetzt ist, ist der zur Gasseite 22 hin offene Innenraum des Balgs 20 durch ein Verschlussteil 36 aus Edelstahl (wie Stahl 1.4435) geschlossen, das mit dem zugewandten Balgende fest verschweißt ist. Das Verschlussteil 36 hat die Gestalt einer kreisrunden Schale, an deren Außenumfang, vom offenen Schalenrand 38 ausgehend, eine Führungseinrichtung 40 und eine sich daran anschließende Dichtungseinrichtung 42 gebildet sind, s. 2. Wie dieser Figur am deutlichsten entnehmbar ist, weist die Führungseinrichtung 40 in der Nähe des Schalenrandes 38 eine umfängliche Ringnut 46 auf, in der ein Führungsring in Form eines Flachringes 54 aufgenommen ist. Die Dichteinrichtung 42 weist eine Ringnut 48 auf, die von der Ringnut 46 der Führungseinrichtung 40 axial in Richtung auf den Topfboden 10 und radial nach innen versetzt angeordnet ist. In der Ringnut 48 ist ein Dichtring 50 aufgenommen. An der sich an die untere Ringnut 48 anschließenden Unterseite ist das Verschlussteil 36 durch ein Kalottenteil 44 geschlossen.
Der den Führungsring der Führungseinrichtung 40 bildende Flachring 54 in der Ringnut 46 hat die Funktion, die Balgfalten bei Bewegungen aus der in 1 und 2 gezeigten Endstellung heraus unter Beibehalten eines im Innenraum 8 zwischen den Balgspitzen und der Gehäusewand verbleibenden Spalts entlang der Innenwand zu führen. Hierfür ist der Führungsring, wie es in EP 2 519 748 B1 in den dortigen 5 und 6 aufgezeigt ist, aus einem Kunststoff guter Gleiteigenschaften, wie Polytetrafluorethylen, gebildet. Um am Umfang des Flachrings 54 Durchlassräume zu bilden, um Fluid von der Fluidanschlussstelle 12 her in den den Balg 20 umgebenden Innenraum 8 gelangen zu lassen, sind am Umfang des Flachrings 54 zwischen Führungskörpern, die als Führungsschuhe an der Gehäusewand anliegen, zurückversetzte Bereiche als Durchlassräume gebildet. Im Betrieb bildet daher der den Balg 20 umgebende Innenraum 8 ein Teil der Flüssigkeitsseite. Bei nicht vollständig zusammengedrücktem Balg 20 bilden die zwischen den Balgfalten vorhandenen Zwischenräume, deren Volumina sich bei den Balgbewegungen im Betrieb entsprechend verändern, Dämpfungsräume als Bestandteil der Flüssigkeitsseite, wobei zwischen den Spitzen der Falten und der Gehäuseinnenwand jeweils Dämpfungsdrosseln gebildet sind, wobei das gewählte Spaltmaß zwischen Innenwand des Hauptteils 4 und den Balgspitzen den Drosselquerschnitt bestimmt.
Wie am deutlichsten in 2 gezeigt, ist am Übergang zwischen Gehäusehauptteil 4 und Topfboden 10 ein Absatz gebildet, an den der Balg 20 bei der ausgezogenen Endstellung mit dem Verschlussteil 36 anläuft. Der Absatz ist mit einer Schräge versehen, die in Richtung der Fluidanschlussstelle 12 konisch zuläuft und dadurch eine Rampenfläche 52 bildet, über die der Dichtring 50 der Dichteinrichtung 42 bei der Bewegung in die Endstellung aufläuft und mit einer Dichtfläche 56 zur Anlage kommt, die durch ein radial nach innen versetztes, kreiszylindrisches Wandteil des Speichergehäuses gebildet ist. Dadurch ist bei der in den Figuren gezeigten Endstellung die Fluidverbindung zwischen der Fluid-Anschlussstelle 12 und dem Innenraum 8 gesperrt, so dass das im Spalt des Innenraums 8 befindliche Flüssigkeitsvolumen eingeschlossen ist, solange sich der Balg in seiner ausgezogenen Endstellung befindet. Bei den Arbeitsstellungen, bei denen der Dichtring 50 die Dichtfläche 56 verlassen hat, ist die Fluidverbindung zwischen Fluid-Anschlussstelle 12 und dem Spalt im Innenraum 8 für den normalen Betrieb freigegeben.
Wie die 1 zeigt, weist das Gehäusehauptteil 4, ausgehend von einem verdickten Wandteil 58, das sich an die Schweißlinie 18 anschließt, einen Bereich verringerter Wandstärke auf, der sich bis zum Bereich des Topfbodens 10 erstreckt. Wie in 1 angedeutet ist, weist dieser Bereich eine Faserbewicklung 60 aus Glasfasermaterial auf, die sich über die Schweißlinie 18 hinaus bis zum Anfangsbereich des Gehäuseteils 6 erstreckt. Die die Druckfestigkeit erhöhende Faserbewicklung 60 entspricht in ihrem Aufbau den Bewicklungen, wie sie bei Druckbehältern unter der Fachbezeichnung „Liner“ bekannt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015012253 A1 [0002, 0006]
EP 2519748 B1 [0020]

Claims

Balgspeicher, bestehend aus mindestens einem Speichergehäuse (2) und mit einem im Speichergehäuse (2) bewegbar angeordneten Trennbalg (20) mit einer Vielzahl von Balgfalten, der zwei Medienräume (8, 22) voneinander separiert, der mit seinem stationären offenen Ende mittels einer Festlegeeinrichtung (24) an dem Speichergehäuse (2) festgelegt ist und der an seinem bewegbaren anderen Ende ein Verschlussteil (36) mit einer Führungseinrichtung (40) aufweist, mit der es im Speichergehäuse (2) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (36) neben der Führungseinrichtung (40) eine Dichteinrichtung aufweist, die zumindest in der einen ausgezogenen Endstellung des Trennbalgs (20) einen Fluidraum (8), in dem die Balgfalten im Speichergehäuse (2) angeordnet sind, von einer Fluid-Anschlussstelle (12) im Speichergehäuse (2) separiert und zumindest bei einem Teil der sonstigen Arbeitsstellungen die dahingehende Fluidverbindung freigibt.
Balgspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung (42) am Verschlussteil (36) von der Führungseinrichtung (40) im Durchmesser reduziert zurückversetzt ist.
Balgspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (36) an seinem dem Fluidanschluss (12) zugewandten Ende eine Kalotte (44) aufweist, deren konvexe Außenkontur im Bereich des Fluidanschlusses (12) der Innenkontur des Speichergehäuses (2) nachfolgt und mit dieser in der einen Endstellung zumindest teilweise in Anlage gebracht ist.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Speichergehäuses (2) ein Absatz (52) gebildet ist, gegen den der Trennbalg bei seiner einen Endstellung unter Verschließen der Anschlussstelle fährt.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz mit einer Schräge (52) versehen ist, die in Richtung der Anschlussstelle (12) konisch zuläuft und einen gesperrten Fluidübergang zwischen Führungs- (40) und Dichteinrichtung (42) in deren einer, die Anschlussstelle (12) abschließenden Endlage bildet.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (40) des Verschlussteils (36) einen Führungsring (54) mit einzelnen Führungssegmenten aufweist, die in jeder Arbeitsstellung des Trennbalgs (20) in Anlage mit der Innenwand des Speichergehäuses (2) sind und zwischen sich Durchlassräume für Fluid begrenzen.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Balgfalten derart geringfügig kleiner gewählt ist als der zuordenbare Innendurchmesser des Speichergehäuses (2), dass Teilräume in dem Fluidraum (8) gebildet sind, die in Summe eine hydraulische Dämpfung für das Fluid bilden.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung (42) zwischen Führungseinrichtung (40) und Kalotte (44) am Verschlussteil (36) angeordnet ist.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Balgfalten in der der einen Endstellung gegenüberliegenden Endstellung des Trennbalgs (20) auf Block in Anlage miteinander sind.
Balgspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) zur Erhöhung seiner Druckstabilität umwickelt ist.