DE10304288A1

DE10304288A1 - Druckmittelspeicher

Info

Publication number: DE10304288A1
Application number: DE10304288A
Authority: DE
Inventors: Stefan A. Drumm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Es wird ein Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse (1) vorgeschlagen, dessen Innenraum durch einen Faltenbalg (2) in zwei Kammern (3, 4), gefüllt mit Gas bzw. einem flüssigen Druckmittel, unterteilt ist, mit einem Kolben (5), der den Faltenbalg (2) dicht verschließt und einen Schaft (8) aufweist, sowie mit einer Ventileinrichtung (10), die vom Kolbenweg derart gesteuert ist, dass eine durch die Ventileinrichtung (10) sperrbare bzw. freigebbare hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer (4) und einem hydraulischen Anschluss (6) geöffnet ist, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) zwischen einem oberen und einem unteren Wert liegt, und die hydraulische Verbindung von ersten Absperrorganen (11, 21, 13, 8a, 16) unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) einen unteren Wert unterschreitet, und von zweiten Absperrorganen (12, 22, 13, 8b) unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) einen oberen Wert überschreitet. DOLLAR A Um einen einfachen, kostengünstig herstellbaren Aufbau der Ventileinrichtung bei erheblicher Erhöhung der Funktionssicherheit des Hochdruckspeichers zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Durchmesser der Abdichtungslinien der ersten (11, 21, 13, 8a, 16) und zweiten Absperrorgane (12, 22, 13, 8b, 16) gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse, dessen Innenraum durch einen als Medientrennungselement dienenden metallischen Faltenbalg in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die erste Kammer mit einem Gas und die zweite Kammer mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, mit einem hydraulischen Anschluss, über den der zweiten Kammer flüssiges Druckmittel zugeführt und entnommen werden kann, mit einem Kolben, der den Faltenbalg dicht verschließt und einen im wesentlichen zylindrischen Schaft aufweist, der in einer Bohrung im Gehäuse linear geführt ist, sowie mit einer Ventileinrichtung, die vom Kolbenweg derart gesteuert ist, dass eine durch die Ventileinrichtung sperrbare bzw. freigebbare hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer und dem hydraulischen Anschluss geöffnet ist, wenn das Volumen der zweiten Kammer zwischen einem oberen und einem unteren Wert liegt und die hydraulische Verbindung von ersten Absperrorganen unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer einen unteren Wert unterschreitet, und von zweiten Absperrorganen unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer einen oberen Wert überschreitet.

Ein derartiger Druckmittelspeicher ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 100 03 648 A1 bekannt. Bei dem vorbekannten Druckmittelspeicher ist die flüssigkeits gefüllte Kammer durch einen einerseits vom metallischen Faltenbalg und andererseits vom Kolben begrenzten hydraulischen Raum gebildet, während die gasgefüllte Kammer durch die Innenfläche des Kolbens, die Außenseite des Faltenbalges und die Innenwand des Gehäuses begrenzt ist. Dem hydraulischen Anschluss, der dem Befüllen sowie dem Entleeren der zweiten Kammer dient, ist eine doppelt wirkende Ventileinrichtung zugeordnet, die durch zwei Ventileinheiten gebildet ist, die durch Bewegungen des Faltenbalges steuerbar sind. Die erste Ventileinheit, die ein vollständiges Entleeren der zweiten Kammer verhindert, besteht im wesentlichen aus dem Boden des vorhin genannten Kolbens, sowie der benachbarten Innenwand des Gehäuses, wobei zur Bildung der Dichtflächen zwei zusammenwirkende Elastomerdichtungen bzw. O-Ringe unterschiedlicher Durchmesser vorgesehen sind. Die zweite Ventileinheit, die der Begrenzung eines übermäßigen Flüssigkeitszustroms in die zweite Kammer dient, besteht aus einem mit dem Kolben verbundenen, mit einem weiteren O-Ring versehenen Ventilkörper sowie einem im hydraulischen Anschluss ausgebildeten Ventilsitz.

Weniger vorteilhaft ist bei dem vorbekannten Druckmittelspeicher der relativ komplizierte und damit aufwändige Aufbau der vorhin genannten Ventileinrichtung anzusehen. Als nachteilig wird außerdem empfunden, dass die Ausbildung der Ventileinheiten als Sitzventile mit relativ großen Durchmessern der Abdichtungslinien eine hohe Präzision sowohl der Führung des Schafts im Gehäuse als auch der Ventilsitze und Elastomerdichtungen verlangt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Druckmittelspeicher der eingangs genannten Gattung eine einfachere, kostengünstig herstellbare, jedoch zuverlässig arbeitende Ventileinrichtung vorzusehen, durch die eine sichere Funktion des Druckmittelspeichers gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Durchmesser der Abdichtungslinien der ersten und zweiten Absperrorgane gleich sind.

Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Absperrorgane von toroidalen Dichtungen gebildet werden, die mit zylindrischen Flächen zusammen wirken.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 3 bis 10 aufgeführt.

Um zu verhindern, dass temperaturbedingte Volumenänderungen der zweiten Kammer zu großen Druckunterschieden am metallischen Faltenbalg führen, sehen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes vor, dass ein zweiter metallischer Faltenbalg vorgesehen ist, der koaxial zum ersten Faltenbalg angeordnet ist, und dass die zweite Kammer durch die beiden Faltenbälge sowie den Kolben begrenzt ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt in teilgefülltem Zustand;

2 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt in teilgefülltem Zustand;

3 eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt in teilgefülltem Zustand; und

4a–4c eine vierte Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt in leerem, teil- und vollgefülltem Zustand.

Die in 1 dargestellte erste Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers weist ein Gehäuse 1 auf, dessen Innenraum mittels eines Medientrennungselements 2 in zwei Druckräume bzw. Kammern 3, 4 unterteilt ist. Das Medientrennungselement 2 wird dabei vorzugsweise durch einen dünnwandigen metallischen Faltenbalg gebildet, der einerseits druckdicht mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und andererseits mittels eines im Gehäuse 1 verschiebbar geführten Kolbens 5 verschlossen ist. Im Innenraum des Gehäuses 1 wird durch den Faltenbalg 2 sowie den vorzugsweise tellerförmigen Kolben 5 die erste Kammer 3 begrenzt, die über einen im Gehäuse 1 vorgesehenen, nicht gezeigten Füllanschluss mit einem in der Regel unter hohem Druck stehenden Gas befüllt werden kann. Der Innenraum des Faltenbalgs 2 bildet dagegen zusammen mit dem Kolben 5 sowie einem im unteren Bereich des Gehäuses 1 angeordneten Führungsteil 9 die zweite Kammer 4. Außerdem ist im unteren Bereich des Gehäuses 1 ein hydraulischer Anschluss 6 ausgebildet, der einerseits ein Befüllen der zweiten Kammer 4 mit einem unter Druck stehenden flüssigen Druckmittel, beispielsweise einer Bremsflüssigkeit, und andererseits ein Entnehmen des Druckmittels aus der zweiten Kammer 4 ermöglicht. Das vorhin erwähnte Führungsteil 9 weist eine Bohrung 13 auf, die, einen zylindrischen Schaft 8 des Kolbens 5 aufnehmend, an den hydraulischen Anschluss 6 anschließt und in der zweiten Kammer 4 mündet. Der Schaft 8 trägt eine erste Dichtung 11 sowie eine zweite Dichtung 12, die, mit der Wandung der Bohrung 13 zusammenwirkend, erste Absperrorgane sowie zweite Absperrorgane bzw. eine Ventileinrichtung 10 bilden, die einerseits dem Absperren und andererseits dem Freigeben der hydraulischen Verbindung zwischen dem hydraulischen Anschluss 6 und der zweiten Kammer 4 dient. Die Anordnung ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass die hydraulische Verbindung durch die ersten Absperrorgane unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer 4 einen unteren Wert unterschreitet, und durch die zweiten Absperrorgane unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer 4 einen oberen Wert überschreitet. Im Bereich zwischen den beiden Dichtungen 11, 12, die im gezeigten Beispiel als aus Elastomer bestehende O-Ringe ausgeführt sind, sind im Schaft 8 sich axial erstreckende Rillen bzw. Ausnehmungen 14 vorgesehen. Die vorhin erwähnte Ventilanordnung 10 wird durch die Bewegung des Kolbens 5 bzw. des mit ihm verbundenen Faltenbalges 2 gesteuert.
Im Ausgangszustand des erfindungsgemäßen Hochdruckspeichers bzw. vor dem Befüllen der zweiten Kammer 4 mit Druckmittel befindet sich die erste, vorhin erwähnte Dichtung 11 innerhalb der Bohrung 13, so dass die hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und dem hydraulischen Anschluss 6 abgesperrt ist, die zweite Kammer 4 vom hydraulischen Anschluss 6 getrennt ist und in der zweiten Kammer 4 ein Druckmittel-Restvolumen vorhanden ist.
Beim Befüllen der zweiten Kammer 4 mit flüssigem Druckmittel, das von außen in den erfindungsgemäßen Druckmittelspeicher gepumpt wird, bewegt sich der Kolben 5 zunächst in der Zeichnung nach oben. Dabei verlässt der erste O-Ring 11 die Bohrung 13, wodurch die hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und dem hydraulischen Anschluss 6 freigegeben wird und die zweite Kammer 4 mit dem Druckmittel gefüllt wird. Der beschriebene Füllvorgang ist 1 zu entnehmen.
Der Füllvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die zweite Dichtung 12 die Bohrung 13 erreicht und gegenüber ihrer Wandung abdichtet, so dass die zweite Kammer 4 gegenüber dem hydraulischen Anschluss 6 abgesperrt ist und kein weiteres Druckmittelvolumen zugeführt werden kann.
Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführung des Erfindungsgegenstandes weist die im Zusammenhang mit 1 erläuterte Ventileinrichtung 10 eine einzige Dichtung 16 auf. Die Dichtung 16 ist ebenfalls als ein aus Elastomer bestehender O-Ring ausgeführt, der in einer im Führungsteil 9 ausgebildeten radialen Nut 17 unbeweglich angeordnet ist. Der Schaft 8 weist zwei Abschnitte 8a, 8b auf, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des O-Rings 16 entspricht. Zwischen den Abschnitten 8a, b befindet sich ein dritter Abschnitt 8c reduzierten Durchmessers, in dessen Bewegungsbereich im Führungsteil 9 eine in der zweiten Kammer 4 mündende Querbohrung 18 ausgebildet ist, die mit dem hydraulischen Anschluss 6 in Verbindung steht. Beim Füllen der zweiten Kammer 4 mit Druckmittel strömt dieses durch den hydraulischen Anschluss 6 am Abschnitt 8c reduzierten Durchmessers vorbei durch die Querbohrung 18 in die zweite Kammer 4, während das Entleeren der zweiten Kammer 4 in entgegengesetzter Richtung erfolgt.
Um zu verhindern, dass temperaturbedingte Volumenänderungen der zweiten Kammer 4 zu stark unterschiedlichen Drücken in den Kammern 3 und 4 führen, ist bei den in 3 und 4 dargestellten Ausführungen des Erfindungsgegenstandes jeweils ein zweiter Faltenbalg 19 kleineren Durchmessers vorgesehen, der koaxial zum ersten Faltenbalg 2 angeordnet und mit diesem druckdicht verbunden ist. Das andere Ende des (radial innenliegenden) zweiten Faltenbalgs 19 ist an das vorhin erwähnte Führungsteil 9 druckdicht angeschlossen. Die beiden Faltenbälge 2, 19 begrenzen zusammen mit dem vorhin genannten Kolben 5 die zweite Kammer 4. Temperaturbedingte Volumenänderungen der zweiten Kammer 4 bei abgesperrter Verbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und dem hydraulischen Anschluss 6 haben lediglich eine geringe Dehnung oder Verkürzung der beiden Faltenbälge 2, 19, jedoch keine Verformungen in radialer Richtung zur Folge. Die damit einhergehende kleine Druckdifferenz zwischen Gas- und Flüssigkeitsseite der Faltenbälge 2, 19 können diese ohne Probleme ertragen.
Die im Zusammenhang mit der ersten Ausführung erwähnte Ventileinrichtung 10 der dritten Ausführung gemäß 3 ist mit der der zweiten Ausführung identisch ausgeführt und braucht somit nicht erläutert zu werden. Die Ventileinrichtung 10 der vierten Ausführung gemäß 4 entspricht der der ersten Ausführung bis auf den Unterschied, dass auf dem Schaft 8 anstelle der Elastomer-O-Ringe entsprechend in radialen Ausnehmungen eingebaute Dichtmanschetten 21, 22 vorgesehen sind.
Wie insbesondere 4a zu entnehmen ist, befindet sich der Kolben 5 vor dem Befüllen der zweiten Kammer 4 mit Druckmittel in einer Position, in der die erste Dichtmanschette 21 gegen die Wand der Bohrung 13 abdichtet. Somit ist die hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und dem Anschluss 6 abgesperrt, so dass in der zweiten Kammer 4 ein Druckmittel-Restvolumen vorhanden ist.
Beim Befüllen der zweiten Kammer 4 mit flüssigem Druckmittel, das von außen in den erfindungsgemäßen Druckmittelspeicher gepumpt wird, bewegt sich der Kolben 5 zunächst in der Zeichnung nach oben. Dabei verlässt die erste Dichtmanschette 21 die Bohrung 13, wodurch die hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und dem hydraulischen Anschluss 6 freigegeben wird und die zweite Kammer 4 mit dem Druckmittel gefüllt wird. Der beschriebene Füllvorgang ist 4b zu entnehmen.
Der Füllvorgang wird so lange fortgesetzt, bis der Kolben 5 eine Position annimmt, in der die zweite Dichtmanschette 22 gegen die Wand der Bohrung 13 abdichtet. Dadurch wird die zweite Kammer 4 gegenüber dem hydraulischen Anschluss 6 abgesperrt. Damit wird der Füllvorgang beendet (4c).
Zusammenfassend ist festzustellen, dass sämtliche vorhin beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers einfach auszulegen und ebenso einfach und kostengünstig herzustellen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich auch zahlreiche Modifikationen, wie etwa die Verwendung eines Stufenkolbens sowie einer zusätzlichen Führung für den Kolben, durchgeführt werden.

Claims

Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse (1), dessen Innenraum durch einen als Medientrennungselement dienenden metallischen Faltenbalg (2) in zwei Kammern (3,4) unterteilt ist, wobei die erste Kammer (3) mit einem Gas und die zweite Kammer (4) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, mit einem hydraulischen Anschluss (6), über den der zweiten Kammer (4) Flüssigkeit zugeführt und entnommen werden kann, mit einem Kolben (5), der den Faltenbalg (2) dicht verschließt und einen im wesentlichen zylindrischen Schaft (8) aufweist, der in einer Bohrung (13) im Gehäuse (1) linear geführt ist, sowie mit einer Ventileinrichtung (10), die vom Kolbenweg derart gesteuert ist, dass eine durch die Ventileinrichtung (10) sperrbare bzw. freigebbare hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Kammer (4) und dem hydraulischen Anschluss (6) geöffnet ist, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) zwischen einem oberen und einem unteren Wert liegt und die hydraulische Verbindung von ersten Absperrorganen (11, 21, 13, 8a, 16) unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) einen unteren Wert unterschreitet, und von zweiten Absperrorganen (12, 22, 13) unterbrochen wird, wenn das Volumen der zweiten Kammer (4) einen oberen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Abdichtungslinien der ersten (11, 21, 13) und zweiten Absperrorgane (12, 22, 13, 8b, 16) gleich sind.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane von toroidalen Dichtungen (11, 12, 16, 21, 22) gebildet werden, die mit zylindrischen Flächen (13, 8a, 8b)) zusammen wirken.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die toroidalen Dichtungen (11, 12, 21, 22) in radialen Nuten des Schafts (8) angeordnet sind.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Schafts (8c) zwischen den Nuten so gestaltet ist, dass Druckmittel in axialer Richtung strömen kann.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Abschnitt wenigstens eine Längsnut (19) aufweist.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die toroidalen Dichtungen (16) in radialen Nuten (17) der Gehäusebohrung (13) angeordnet sind.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die toroidalen Dichtungen der beiden Absperrorgane zu einer einzigen Dichtung (16) zusammengefasst sind.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (8c) des Schafts (8) so gestaltet ist, dass bei geöffneter hydraulischer Verbindung Druckmittel in axialer Richtung strömen kann.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Abschnitt wenigstens eine Längsnut aufweist.
Druckmittelspeicher nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Abschnitt (8c) einen reduzierten Durchmesser aufweist.
Druckmittelspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter metallischer Faltenbalg (16) vorgesehen ist, der koaxial zum ersten Faltenbalg (2) angeordnet ist, und dass die zweite Kammer (4) durch die beiden Faltenbälge (2, 16) sowie den Kolben (5) begrenzt ist.