DE60119792T2

DE60119792T2 - Druckspeicher

Info

Publication number: DE60119792T2
Application number: DE60119792T
Authority: DE
Inventors: Chiharu Umetsu; Koji Nakamura; Hiroshi Mizukami; Koichiro Yamada
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: US20020020758A1; EP1160460B1; DE60101178T2; EP1391614A1; EP1391614B1; DE60101178D1; DE60119792D1; US6789576B2; EP1160460A3; EP1160460A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der Druckspeicher, wie z. B. der Obige, ist bekannt aus FR-A-1 373 342 und umfasst ein zylindrisches Gehäuse, das einen zylindrischen Abschnitt enthält. Ein Trennelement unterteilt das Innere des Gehäuses in eine Hydraulikkammer und eine Gaskammer. Ein Stutzen enthält einen Hydraulikfluid-Durchflusskanal für die Verbindung des Äußeren des Gehäuses und der Hydraulikkammer. Einer Veränderung des Drucks eines Hydraulikfluids, das in die Hydraulikkammer strömt, wird durch Expansion und Kommpression eines Gases in der Gaskammer entsprechend der Expansion und Kontraktion des Trennelements Rechnung getragen. Das Trennelement enthält eine Führung zum Gleiten auf einer Innenoberfläche des Gehäuses, um somit die Expansion und Kontraktion des Trennelements längs einer Axialrichtung desselben zu führen. Der Stutzen wird nahezu luftdicht in den zylindrischen Abschnitt des Gehäuses eingesetzt und mit einem Außenumfang des zylindrischen Abschnitts verschweißt.
DE 12 32 418 B offenbart einen Druckspeicher mit einem Hydraulikstutzen, der mit dem zylindrischen Gehäuse verschweißt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckspeicher zu schaffen, in welchem die Führung des Trennelements eine verbesserte Haltbarkeit aufweist. Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung umfasst das zylindrische Gehäuse zwei unterteilte Gehäusekörper, die zusammengefügt sind. Das Trennelement enthält eine Führung zum Gleiten auf einer Innenoberfläche des Gehäuses, um somit die Expansion und Kontraktion des Trennelements längs einer Axialrichtung desselben zu führen. Der Fügeabschnitt zwischen den unterteilten Gehäusekörpern ist außerhalb des Bereiches angeordnet, wo sich die Balgenführung bewegt. Die Führung gleitet innerhalb einer Innenoberfläche eines unterteilten Gehäusekörpers. Selbst wenn eine Stufe am Fügeabschnitt der unterteilten Gehäusekörper (Grenze zwischen den beiden) ausgebildet ist, kann gemäß dem Merkmal die Führung gleichmäßig gleiten, ohne Beeinflussung durch die Stufe, und wird durch den Fügeabschnitt nicht beschädigt, so dass deren Haltbarkeit verbessert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Druckspeichers einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Druckspeichers einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung genauer erläutert.
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Druckspeicher einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein zylindrisches Gehäuse, das ein abgedichtetes Gefäß bildet.
Das Gehäuse 10 umfasst ein Bodengehäuse (unterteilter Gehäusekörper) 20 als Hauptkörper und ein Deckelgehäuse (unterteilter Gehäusekörper) 30, die mittels Schweißen zusammengefügt sind und in Axialrichtung unterteilt sind. Die Länge des Bodengehäuses 20 in Axialrichtung ist länger als diejenige des Deckelgehäuses 30. Die Gehäuse 20 und 30 sind aus einem Metall, wie z. B. Stahl, gefertigt und sind mittels einer Presse zu einer nahezu gleichmäßigen Dicke geformt. Die axial verlaufenden Körperabschnitte der Gehäuse 20 und 30 sind mittels Buckelschweißen miteinander verbunden.
Ein kreisförmiger Umfangsabschnitt 21 oder 31, der nach außen hervorsteht, ist am Fügeende der Gehäuse 20 und 30 um ihren gesamten Umfang ausgebildet. Die Stirnflächen dieser kreisförmigen Umfangsabschnitte 21 und 31 werden zusammengefügt, wobei zwischen diesen eine kreisförmige Einbuchtung mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet wird. Ein Balgenprotektor 40 wird in die kreisförmige Einbuchtung eingesetzt. Der Balgenprotektor 40 ist aus einem isolierenden Kunstharz gefertigt. Der Innendurchmesser des Balgenprotektors 40 ist identisch mit demjenigen des Gehäuses 10, wobei dessen Außenoberfläche mit einer Nut 41 um seinen gesamten Umfang versehen ist.
Ein zylindrischer Abschnitt 32 ist am mittleren Endabschnitt des Deckelgehäuses 30 ausgebildet, in dem der Abschnitt mittels Entgratung nach innen (in 1 nach oben) vorstehend ausgebildet wird. Ein Stutzen 50 ist mit einer luftdichten Dichtung in das Durchgangsloch 33 des zylindrischen Abschnitts 32 von dessen Innenseite her eingepresst. Der Stutzen 50 weist einen Durchflusskanal 51 für Hydraulikfluid auf und steht aus dem Durchgangsloch 33 des zylindrischen Abschnitts 32 nach außen hervor. Die Außenoberfläche des vorstehenden Abschnitts des Stutzens 50 ist mit einem Gewindeabschnitt 52 versehen, mit dem ein (nicht gezeigter) Hydraulikkreis verbunden ist.
Der Stutzen 50 ist am Deckelgehäuse 30 mittels Kehlnahtschweißen der Außenoberfläche des Stutzens 50 an den Außenumfang 32a des zylindrischen Abschnitts 32 befestigt. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet einen durch das Schweißen ausgebildeten Wulst, der um den gesamten Umfang des Stutzens 50 ausgebildet ist. Das Kehlnahtschweißen wird mittels Lichtbogenschweißen oder dergleichen ausgeführt. Eine Bodendichtung 72 einer Balgenanordnung (Trennelement) 70, wie im Folgenden erwähnt, ist integral am inneren Ende des Stutzens 50 ausgebildet. Die Bodendichtung 72 wird mit der inneren Stirnfläche des zylindrischen Abschnitts 32 in Kontakt gebracht.
Die metallische Balgenanordnung 70 ist im Gehäuse 10 enthalten, so dass sie das Innere des Gehäuses 10 in eine Hydraulikkammer 11 und eine Gaskammer 12 unterteilt. Die Balgenanordnung 70 umfasst einen nahezu zylindrischen Balgen (elastisches Element) 71, der sich in Axialrichtung elastisch bewegen kann; die Bodendichtung (Sicherungsabschnitt) 72, die mit einem Ende des Balgens 71 verbunden ist; einen Balgendeckel (fester Abschnitt) 73, der mit dem anderen Ende des Balgens 71 verbunden ist; und einen Resonanzkasten 74, der mit der Bodendichtung 72 in der Hydraulikkammer 11 verbunden ist. Der Innenraum der Balgenanordnung 70 bildet die Hydraulikkammer 11. Der zwischen der Balgenanordnung 70 und dem Gehäuse 10 ausgebildete Raum ist die Gaskammer 12. Ein Schweißverfahren, wie z. B. TIG-Schweißen und Plasmalichtbogenschweißen, wird verwendet, um die Bodendichtung 72 und den Balgendeckel 73 mit dem Balgen 71 zu verbinden, und um den Resonanzkasten 74 mit der Bodendichtung 72 zu verbinden.
Der Balgendeckel 73 umfasst eine Einbuchtung 73a, die in die Hydraulikkammer 11 ragt, und von der ein geflanschter Umfang mit einer ringförmigen Balgenführung 75 montiert ist. Die Balgenführung 75 ist in die Innenoberfläche des Bodengehäuses 20 in einem gleitenden Zustand eingesetzt und führt den Balgendeckel 73, so dass er nicht schwingt, wenn sich der Balgen 71 elastisch bewegt. Die Balgenführung 75 umfasst mehrere (nicht gezeigte) Nuten, die beide Abschnitte der hierdurch unterteilten Gaskammer 12 verbinden, wobei die Nuten den Gasdruck in der Gaskammer 12 gleichmäßig machen.
Der Fügeabschnitt zwischen den Gehäusen 20 und 30, in welchem die Balgenführung 75 unterstützt ist, ist dem Balgen 71 zugewandt, wenn der Balgen 71 sich im am stärksten kontrahierten Zustand befindet. Das heißt, der Fügeabschnitt der Gehäuse 20 und 30 ist außerhalb des Bereiches angeordnet, wo die Balgenführung 75 sich bewegt. Eine strichpunktierte Linie zeigt die Position des Balgendeckels 73, wenn die Balgenanordnung 70 sich im am stärksten expandierten Zustand befindet.
Ein Durchgangsloch 74a ist vorgesehen, um das Innere und das Äußere des Resonanzkastens 74 zu verbinden. Eine Eigendichtung 76, die aus einem Gummi gefertigt ist, ist an der Innenoberfläche des Balgendeckels 73 in der Hydraulikkammer 11 befestigt. Die Eigendichtung 76 kann das Durchgangs loch 74a des Resonanzkastens verschließen, und kann eine übermäßige Kompression des Balgens 71 und eine Beschädigung des Balgendeckels 73 hierdurch verhindern.
Ein Hydraulikfluid strömt aus dem Hydraulikkreis über den Durchflusskanal 51 des Stutzens 50 in die Hydraulikkammer 11. Ein Schutzgas, wie z. B. Stickstoffgas, wird mit einem vorgegebenen Druck in die Gaskammer 12 gefüllt. Das Schutzgas wird durch ein Gaszuführungs-Durchgangsloch 22 in die Gaskammer 12 geleitet, das am zentralen Ende der Bodengehäuse 20 ausgebildet ist. Das Gaszuführungs-Durchgangsloch 22 wird durch einen Stopfen 23 abgedichtet, der an der Bodengehäuse 20 befestigt ist. Ein Kopf 24, der einen sechseckigen Querschnitt aufweist und den Stopfen 23 abdeckt, ist am zentralen Ende der Bodengehäuse 20 befestigt. Der Stopfen 23 und der Kopf 24 sind mittels Schweißen, wie z. B. Buckelschweißen, am Bodengehäuse 20 befestigt.
Gemäß der wie oben konstruierten ersten Ausführungsform des Druckspeichers expandiert dann, wenn das Hydraulikfluid über den Durchflusskanal 51 in die Hydraulikkammer 11 strömt und der Druck des Hydraulikfluids den Gasdruck in der Gaskammer 12 übersteigt, der Balgen 71 und das Gas in der Gaskammer 12 wird komprimiert. Wenn im Gegensatz hierzu der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 11 unter dem Gasdruck in der Gaskammer 12 liegt, wird der Balgen 71 kontrahiert und das Gas in der Gaskammer 12 expandiert. Aufgrund der Expansion und Kommpression des Gases in der Gaskammer 12 wird der Änderung des Drucks des Hydraulikfluids im Hydraulikkreis Rechnung getragen und dessen Pulsieren verhindert. Wenn der Druck des Hydraulikfluids unter dem Betriebsdruck des Druckspeichers liegt, wird das Pulsieren durch das Hydraulikfluid im Resonanzkasten 74 absorbiert.
Wenn der Hydraulikdruck im Resonanzkasten 74 reduziert wird, wird der Balgen 71 kontrahiert, um den Hydraulikdruck im Resonanzkasten 74 aufrechtzuerhalten. Wenn der Hydraulikdruck im Resonanzkasten 74 unter dem Gasdruck in der Gaskammer 12 liegt, berührt die Eigendichtung 76 eng den Resonanzkasten 74, um somit das Durchgangsloch 74a zu verschließen, wobei die Hydraulikkammer 11 eigenständig abgedichtet wird, so dass der Druck darin höher ist als derjenige in der Gaskammer 12.
Wenn sich der Balgen 71 in dem am stärksten kontrahierten Zustand befindet, ist die Balgenführung 75 an der Seite des Bodengehäuses 20 angeordnet, statt am Fügeabschnitt des Bodengehäuses 20 und des Deckelgehäuses 30, wobei der Fügeabschnitt der Gehäuse 20 und 30, der durch den Balgenprotektor 40 abgedeckt ist, dem Balgen 71 zugewandt ist. Die Balgenführung 75 gleitet daher bei der elastischen Bewegung des Balgens 71 nur auf der Innenoberfläche des Bodengehäuses 20.
Im Folgenden wird der Prozess für die Montage des obigen Druckspeichers erläutert.
Zuerst wird der Resonanzkasten 74 integral mit dem Stutzen 50 an das Bodengehäuse 72 geschweißt, wobei der Balgen 71 an die Bodendichtung 72 geschweißt wird, woraufhin der Balgendeckel 73 an den Balgen 71 geschweißt wird. Für das obenerwähnte Schweißen wird TIG-Schweißen oder Plasmaschweißen verwendet. Als nächstes wird der Stutzen 50 in das Durchgangsloch 33 des zylindrischen Abschnitts 32 des Deckelgehäuses 30 von dessen Innenseite her eingepresst, wobei der Außenumfang 32a des zylindrischen Abschnitts 32 und der Stutzen 50 verschweißt werden. Anschließend wird die Balgenführung 75 am Balgendeckel 73 montiert.
Als nächstes wird das Bodengehäuse 20 an das Deckelgehäuse 30 in einem Zustand angelegt, in welchem der Balgenprotektor 40 in die inneren Abschnitte der kreisförmigen Umfangsabschnitte 21 und 31 eingesetzt ist. Anschließend wird ein Buckelschweißen am Stoßabschnitt der Gehäuse 20 und 30 durchgeführt. Beim Schweißen werden häufig vom verschweißten Abschnitt Funken versprüht, wobei die Funken durch den Balgenprotektor 40 blockiert werden. Somit wird eine Beschädigung des Balgens 71 verhindert, wobei eine lange Lebensdauer des Balgens 71 sichergestellt wird. Wulste, die von den inneren der äußeren Oberflächen hervorstehen, werden entsprechend dem Schweißen ausgebildet. Der Wulst, der von der Innenoberfläche hervorsteht, wird in der Nut 41 des Balgenprotektors 40 aufgenommen. Der Wulst, der von der Außenoberfläche hervorsteht, wird vorzugsweise durch Bearbeitung oder dergleichen entfernt. In einer alternativen Weise kann der Stutzen 50 in das Durchgangsloch 33 des zylindrischen Abschnitts 32 eingepresst werden und die Balgenanordnung 70 kann im Deckelgehäuse 30 montiert werden, wobei die Gehäuse 20 und 30 anschließend verschweißt werden können, woraufhin der Stutzen 50 und das Deckelgehäuse 30 verschweißt werden können.
Ein Hydraulikfluid wird in die Hydraulikkammer 11 über den Durchflusskanal 11 als Reserve eingefüllt, um somit die Luft in der Hydraulikkammer 11 durch das Hydraulikfluid zu ersetzen. Anschließend wird eine Flüssigkeit in die Gaskammer 12 gefüllt, um das Gasvolumen einzustellen, wobei ein Schutzgas durch das Gaszuführungs-Durchgangsloch 22 in die Gaskammer 12 gefüllt wird. Der Stopfen 23 wird in das Gaszuführungs-Durchgangsloch 22 eingesetzt und mit dem Bodengehäuse 20 verschweißt, woraufhin schließlich der Kopf 24 an das Bodengehäuse 20 geschweißt wird.
Gemäß dem Druckspeicher in der ersten Ausführungsform wird der Stutzen 50 luftdicht in den zylindrischen Abschnitt 32 eingepresst, der im Deckelgehäuse 30 ausgebildet ist, wobei die innere Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 32 und die Außenoberfläche des Stutzens 50 eng miteinander in Kontakt kommen. Somit ist der Außenkantenabschnitt des zylindrischen Abschnitts 32 vom Inneren des Deckelgehäuses 30 isoliert. Wenn während des Schweißens des Stutzens 50 an das Deckelgehäuse 50 Funken auftreten, können folglich die Funken nicht in das Innere des Deckelgehäuses 30 gelangen, wobei das Innere des Deckelgehäuses nicht durch Spritzen der Funken verunreinigt wird. Die Verunreinigung im Gehäuse 10 kann somit leicht kontrolliert werden und die Produktionseffizienz kann verbessert werden.
Da der zylindrische Abschnitt 32 in das Innere des Deckelgehäuses 30 ragt, kann die Gesamtlänge des Druckspeichers kürzer sein und dieser kann kompakter sein als in dem Fall, in dem der zylindrische Abschnitt 32 nach außen hervorsteht. Um den zylindrischen Abschnitt 32 zu bilden, können mehrere Verfahren angewendet werden. Entgraten wird vorzugsweise angewendet, wie in der Ausführungsform, da leicht eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
Die Bodendichtung 72, die die Balgenanordnung 70 bildet, ist integral mit dem Stutzen 50 ausgebildet, so dass die Bodendichtung 72 nicht an das Deckelgehäuse 30 geschweißt werden muss, wobei eine Verunreinigung aufgrund von Funken verhindert werden kann.
Selbst wenn ferner eine Stufe zwischen dem Balgenprotektor 40 und den Gehäusen 20 und 30 (Grenze zwischen den beiden) ausgebildet wird, kann die Balgenführung 75 gleichmäßig gleiten, ohne durch die Stufe beeinflusst zu werden, da die Balgenführung 75 auf der Innenoberfläche des Bodengehäuses 20 gleitet. Der Balgen 71 kann somit gewöhnlich in normaler Weise arbeiten, wobei die Balgenführung 75 nicht beschädigt wird und deren Haltbarkeit verbessert werden kann.
Ein zweite Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 2 erläutert. In 2 sind Bezugszeichen, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, den gleichen Elementen wie in der ersten Ausführungsform zugeordnet, wobei deren Erläuterung weggelassen wird.
Der Druckspeicher in der Ausführungsform weist im Wesentlichen die gleiche Struktur auf wie in der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Resonanzkasten 74 in der ersten Ausführungsform nicht verwendet wird, wobei die Tiefe der Einbuchtung 73b des Balgendeckels 73 größer ist als diejenige der Einbuchtung 73a in der ersten Ausführungsform. Wenn somit der Balgen 71 sich in dem am stärksten kontrahierten Zustand befindet, verschließt eine an der Innenoberfläche des Balgendeckels 73 angebrachte Eigendichtung 76 direkt den Durchflusskanal 51 des Stutzens 50. Die strichpunktierte Linie in 2 zeigt die Position des Balgendeckels 73, wenn die Balgenanordnung 70 sich in dem am stärksten expandierten Zustand befindet.
In ähnlicher Weise wird im Druckspeicher in der Ausführungsform der Stutzen 50 luftdicht in den zylindrischen Abschnitt 32 eingepresst, der in der Deckelgehäuse 30 ausgebildet ist, wobei der Außenumfang des zylindrischen Abschnitt 32 und die Außenoberfläche des Stutzens 50 mittels Lichtbogenschweißen oder dergleichen kehlnahtverschweißt werden. Ein Verunreinigung des Gehäuses aufgrund von Funken, die beim Schweißen auftreten, kann somit verhindert werden. Außerdem können die Vorteile der ersten Ausführungsform erreicht werden. Das heißt, die Struktur kann kompakt sein, da der zylindrische Abschnitt 32 in das Innere des Deckelgehäuses 30 ragt, wobei eine Verunreinigung verhindert werden kann, da die Bodendichtung 72 integral mit dem Stutzen 50 ausgebildet wird.

Claims

Druckspeicher, aufweisend – ein zylindrisches Gehäuse (10); – ein Trennelement (70) zur Unterteilung des Innenraums des Gehäuses (10) in eine Hydraulikkammer (11) und eine Gaskammer (12); und – einen Stutzen (50) mit einem Durchflusskanal (51) für Hydraulikfluid, um eine Verbindung zwischen der Umgebung des Gehäuses (10) und der Hydraulikkammer (11) herzustellen, wobei – das Trennelement (70) eine Führung (75) aufweist, um auf einer Innenfläche des Gehäuses (10) zu gleiten sowie die Ausdehnung und die Kontraktion des Trennelements (70) entlang seiner Achse zu führen, wobei eine Druckänderung des Hydraulikfluids, das in die Hydraulikkammer (11) fließt, durch die Expansion und die Kompression eines Gases in der Gaskammer (12) aufgenommen wird, und – der Stutzen (50) annähernd luftdicht in den zylindrischen Abschnitt (32) des Gehäuses (10) eingesetzt und an den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts (32) angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das zylindrische Gehäuse (10) durch Zusammenfügen sich axial erstreckender Teilkörper (20, 30) des unterteilten Gehäuses gebildet ist, – der Verbindungsabschnitt zwischen den zwei Gehäusekörpern (20, 30) außerhalb des Bereichs liegt, in dem sich die Führung (75) bewegt, und – die Führung (75) so angeordnet ist, dass sie auf der Innenfläche nur eines Gehäusekörpers (20) gleitet.
Druckspeicher nach Anspruch 1, bei dem der zylindrische Abschnitt (32) in das Innere des Gehäuses (10) ragt.
Druckspeicher nach Anspruch 1, bei dem der zylindrische Abschnitt (32) durch Entgraten des Gehäuses (10) gebildet ist.
Druckspeicher nach Anspruch 1, bei dem das Trennelement (70) einen Befestigungsabschnitt (72) und einen über ein elastisches Element (71) am Befestigungsabschnitt (72) befestigten bewegbaren Abschnitt (73) aufweist und der Befestigungsabschnitt (72) einstückig mit dem Stutzen (50; 150) ausgebildet ist.