WO2011079890A1

WO2011079890A1 - Hydrospeicher, insbesondere pulsationsdämpfer

Info

Publication number: WO2011079890A1
Application number: PCT/EP2010/006813
Authority: WO
Inventors: Herbert Baltes
Original assignee: Hydac Technology Gmbh
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2011-07-07
Also published as: US20120211110A1; JP2013516581A; EP2519746B1; EP2519746A1; US8496030B2; JP5567687B2; DE102009060852A1

Abstract

Ein Hydrospeicher, insbesondere Pulsationsdämpfer, mit einem Metallbalg (19), der an zumindest einem Balgende (31) einen bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges (19) entlang der Wand eines Gehäuses (1) bewegbaren Endkörper (35) aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gehäuse (1) ein Führungsmittel (47) vorhanden ist, das an zumindest einem Umfangsbereich des Endkörpers (35) an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile (51) bildet, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses (1) besitzen und durch am Außenumfang verteilte, über die ersten Ringflächenteile (51) radial vorstehende zweite Ringflächenteile (53) voneinander getrennt sind, wobei der Endkörper (35) durch ein umfängliches Hülsenteil (63) axial verlängert ist, das sich in Richtung auf das unbewegliche Balgende (29) erstreckt, und wobei das Ende des Hülsenteiles (63) bei zusammengezogenem Balg (19) als Anschlagkörper an einem gehäusefesten Teil (25) anliegt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (19) an dem dem bewegbaren Endkörper (35) entgegengesetzten Balgende (29) an einem gehäusefesten Haltering (25) festgelegt ist, an welchem das Ende des Hülsenteils (63) anschlägt, und dass das Führungsmittel einen Ringkörper (47) aufweist, der mit einem die ersten Ringflächenteile (51) bildenden Ringteil (49) in eine umfängliche Ringnut (45) am Endkörper (35) eingreift, die am Endkörper (35) vom unbeweglichen Balgende (29) weg in der den Abstand zum Haltering (25) vergrößernden Richtung axial versetzt angeordnet ist.

Description

Hydrospeicher, insbesondere Pulsationsdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher, insbesondere Pulsationsdämpfer, mit einem Metallbalg, der an zumindest einem Balgende einen bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges entlang der Wand eines Gehäuses bewegbaren Endkörper aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gehäuse ein Führungsmittel vorhanden ist, das an zumindest einem Um- fangsbereich des Endkörpers an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile bildet, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses besitzen und durch am Außenumfang verteilte, über die ersten Ringflächenteile radial vorstehende zweite Ringflächenteile voneinander getrennt sind, wobei der Endkörper durch ein umfängliches Hülsenteil axial verlängert ist, das sich in Richtung auf das unbewegliche Balgende erstreckt, und wobei das Ende des Hülsenteils bei zusammengezogenem Balg als Anschlagkörper an einem gehäusefesten Teil anliegt. In DE 102 05 814 A1 wird ein derartiger Hydrospeicher in Form eines Druckmittelspeichers vorgeschlagen, mit einem Gehäuse, in dem ein Innenraum ausgebildet ist, der mittels eines Medientrennungselements in einen Gasraum und einen mit einem Fluidanschluß versehenen Fluidraum unterteilt ist. Das Medientrennungselement ist ein dünnwandiger, aus Fe- derstahl gebildeter Faltenbalg, welcher mit einer Führung versehen ist. Die Führung ist als Ventil zum Sperren eines ersten, den Balg umgebenden Bereich des Fluidraums gegenüber einem zweiten, sich stirnseitig an den Balg anschließenden Bereich des Fluidraums ausgebildet. Die Führung kann als Ring ausgebildet sein, der mindestens einen vorzugsweise am Umfang angeordneten Kanal umfaßt, der von einer ersten Stirnseite des Rings zu einer zweiten Stirnseite des Rings führt. Der Ring ist mit einem engen Spiel in der Bohrung axial gleitend geführt und weist einen topfartigen Einsatz auf, an dessen Boden der Endkörper des Balgs befestigt ist. Der Ring selbst kann topfförmig ausgebildet sein und einen Boden aufweisen, was eine höhere Dichtigkeit gewährleistet. DE 10 2007 034 31 5 AI betrifft einen Druckspeicher für einen geschlossenen Hydraulikkreis eines Kraftfahrzeug-Lenksystems mit einem hydraulischen Druckraum, der mit dem Hydraulikkreis in Verbindung steht und wenigstens eine verschiebliche Druckraumwand aufweist, sowie einem vorgespannten Federelement, das die verschiebliche Druckraumwand be- aufschlagt und so eine Vorspannung in dem Hydraulikkreis festlegt, wobei der Druckraum abschnittsweise durch einen Balg getrennt ist. Ein mit dem Balg verbundenes, formstabiles Bodenteil kann topfförmig ausgebildet sein und dessen Umfangswand in radialer Richtung eine Abstützung für den Balg bilden. Die Umfangswand des topfförmigen Bodenteils umschließt den Balg und das als Schraubenfeder ausgebildete Federelement außenseitig die Umfangswand des Bodenteils.

Metallbälge kommen auf verschiedenen technischen Gebieten als längenvariables Bauelement zum Einsatz, beispielsweise wenn ein Längenaus- gleich bei Leitungen oder Kupplungsverbindungen für strömungsfähige Medien erforderlich ist. Besonders häufig werden Metallbälge auch bei Hydrospeichern als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Flu- idseite eingesetzt. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Bewegungen beim Ausziehen und Zusammenziehen des Balges verhältnismäßig weitläufig stattfinden oder wenn, wie dies bei Pulsationsdämpfern oder Schockabsorbern der Fall ist, hin- und hergehende Bewegungen mit ver- hältnismäßig hoher Frequenz und/oder höheren Beschleunigungswerten erfolgen, ist es für die Lebensdauer des Balges nicht nur wesentlich, dass das jeweilige Ende des Balges, das sich im Betrieb entlang einer Gehäusewand bewegt, sicher geführt ist, sondern es muss sichergestellt sein, dass es beim Zusammenziehen des Balges nicht zum Stauchen von Falten kommt.

Diesbezüglich ist es Stand der Technik, am beweglichen Ende des betreffenden Balges ein Führungsmittel vorzusehen. Bei einer einen nachveröffentlichten Stand der Technik darstellenden Lösung, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 036 487.5 offenbart ist, ist die Führungsanordnung in der Weise ausgebildet, dass am Umfangsrand des beweglichen Endkörpers des Balges einzelne, um den Umfang des Endkörpers verteilte Führungskörper angebracht sind, die Gleitkörper bilden, die mit einer äußeren Gleitfläche an der Gehäusewand anliegend geführt sind. Die Gleitflä- chen dieser Körper besitzen einen radialen Abstand vom Außenumfang des Endkörpers, so dass zwischen den einzelnen Führungskörpern Fluiddurch- gänge entlang der Gehäusewand gebildet sind.

Diese Führungskörper sind als Führungsschuhe ausgebildet, die bei dem topfartig gestalteten Endkörper den Umfangsrand des Topfes übergreifen, dessen kreiszylinderförmige Seitenwand sich ins Innere des Balges erstreckt. Bei aus einem Kunststoffwerkstoff guter Gleiteigenschaften gebildeten Führungskörpern werden gute Führungseigenschaften erreicht, d.h. die Führung ermöglicht einen sicheren Langzeitbetrieb bei günstigen Reibungsverhält- nissen zwischen Führungskörper und Gehäusewand. Andererseits gestaltet sich die Herstellung aufwendig und kosten intensiv. Die einzelnen Führungskörper, die in einem gesonderten Fertigungsschritt hergestellt sind, müssen zum Montageort gebracht und am Endrand des Endkörpers des betreffenden Balges montiert werden. Um eine sichere Verankerung der Füh- rungskörper zu gewährleisten sind die Führungskörper als Führungsschuhe mit einem im Querschnitt U-ähnlichen Profil gestaltet, dessen Schenkel den Endrand des topfartigen Endkörpers übergreifen. Dabei muß sowohl am Endrand des Topfes eine Raste als auch im Inneren des Profils der Führungsschuhe zumindest eine Hinterschneidung vorhanden sein, um die Sicherung der Führungskörper durch Verklipsen zu ermöglichen. Die Ausbil- dung von Hinterschneidungen bedingt eine aufwändige Herstellung der Führungsschuhe durch Pressformen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hydrospeicher zur Verfügung zu stellen, bei dem unter Beibehaltung der guten Führungseigenschaf- ten der vorstehend erwähnten Lösung eine erhöhte Betriebssicherheit durch besonders schonende Beanspruchung des Balges gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass der Balg an dem dem bewegbaren Endkörper entgegengesetzten Balgende an einem gehäusefesten Haltering festgelegt ist, an welchem das Ende des Hülsenteils anschlägt, und dass das Führungsmittel einen Ringkörper aufweist, der mit einem die ersten Ringflächenteile bildenden Ringteil in eine umfängliche Ringnut am Endkörper eingreift, die am Endkörper vom unbeweglichen Balgende weg in der den Abstand zum Haltering vergrößernden Richtung axial versetzt angeordnet ist. Dadurch bildet die hülsenartige Verlängerung des Endkör- pers nicht nur eine Außenführung für den zusammengezogenen Balg, sondern bildet gleichzeitig eine formschlüssige und daher sichere Hubbegrenzung beim Zusammenziehen des Balges. Die dadurch vergrößerte Führungslänge gewährleistet eine besonders kippsichere Führung. In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass sich das Hülsenteil über eine Strecke erstreckt, die die axiale Länge des zu- sammengezogenen Balges übersteigt. Dadurch ist die Hubbegrenzung wirksam, bevor der Balg soweit zusammengezogen ist, dass es zu einem Stauchen von Falten kommen könnte. Eine weitere Verbesserung der Führungseigenschaften ergibt sich, wenn im Hülsenteil eine zweite Ringnut für den Ringteil eines weiteren Ringkörpers in zur ersten Ringnut axial versetzter Lage vorgesehen ist und der Endkörper dadurch völlig kippsicher geführt ist. Ein optimales Betriebsverhalten, begünstigt durch entsprechend geringe Reibungskräfte ist mit Ringkörpern realisierbar, die aus einem Kunststoffwerkstoff guter Gleiteigenschaften gebildet sind.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass am jeweiligen Ringkörper die zweiten Ringflächenteile axial von Flächen besetzt sind, die absatzlose Fortsetzungen der Radialebenen des in der betreffenden Ringnut aufzunehmenden Ringteiles sind. Die Herstellung eines derartigen Ringkörpers in der Art eines ebenen Flachringes ist besonders einfach und kostengünstig.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ;n schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt ei- für einen Einsatz als Pulsationsdämpfer vorgesehenen

Hydrospeichers mit einem als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite dienenden Metallbalg, versehen mit einer Führungseinrichtung;

Fig. 2 eine annähernd in natürlicher Größe einer praktischen Ausführungsform gezeichnete Draufsicht eines Ringkörpers, der Bestandteil der Führungseinrichtung des Ausführungsbeispieles von Fig. 1 bildet;

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie III-III von Fig. 2 und

Fig. 4 einen gegenüber Fig. 1 vergrößert gezeichneten Längsschnitt lediglich der Balgeinheit des Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Hydrospeicher in Form eines Pulsationsdämpfers. Ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Speichergehäuse weist ein Gehäusehauptteil 3 in Form eines kreiszylindrischen Topfes mit in der Zeichnung oben liegendem Ende 5 auf, das bis auf eine Füllöffnung 7 geschlossen ist, die mit der Gehäuselängsachse 9 fluchtet und bei der Darstellung von Fig. 1 durch einen Schweißkern 1 1 fluiddicht abgeschlossen ist. Am gegenüberliegen- den, in Fig. 1 untenliegenden Ende ist das Gehäuse 1 durch ein Abschlussteil 13 geschlossen, das längs einer Schweißlinie 16 mit dem Gehäusehauptteil 3 dicht verschweißt ist. Zur Achse 9 konzentrisch befindet sich im Abschlussteil 13 ein Fluideinlass 15 mit einem äußeren Anschlussstutzen 1 7. Bei der Darstellung von Fig. 1 ist auf dem Außengewinde des An- schlussstutzens 1 7 eine Gewindeschutzkappe 20 aufgeschraubt.

Im Inneren des Speichergehäuses bildet eine Metallbalgeinheit ein bewegliches Trennelement zwischen einer Gasseite 21 , die an das Gehäuseende 5 angrenzt und über die Füllöffnung 7 mit einem Arbeitsgas, vorzugsweise N2, mit einem Gas-Vorfülldruck befüllbar ist. Bei der Darstellung von Fig. 1 befindet sich der Balg 19 in seinem vollständig zusammengezogenen Zustand, wobei das Volumen der Gasseite 21 den Größtwert besitzt, während die an den Fluideinlass 1 5 angrenzende Fluidseite 23 ihr kleinstes Volumen besitzt. Die Balgeinheit ist mit dem dem Gehäuseabschlussteil 13 benach- barten Balgende 29, genauer gesagt, an dem radial außenliegenden Rand der letzten Balgfalte, mit einem metallischen Haltering 25 fluiddicht ver- schweißt. Der Haltering 25 seinerseits ist mit dem Speichergehäuse an der Trennstelle zwischen Abschlussteil 13 und Hauptteil 3 an der Schweißlinie 16 verschweißt. Beim Zusammenbau des Speichergehäuses und dem Einbau der Balgeinheit ist daher die Schweißlinie 16 über den Haltering 25 vom Balgende 29 thermisch zumindest teilweise isoliert. Der Schweißbereich des Balgendes 29 am Haltering 25 ist in der Fig. mit 27 bezeichnet, der Stelle, wo der Haltering 25 eine axiale Auswölbung als Schweißbereich bildet. Das dem gehäusefesten Balgende 29 gegenüberliegende, bewegliche Balgende 31 ist am radial außenliegenden Endrand der letzten Balgfalte bei 33 mit einem metallischen Endkörper 35 verschweißt, der einen Verschlusskörper bildet, der den Innenraum des Balges 19 fluiddicht verschließt und damit die Trennung zwischen Gasseite 21 und Fluidseite 23 bildet. Die Ab- dichtung der Außenseite des Balges 19 erfolgt durch eine Dichtungsanordnung 37 in Form eines ringförmigen Dichtelementes, das den Haltering 25 gegenüber dem Gehäuseabschlussteil 13 abdichtet. Der Endkörper 35 hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Form einer Scheibe, die, von ihrem Umfangsrand 43 abgesehen, eben ist.

Der Umfangsrand 43 des Endkörpers 35 erstreckt sich über das benachbarte Balgende 31 hinweg radial nach außen zur Schweißstelle 33 des Balgendes 31 und verläuft von dort vom Balgende 31 weg radial und axial an die Gehäusewand angenähert. Im Umfangsrand 43 befindet sich eine umfängliche Ringnut 45, die den Sitz für einen Ringkörper 47, siehe Fig. 2 und 3, als Bestandteil einer Führungseinrichtung bildet. Bei dem Ringkörper 47 handelt es sich um einen Flachring aus einem Kunststoff guter Gleiteigenschaften, insbesondere aus Tetrafluorethylen. Wie insbesondere Fig. 2 und 3 zeigen, weist der Ringkörper 47 einen in der Ringnut 45 sitzenden Ringteil 49 auf, der an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile 51 bildet, die durch zweite Ringflächenteile 53 voneinander getrennt sind. Die zweiten Ringflächenteile 53 sind gegenüber den Ringflächenteilen 51 , siehe Fig. 2, derart nach außen radial versetzt, dass die zweiten Ringflächenteile 53 an der Gehäusewand anliegende Gleitflächen an radial vom inneren Ringteil 49 abstehenden Führungskörpern 55 bilden. Im Betrieb, wenn über den Einlass 1 5 die Fluidseite 23 und damit der Innenraum des Balges 19 mit einem Druckfluid, beispielsweise Hydrauliköl, beaufschlagt ist, der Balg 19 sich auszieht und der Endkörper 35 dadurch aus der in Fig. 1 gezeigten Position axial bewegt wird, wodurch sich das Volumen der Gasseite 21 verringert, bilden die radial äußeren Ringflächenteile 53 Gleitflächen der Füh- rungskörper 55, mit denen der bewegliche Endkörper 35 des Balges 19 an der Gehäusewand geführt wird. Dabei bilden die radial gegenüber den äußeren Ringflächenteilen 53 versetzten inneren Ringflächenteile 51 Fluid- durchgänge an der Außenseite des Balges 19, wodurch sich die Gasseite 21 an der Außenseite des Balges 19 bis zum Haltering 25 fortsetzt, wobei die Abdichtung gegenüber der Fluidseite durch die Dichtungsanordnung 37 erfolgt, die zwischen Haltering 25 und Gehäuseabschlussteil 13 eingefügt ist. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Ringnut 45 und damit die Position der Führungskörper am in der Ringnut 45 aufgenommenen Ringkörper 47 axial über das benachbarte Balgende 31 hinaus, und zwar in Richtung vom gehäusefesten Balgende 29 weg, versetzt. Diese Position der Führungskörper 55 begünstigt die Kippsicherheit der Führung der Balgeinheit.

Die Fig. 4 zeigt in gesonderter Darstellung lediglich die Balgeinheit mit dem an der Schweißstelle 27 mit dem Haltering 25 verbundenen Balgende 29. Wie ersichtlich, ist ein sich an den Umfangsrand 43 anschließender, sich entlang der Außenseite des Balges 19 axial erstreckender, kreiszylin- derförmiger Hülsenkörper 63 vorgesehen. Dieser erstreckt sich über eine axiale Länge, die größer als die axiale Erstreckung des voll zusammengezogenen Balges 19 ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass das Ende des Hülsenteiles 63, das über das Balgende 29 übersteht, bei dem in Fig. 1 und 4 voll zusammengezogenen Zustand des Balges 19 an einer Anschlag- Schulter 65 am Haltering 25 anliegt und damit eine Hubbegrenzung beim Zusammenziehen des Balges 19 bildet. Als weitere Besonderheit befindet sich im Hülsenteil 63 eine zweite Ringnut 67 für einen zweiten Ringkörper 47, so dass die Führungseinrichtung eine zweite Gruppe von Führungskör- pern 55 besitzt, die gegenüber der in der Ringnut 45 sitzenden Gruppe axial in Richtung auf das gehäusefeste Balgende 29 versetzt ist, und zwar über die halbe Länge des Hülsenkörpers 63 hinaus in Richtung auf das Balgende 29. Diese Bauweise der Führungseinrichtung zeichnet sich durch eine besonders kippsichere Führung der beweglichen Teile der Balgeinheit aus.

Bei einem Einsatz des mit der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung versehenen Hydrospeichers als Pulsationsdämpfer ist die Fluidseite 23 über den Einlass 15 mit einem Druckfluid, insbesondere Hydraulikflüssigkeit, einem Kraftstoff oder Schmierstoff in Fluidverbindung, um auftretende Druckstöße zu glätten. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn, wie dies in DE 10 2004 004 341 A1 aufgezeigt ist, die Gasseite 21 nicht nur mit Arbeitsgas befüllt ist, sondern zusätzlich einen vorgebbaren Volumenanteil eines Fluides enthält. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Kombina- tion von Stickstoffgas als Arbeitsgas und Ethylenalkohol als Fluid auf der Gasseite 21 des Speichers als Füllung erwiesen. Im Betrieb kann das Fluid zwischen Falten und Umlenkungen des Balges 19 ein dämpfendes Abstützmedium bilden, an dem sich die gefalteten Wandungsteile des Balges 19 am Fluid als Gegenlager abstützen können, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Balges und damit zu einer Erhöhung der Funktionssicherheit führt. Dies gilt insbesondere bei raschen Pulsationen und schnellen Druckstößen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Hydrospeicher, insbesondere Pulsationsdämpfer, mit einem Metallbalg (19), der an zumindest einem Balgende (31) einen bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges (19) entlang der Wand eines Gehäuses (1 ) bewegbaren Endkörper (35) aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gehäuse (1) ein Führungsmittel (47) vorhanden ist, das an zumindest einem Umfangsbereich des Endkörpers (35) an seinem Außenumfang erste Ringflächenteile (51) bildet, die einen Radialabstand von der Wand des Gehäuses (1 ) besitzen und durch am Außenumfang verteilte, über die ersten Ringflächenteile (51 ) radial vorstehende zweite Ringflächenteile (53) voneinander getrennt sind, wobei der Endkörper (35) durch ein umfängliches Hülsenteil (63) axial verlängert ist, das sich in Richtung auf das unbewegliche Balgende (29) erstreckt, und wobei das Ende des Hülsenteiles (63) bei zusammengezogenem Balg (19) als Anschlagkörper an einem gehäusefesten Teil (25) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (19) an dem dem bewegbaren Endkörper (35) entgegengesetzten Balgende (29) an einem gehäusefesten Haltering (25) festgelegt ist, an welchem das Ende des Hülsenteils (63) anschlägt, und dass das Führungsmittel einen Ringkörper (47) aufweist, der mit einem die ersten Ringflächenteile (51) bildenden Ringteil (49) in eine umfängliche Ringnut (45) am Endkörper (35) eingreift, die am Endkörper (35) vom unbeweglichen Balgende (29) weg in der den Abstand zum Haltering (25) vergrößernden Richtung axial versetzt angeordnet ist.

Hydrospeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Hülsenteil (63) über eine Strecke erstreckt, die die axiale Länge des zusammengezogenen Balges (19) übersteigt.

Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Hülsenteil (63) eine zweite Ringnut (67) für den Ringteil (49) eines weitere Ringkörpers (47) in zur ersten Ringnut (45) axial versetzter Lage vorgesehen ist.

4. Hydrospeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ringkörper (47) aus einem Kunststoff werkstoff guter Gleiteigenschaften gebildet ist.

5. Hydrospeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am jeweiligen Ringkörper (47) die zweiten Ring- flächenteile (53) axial von Flächen begrenzt sind, die absatzlose Fortsetzungen der Radialebenen des in der betreffenden Ringnut (45, 67) aufzunehmenden Ringteiles (49) sind.