Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher, insbesondere Pulsationsdämpfer, gemäß der Merkmalsausgestaltung des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Im Stand der Technik (WO 01/55602 A1) sind sogenannte hydropneumatische Druckspeicher bekannt, mit einem innerhalb des Speichergehäuses einen Gasraum von einem Ölraum trennenden Balg, insbesondere in Form eines Metallbalges, der an seinem einem Ende am Speichergehäuse so befestigt ist, dass der Ölraum an die Innenseite des Balges angrenzt, der an seinem freien anderen Ende durch einen entsprechend Volumenänderungen von Gasraum und Ölraum als die beiden Arbeitsräume des Speichers beweglichen Abschlußkörper verschlossen ist, und mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum aus dem und in den Ölraum freigebenden oder sperrenden Ventil, das bei einer Bewegung des Abschlußkörpers, die einer einen vorgegebenen Größtwert übersteigenden Vergrößerung des Volumens des Gasraumes entspricht, durch den der Abschlußkörper in seine sperrende Stellung überführbar ist, wobei der Abschlußkörper in Form eines Troges ausgebildet ist, dessen Boden als bewegliches Ventilglied des das Strömen von Hydraulikfluidum steuernden Ventiles ausgebildet ist.

Bekanntermaßen muss bei Balgspeichern mit Gummibälgen oder Metallbälgen darauf geachtet werden, dass Überbelastungen des Balges vermieden sind. Bei einem weiteren bekannten Druckspeicher (WO 97/46823 A1) ist im Hinblick auf dieses Problem ein Ventilstößel des am Ölraum angeschlossenen Ventiles relativ zum Abschlußkörper des Metallbalges in solcher Lagebeziehung angeordnet, dass der als ebene Endplatte ausgebildete Abschlußkörper des Metallbalges den Ventilstößel bei Erreichen einer gewünschten Endstellung beaufschlagt und in die Sperrstellung des Ventiles verschiebt, so dass der Ausstrom von Hydraulikfluidum aus dem Ölraum bei Erreichen dieser Endstellung der Endplatte des Metallbalges unterbunden wird. Bei geschlossenem Ventil bleibt somit, selbst wenn das angeschlossene Hydrauliksystem drucklos werden sollte, im Ölraum des Speichers ein Druck aufrechterhalten, der dem im Grasraum momentan herrschenden Gasdruck entspricht, so dass am Metallbalg beidseits Druckgleichgewicht herrscht.

Zwar ist dadurch eine Überbelastung des Balges dann verhindert, wenn im Betrieb des Druckspeichers der Druck des ölseitig angeschlossenen Hydrauliksystemes abfällt, es besteht jedoch weiterhin die Gefahr der Beschädigung des Balges bei Zuständen mit auf der Ölseite herrschendem Überdruck oder bei einem Fehlen des Vorfülldruckes auf der Gasseite. Da bei dem bekannten Druckspeicher der erwähnten Art der Größtwert des Volumens des Gasraumes im wesentlichen dem Hubvolumen entspricht, welches durch die bei Zusammenziehen und Ausziehen des Metallbalges erfolgende Bewegung der Endplatte definiert ist, muss die Hublänge, welche die Endplatte innerhalb des Speichergehäuses zurücklegen kann, ausreichend lang gewählt werden, wenn ein für den Betrieb des Speichers ausreichendes Volumen des Gasraumes zur Verfügung gestellt werden soll. Bei fehlendem Gas-Vorfülldruck oder ölseitig herrschendem Überdruck wirkt daher der herrschende Druckgradient auf den voll ausgezogenen und damit mechanisch am stärksten belasteten Metallbalg. Man ist daher gezwungen, entweder dickere oder aber mehrlagige Metallbälge zur Anwendung zu bringen. In nachteiliger Weise wird dadurch die Federsteifigkeit stark vergrößert, was zu einem verhältnismäßig schlechten Ansprechverhalten im Betrieb führt. Mehrlagige Bälge führen zu erhöhtem Gewicht und höheren Kosten. Außerdem ergibt sich ein geringerer Hub pro Balgwindung.

Bei der eingangs erwähnten Lösung nach der WO 01/55602 A1 ist zusätzlich ein am Trogboden befestigter Ventilstößel vorgesehen, der sich konzentrisch zur Längsachse aus dem Speichergehäuse erstreckt und mit einem zweiten bewegbaren Ventilglied verbunden ist, das bei einer einem vorgegebenen Kleinstwert des Volumens des Gasraumes übersteigenden Bewegung des Troges mit einem das Strömen von Hydraulikfluidum in den Ölraum sperrenden, zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, so dass sich die vorteilhafte Möglichkeit ergibt, auch die dem Kleinstwert des Volumens des Gasraumes entsprechende Endstellung des Troges mit Hilfe eines ölseitigen Ventiles zu steuern. Da bei der bekannten Lösung der gesamte Innenraum des Troges als Teil des Gasraumes zur Verfügung steht, erreicht man insoweit ein optimales Verhältnis zwischen Gesamtgröße des Speichergehäuses und Volumen des Gasraumes, obwohl das dem Gasraum zuzurechnende Volumen innerhalb des Speichergehäuses zur Aufnahme und Beherrschung, insbesondere in Form der Pulsationsdämpfung für das Hydraulikfluidum als weiteres Fluid dann nicht zur Verfügung stehen kann. Zwar kann bei der bekannten Lösung das Speichergehäuse so geformt werden, dass es nach kurzer Hubbewegung des Troges einen mechanischen Anschlag bildet, weil der gesamte Innenraum des Troges als Gasraumvolumen zur Verfügung steht, und insoweit ist der Metallbalg als Ganzes nicht nur gegen zu starkes Ausziehen geschützt, sondern da er die Außenseite des genannten Troges umringt, ist der Balg bei im Gasraum herrschendem Überdruck auch mechanisch auf der Außenseite des Troges auf gesamter Länge abgestützt. Trotz dieses Umstandes und trotz des bestehenden sehr geringen "Totvolumens" zwischen Trog und Balg ist insoweit aber nicht auszuschließen, dass dennoch einzelne Falten des Metallbalges übermäßig Beanspruchungen ausgesetzt sind und derart einreißen und versagen können. Des weiteren sind sowohl im Bereich des Ventilgliedes als auch im Bereich der möglichen Anstoßstelle zwischen längsverfahrbarem Trog und einer Innenwandung des Speichergehäuses Dichtungen notwendig, die grundsätzlich einem Verschleiß unterliegen und mithin zum Versagen der bekannten hydropneumatischen Druckspeicherlösung führen können.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist in der DE-A-199 08 089 bereits eine gattungsgemäße Druckspeicherlösung vorgeschlagen worden. Die bekannte Lösung betrifft insbesondere einen Pulsationsdämpfer mit einem Speichergehäuse und einem darin angeordneten Kolbenteil, wobei sich ein balgartiges Trennglied mit seinem einen Ende am Kolbenteil abstützt und mit seinem anderen Ende am Speichergehäuse, wobei das Trennglied zwei Arbeitsräume, insbesondere einen Gasraum, von einem Fluidraum innerhalb des Speichergehäuses fluiddicht, insbesondere gasdicht, voneinander trennt, und wobei der eine Arbeitsraum neben einem vorgebbaren Volumenanteil an einem Arbeitsgas mit einem Fluid befüllt ist. Das insoweit im Druckraum eingeschlossene, den Vorspanndruck erzeugende Druckmedium besteht vorzugsweise aus Stickstoffgas, das bei der bekannten Lösung als Fluid mit einer Ölvorlage mit einem vorgebbaren Volumenanteil versehen ist. Durch das Einbringen des Fluids in Form der genannten Ölvorlage auf die Seite des Speichers mit dem Arbeitsgas, ist der dahingehend gebildete Gasraum mit dem Druckmedium in Form des Stickstoffgases im Volumen durch die Fluidfüllung entsprechend reduziert und eine Entkopplung von Arbeitsgas zu Fluid erfolgt dergestalt, dass das Fluid als dämpfendes Abstützmedium zwischen die Falten und Umlenkungen des balgartigen Trenngliedes auf dessen Innenseite tritt, so dass bei den Aufzieh- und Stauchvorgängen des Balges im Betrieb des Druckspeichers, die dahingehend gefalteten Wandungsteile des Balges sich an dem Fluid als Gegenlage abstützen können, was zu einer nachweisbaren Erhöhung der Lebensdauer des bekannten Druckspeichers und mithin zu einer Erhöhung seiner Funktionssicherheit führt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei raschen Pulsationen und schnellen Druckstößen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, der bekannte Speicher, bezogen auf den Erhalt einer langen Lebensdauer, noch Wünsche offen läßt.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Druckspeicherlösungen unter Beibehalten ihrer Vorteile dahingehend weiter zu verbessern, dass auf sehr kleinem Bauraum ein hohes Maß an Dämpfung im Hinblick auf die Pulsationen des Hydraulikfluidum einschließlich von Kraftstoff, wie Dieselkraftstoff als weiterem Fluid im Fluidraum des Druckspeichers erreicht ist, bei gleichzeitiger Realisierung eines wirksamen Schutzes für jede einzelne Falte oder Umlenkung des Balges, um dergestalt auch über sehr lange Zykluszeiten mit einer Vielzahl an wechselnden Lastspielen den funktionssicheren Betrieb zu gewährleisten. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Druckspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Fluid, mit dem der eine Arbeitsraum mit dem Arbeitsgas befüllt ist, ein Alkohol ist, kommt ein Fluid zum Einsatz, das als dünnflüssiges Medium sehr schnell innerhalb des Arbeitsraumes mit dem Arbeitsgas strömen kann und insbesondere ist der Alkohol geeignet, im Bereich der Auslegungstemperatur für den Druckspeicher, beispielsweise von -10°C bis + 160°C, seine vorgesehene Aufgabe zu erfüllen. Ferner ist durch die Fluidfüllung mit dem Alkohol sichergestellt, dass wenig Arbeitsgas innerhalb des Fluids in Lösung gerät, so dass dergestalt der wirksame Volumenanteil an Arbeitsgas für die Druckstoßdämpfung nicht in unnötiger Weise reduziert ist. In Abhängigkeit von der jeweils eingenommenen Position des Kolbenteils und des insoweit verbundenen balgartigen Trenngliedes, kann der Alkohol in den Arbeitsraum mit dem sonstigen Arbeitsgas verdrängt werden und auch von dort zurück in die Zwischenräume zwischen den Falten für Abstützvorgänge abgerufen werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Kombination von Stickstoffgas als Arbeitsgas und Ethylenalkohol als Fluid auf der Gasseite des Speichers als Fluidfüllung erwiesen. Vorzugsweise werden dabei die Volumenanteile von Arbeitsgas und Fluid gleich gewählt oder bevorzugt ist geringfügig mehr Fluid als Arbeitsgas in dem genannten Arbeitsraum des Druckspeichers vorhanden. Bei anders gearteten Ausführungsbeispielen besteht auch die Möglichkeit, die Räume und/oder die Füllmenge von ihrer Größe her anders zu wählen. Vorteilhafterweise ist dann aber darauf zu achten, dass, kurz bevor der maximale Federweg erreicht ist, der Gasraum im wesentlichen mit Fluid befüllt ist.

Fluid befüllbaren Hohlraum versehen werden kann, so dass dergestalt auf der Fluidseite des Speichers das Aufnahmevermögen für Hydraulikfluidum einschließlich von Kraftstoffen erhöht ist, um dergestalt die Wirksamkeit des Druckspeichers für die Pulsationsdämpfung zu verbessern, wobei man dergestalt einen anderen Weg einschlägt als bei den bisher bekannten Lösungen, bei denen man den Versuch unternommen hat, das Arbeitsvermögen des Speichers dahingehend zu verbessern, dass man den vorgesehen Hohlraum des Kolbenteils auf die Seite des Arbeitsraumes mit dem Arbeitsgas gelegt hat (vgl. WO 01/55602 A1). Es ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Druckspeicher überraschend, dass er durch Umkehr dieses Wirkprinzipes mit verringertem Gasanteil bei gleichzeitiger Befüllung mit einem Fluid auf der Gasseite des Druckspeichers zu verbesserten Dämpfungswerten für das in den Speicher eindringende Fluid kommt, bei gleichzeitigem Erreichen einer erhöhten Funktionssicherheit. Da die dahingehende Speicherlösung für die bewegbaren Teile ohne zusätzliche Dichtungen auskommt, ist auch insoweit eine Voraussetzung für einen verschleißfreien, dauerhaften Betrieb gegeben.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckspeichers sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, bei dem ein Metallbalg verwendet wird, im einzelnen erläutert.

Die einzige Figur zeigt dabei einen Längsschnitt des genannten Ausführungsbeispieles des Druckspeichers.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel eines Druckspeichers ist insbesondere für eine Verwendung in Kraftstoff und Schwerölanlagen vorgesehen, um dergestalt Druckstöße des dahingehenden Betriebsmediums zu dämpfen und zu glätten. Im Bereich der Kraftstoffe ist dabei insbesondere an Dieselkraftstoff oder dergleichen gedacht. Ferner könnte ein dahingehender Druckspeicher auch bei elektrohydraulischen Bremsanlagen, beispielsweise im Fahrzeugbau Verwendung finden. Der gezeigte Druckspeicher weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Speichergehäuse auf, mit einem im wesentlichen kreiszylinderförmigen, topfartigen Hauptteil 12. Das Haupteil 12 weist in Blickrichtung auf die Figur gesehen oben ein Deckelteil 14 auf, das über eine Einschraubstrecke 16 mit dem topfartigen Hauptteil 12 verbindbar ist, und über ein Dichtmittel in Form eines Dichtringes 18 ist das Innere des Speichergehäuses 10 gegenüber der Umgebung dichtend abgesperrt. Aus Gründen der Gewichtsersparnis kann das Deckelteil 14 mit einer Materialaussparung 20 versehen sein, und entlang der Längsachse 22 des Speichers ist das Deckelteil 14 von einer Abschlußschraube 24 durchgriffen, nach deren Entfernen über eine geeignete Vorrichtung (nicht dargestellt) sich Arbeitsgas, beispielsweise in Form von Stickstoffgas und/oder ein Fluid, beispielsweise in Form von Ethylenglykol in den einen Arbeitsraum 26 des Druckspeichers einbringen lassen, der üblicherweise bei den konventionellen Speichern auch nur als Gasraum bezeichnet ist.

Ein innerhalb des Speichergehäuses 10 vorhandenes Kolbenteil 28 ist entlang der Längsachse 22 des Speichers axial längsverfahrbar angeordnet. Ferner erstreckt sich ein balgartiges Trennglied 30 entlang der Außenumfangseite des Kolbenteils 28 und stützt sich mit seinem einen Ende 32 am Kolbenteil 28 ab und mit seinem anderen Ende 34 an einer nach unten vorstehenden, ringförmigen Verlängerung 36 des Deckelteiles 14 ab. Das Trennglied 30 ist vorzugsweise in der Art eines Metallbalges ausgebildet, mit einer Vielzahl an ringförmigen Einzelfalten 38 oder Umlenkungen, die zick-zack-förmig in der Art einer Plissierung das zylindrische Kolbenteil 28 außenumfangseitig mit einem vorgebbaren Abstand übergreifen. Des weiteren trennt das Kolbenteil 28 den auch als Gasraum bezeichneten einen Arbeitsraum 26 von einem weiteren zweiten Arbeitsraum 40 fluiddicht ab, den man bei dahingehenden Druckspeichern auch als Fluidraum bezeichnet.

Die ringförmige Verlängerung 36 des Deckelteiles 14, das insoweit als Bestandteil des Speichergehäuses 10 anzusehen ist, weist auf seiner Innenseite eine zylindrische Führungsfläche 42 auf, innerhalb der das obere Ende des Kolbenteiles 28 längsverfahrbar unter Beibehalten eines Radialabstandes in der Art eines Ringspaltes 44 geführt ist. Des weiteren weist das Speichergehäuse 10 in Blickrichtung auf die Figur gesehen an seiner Unterseite einen zylindrischen Anschlußstutzen 46 auf, mit zwei Fluidanschlüssen 48, 50 die in einen gemeinsamen Vorraum 52 innerhalb des Anschlußstutzens 46 münden. Dabei treten die beiden Fluidanschlüsse 48, 50 in einem rechten Winkel zu der Längsachse 22 des Druckspeichers in den Anschlußstutzen 46 ein bzw. aus diesem heraus und es hat sich im Sinne einer optimierten Strömungsführung als günstig erwiesen, wenn durch rechtwinklig hierzu verlaufende Umlenkstellen 54 senkrecht auf der jeweiligen Ausrichtung des Fluidanschlusses 48, 50 die Fluidführung dergestalt vorgenommen wird. Für die Funktion des Speichers genügt es, wenn Fluid über den Vorraum 52 im weiteren Arbeitsraum 40 ansteht, und ein Fluiddurchfluß ist nicht zwingend notwendig und auch bei stehender Fluidsäule lassen sich auftretende Pulsationen und Druckstöße entsprechend glätten bzw. dämpfen. Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn in derselben Höhe die Fluidanschlüsse 48, 50 in den Anschlußstutzen 46 ein- bzw. austreten und über dieselbe Wegstrecke, bedingt durch die gleich wirkenden Umlenkstellen 54, gemeinsam in den Vorraum 52 einmünden.

Zur Erhöhung des Volumens des Fluidraumes auf der Seite des weiteren Arbeitsraumes 40 des Druckspeichers weist das Kolbenteil 28 einen zylindrischen Hohlraum 56 auf, der bis auf eine reduzierte Wandstärke für das Kolbenteil 28 diesen im wesentlichen ausfüllt. Im Bereich der Verbindung zwischen balgartigem Trennglied 30 mit dem Kolbenteil 28 an seinem einen Ende 32 weist das Kolbenteil 28 einen ringförmig verbreiternden Anschlag 58 auf, zum Anschlagen an die zugeordnete, benachbarte Innenwandung 60 des Speichergehäuses 10, in die der Vorraum 52 des Anschlußstutzens 46 mündet. Das Kolbenteil 28 ist des weiteren an seinem dem Anschlag 58 gegenüberliegenden Ende mit einer Anschlagfläche 62 quer zur Längsachse 22 des Speichers verlaufend versehen, die dem Anschlagen an eine weitere gegenüberliegende Innenwandung 64 des Speichergehäuses 10, vorzugsweise gebildet durch das Deckelteil 14 dient. Mit den derart gebildeten Anschlagflächen ist eine Art Überlastsicherung sichergestellt, die ein den Metallbalg schädigendes Zusammenstauchen oder Überweiten durch Auseinanderziehen vermeiden hilft.

Über den bereits aufgezeigten Ringspalt 44 ist es möglich, dass die partielle Fluidfüllung im Arbeitsraum 26 zwischen die gebildeten Hohlräume zwischen den Einzelfalten 38 und dem Außenumfang des Kolbenteiles 28 tritt, um dergestalt bei den Bewegungen der Einzelfalten 38 diese entsprechend abzustützen, wobei bei einem Stauchvorgang, bei dem sich zwei benachbarte Wandungen einer Einzelfalte 38 aufeinander zu bewegen, dass derart aufgenommene Fluid in Richtung des Arbeitsraumes 26 zurückgedrängt wird, was beispielsweise der Fall ist, wenn in Blickrichtung auf die Figur gesehen von dem dahingehenden Ausgangszustand des Kolbenteiles 28 dieses nach oben in Richtung der Innenwandung 64 verfährt, und bei einer entgegengesetzten Bewegung des Kolbenteiles 28 und Auseinanderziehen der Falten 38 kann entsprechendes Fluidvolumen vom Arbeitsraum 46 über den Ringspalt 44 in die Zwischenräume zwischen den Falten 38 nachströmen, soweit die dahingehenden Zwischenräume mit dem Ringspalt 44 und mit dem Arbeitsraum 26 fluidführend in Verbindung stehen.

Im wesentlichen ist der dahingehende Arbeitsraum 26 mit einem Arbeitsgas, beispielsweise Stickstoffgas befüllt, das insoweit im Sinne einer Glättung oder Dämpfung die Druckstöße aufnimmt, die auf der Fluidseite 40 des Speichers in diesen eingebracht werden. Etwaig auftretende Erwärmungen im Bereich des Metallbalges als balgartiges Trennglied 30 lassen sich gleichfalls gut mit dem im Arbeitsraum 26 eingebrachten Fluid, insbesondere in Form von Ethylenglykol beherrschen, das im übrigen als dünnflüssiges Medium ein gutes Ein- und Ausströmverhalten aufweist und des weiteren wenig Arbeitsgas löst, das für das Dämpfungsverhalten des Speichers notwendig ist. Ebenso ist an einen Einsatz für einen Gummibalg als balgartiges Trennglied 30 gedacht.