(19) |
 |
|
(11) |
EP 3 421 818 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
29.12.2021 Patentblatt 2021/52 |
(22) |
Anmeldetag: 14.06.2018 |
|
(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
|
|
(54) |
HYDROSPEICHER
HYDRAULIC ACCUMULATOR
ACCUMULATEUR HYDRAULIQUE
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
27.06.2017 DE 102017006064
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
02.01.2019 Patentblatt 2019/01 |
(73) |
Patentinhaber: Hydac Technology GmbH |
|
66280 Sulzbach (DE) |
|
(72) |
Erfinder: |
|
- Weber, Norbert
66125 Saarbrücken (DE)
|
(74) |
Vertreter: Bartels und Partner, Patentanwälte |
|
Lange Strasse 51 70174 Stuttgart 70174 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A1- 1 525 961 DE-A1- 4 131 524
|
DE-A1- 2 604 959 US-A- 3 847 182
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch
1.
[0002] Hydrospeicher in Form von Membranspeichern sind bekannt, vgl.
DE 34 04 897 A1 oder
DE 41 31 524 A1. Bei den bekannten Membranspeichern besitzt die Membran im unverformten Zustand,
bei dem die Gasseite das größte Volumen besitzt, die Form einer Halbkugel. In Anpassung
an die Kugelform besitzt auch das Gehäuse in dem die Membran umgebenden Gehäuseteil
eine kugelige Form. Bei der Auslegung der Gasseite auf ein hohes nutzbares Arbeitsgasvolumen
führt dies zu einer breit auslagernden, ungünstigen Bauform des Gehäuses, verglichen
mit anderen Speicherbauformen, wie Blasenspeichern, die ein wesentlich günstigeres
Verhältnis zwischen dem Volumen der Gasseite und der Gehäusebreite aufweisen.
[0003] Die
US 3 847 182 beschreibt einen Hydrospeicher mit einem eine Längsachse definierenden Gehäuse, in
dem eine aus elastomerem Material bestehende Membran als bewegliches Trennelement
eine Flüssigkeitsseite von einer Gasseite trennt, wobei die Membran an ihrem Öffnungsrand
an der Innenseite des Gehäuses festgelegt ist, wobei die Membran in unverformtem Zustand
eine in Richtung der Längsachse gemessene Länge besitzt, die zumindest das Zweifache
des Durchmessers des Öffnungsrandes beträgt, wobei die unverformte Membran zwischen
dem Öffnungsrand und ihrem geschlossenen Endbereich mit geraden Mantellinien verläuft,
die in Richtung auf den Endbereich konisch konvergieren, wobei das Gehäuse ein Hauptteil
in Form eines kreiszylindrischen Topfes mit einem Bodenteil und ein gewölbtes Kopfteil
aufweist, und wobei das Bodenteil kreisbogenförmig gewölbt ist und das Kopfteil eine
ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil besitzt.
[0005] Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Hydrospeicher in Form eines Membranspeichers zur Verfügung zu stellen, dessen Gasseite,
trotz schlanker Bauweise des Gehäuses, ein hohes Volumen besitzt.
[0006] Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch einen Hydrospeicher gelöst, der die Merkmale
des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
[0007] Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit
der Erfindung darin, dass das Bodenteil kreisbogenförmig gewölbt ist, dass das Kopfteil
eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil besitzt; und dass die unverformte Länge
der Membran zumindest das 2,5-fache des Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes
beträgt. Bei der üblicherweise gewölbten Form des Bodenteils des Gehäuses ergibt sich
so eine formangepasste Anlage bei druckloser Flüssigkeitsseite.
[0008] Es ist vorgesehen, dass die Membran in unverformtem Zustand eine in Richtung der
Längsachse gemessene Länge besitzt, die zumindest das Zweifache des Durchmessers des
Öffnungsrandes beträgt, und dass die unverformte Membran zwischen dem Öffnungsrand
und ihrem geschlossenen Endbereich mit geraden Mantellinien verläuft, die in Richtung
auf den Endbereich konisch konvergieren. Bei dieser Formgebung der Membran, die zwischen
Öffnungsrand und geschlossenem Endbereich einem langen flachen Konus entspricht, lässt
sich, vergleichbar mit einem Blasenspeicher, ein hohes Volumen der Gasseite mit einem
schlanken, an die Form der Membran angepassten Speichergehäuse realisieren.
[0009] Vorteilhafterweise ist für den Hauptteil der Membran eine verhältnismäßig flache
Kegelform vorgesehen, bei der die vom Öffnungsrand zum Endbereich der unverformten
Membran verlaufenden Mantellinien zur Längsachse in einem Winkel zwischen 1,5° und
3° konvergieren.
[0010] Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Topf länglich gebildet, wobei das
Bodenteil bis auf einen zur Achse koaxialen Anschluss geschlossen ist, der für Hydraulikflüssigkeit
den Zugang zur Flüssigkeitsseite im Gehäuse bildet, und wobei der Öffnungsrand der
Membran im Hauptteil in der Nähe des offenen Endes des Topfes festgelegt ist.
[0011] Vorzugsweise ist der Topf am offenen Ende durch ein mit dem einen Schweißbereich
bildenden Rand des Topfes verschweißtes, gewölbtes Kopfteil geschlossen.
[0012] Beim Einsatz einer Membran, die am Öffnungsrand eine wulstartige Verdickung aufweist,
ist die Anordnung mit Vorteil so getroffen, dass für die Verdickung in der Innenwand
des Gehäuses eine ringnutartige Einkerbung gebildet ist, in der die Verdickung durch
einen Haltering gehalten ist, der ein die Verdickung teilweise umfassendes Halteteil
aufweist. Durch Einsetzen des Halteringes lässt sich die Membran mit geringem Montageaufwand
an der Gehäusewand unter Ausbildung einer fluiddichten Abdichtung festlegen.
[0013] Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist der Haltering einen Kranz nachgiebiger
Finger auf, die vom Halteteil weg in Richtung auf das Kopfteil axial über den Schweißbereich
hinaus vorstehen und einen Sitz für einen metallischen Schutzring bilden, der den
Schweißbereich zwischen Topf und Kopfteil innenseitig überdeckt. Bei dieser Anordnung
bildet der Schutzring eine thermische Abschirmung zwischen dem Schweißbereich und
dem Haltering, so dass dieser aus einem Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren
rationell und kostengünstig herstellbar ist.
[0014] Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im Einzelnen erläutert, in deren einziger Figur der erfindungsgemäße Hydrospeicher
im Längsschnitt dargestellt ist.
[0015] Das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrospeichers weist ein
zweiteiliges Gehäuse 2 aus metallischem Werkstoff auf, das sich entlang einer Längsachse
4 erstreckt und ein Hauptteil in Form eines kreiszylindrischen Topfes 6 mit einem
Bodenteil 8 aufweist. Dieses ist kreisbogenförmig gewölbt und bis auf einen zur Achse
4 koaxialen Anschluss 10 geschlossen, der für Hydraulikflüssigkeit den Zugang zur
Flüssigkeitsseite 12 im Gehäuse 2 bildet. Als zweites Gehäuseteil ist am offenen Ende
des Topfes 6 ein Kopfteil 14 entlang eines Schweißbereichs 16 mit dem Rand des Topfes
6 verschweißt, beim vorliegenden Beispiel mittels eines Elektronen-Schweißverfahrens.
Das Kopfteil 14, das eine ähnlich gewölbte Form wie das Bodenteil 8 besitzt, ist bis
auf einen koaxialen Anschluss 18 geschlossen, der den Zugang für ein Arbeitsgas, wie
N
2, zur im Gehäuseinneren befindlichen Gasseite 20 bildet. Ein gegebenenfalls am Anschluss
18 befindliches Füllventil und eine zugehörige Rohrleitung sind nicht dargestellt,
ebenso wie die Verbindung des am Bodenteil 8 befindlichen Anschlusses 10 mit einem
zugehörigen Hydrauliksystem weggelassen ist.
[0016] Wie gezeigt, hat das Gehäuse 2 mit dem langgestreckten, vom Topf 6 gebildeten Hauptteil
die Form einer schlanken Speicherflasche, die innerhalb des Topfes 6 eine elastomere
Membran 22 aufnimmt, die in dem in der Figur gezeigten unverformten Zustand eine entsprechend
schlanke, langgestreckte Form besitzt. Die unverformte Membran 22 bildet zwischen
ihrem Öffnungsrand 24 und einer Übergangsstelle 26 zum Endbereich 28 einen flachen,
langgestreckten Konus mit gerade verlaufenden Mantellinien 30. Der sich an der Übergangsstelle
26 anschließende, gewölbte Endbereich 28 weist, wie bei den bekannten Membranspeichern,
eine Endverstärkung 32 auf.
[0017] Wie bei Membranspeichern üblich, weist die Membran 22 am Öffnungsrand 24 eine wulstartige
Verdickung 34 auf. Für die Festlegung der Membran 22 ist im Topf 6 in geringem Abstand
von dem den Schweißbereich 16 bildenden Topfende in der Innenwand eine ringnutartige
Einkerbung 36 ausgebildet, die einen Sitz für die wulstartige Verdickung 34 bildet.
[0018] Zur Sicherung des Eingriffs der Verdickung 34 mit der Einkerbung 36 ist ein Haltering
38 vorgesehen, der ein Halteteil 40 aufweist, das eine vom Außenumfang des Halteringes
38 nach einwärts versetzte, teilweise Umfassung der Innenseite der Verdickung 34 bildet.
Vom Halteteil 40, axial in Richtung zum Kopfteil 14 verlaufend, weist der Haltering
38 einen Kranz nachgiebiger Finger 42 auf, die durch Schlitze 44 voneinander getrennt
sind und sich über den Schweißbereich 16 hinaus erstrecken. Umfangsseitig bilden die
Finger 42 eine Ringnut 46 als Sitz für einen Schutzring 48, der durch einen metallischen
Flachring gebildet ist. Dieser ist durch Verschieben über Schrägflächen an den Enden
der Finger 42 in die Ringnut 46 einschnappbar.
[0019] Zur Montage ist die Membran 22 bei geöffnetem Topf 6 zusammen mit dem Haltering 38
und dem Schutzring 48 in den Topf 6 einsetzbar, wobei bei der eingesetzten Position
der Schutzring 48 in eine den Schweißbereich 16 überdeckende Lage kommt. Bei Durchführen
des zum Schließen des Gehäuses 2 durchgeführten Verschweißens mit dem Kopfteil 14
bildet der Schutzring 48 dadurch eine thermische Abschirmung gegenüber dem Haltering
38, so dass dieser aus einem strukturfesten Kunststoffmaterial rationell und kostengünstig
als Spritzgussteil herstellbar ist. Als Kunststoffmaterial kann mit Vorteil ein glasfaserverstärktes
Polyarylamid vorgesehen sein.
[0020] Wie der Figur entnehmbar ist, hat die unverformte Membran 22 in Richtung der Achse
4 eine Länge, die ein Mehrfaches des Durchmessers am Öffnungsrand 24 beträgt. Beim
gezeigten Beispiel beträgt die unverformte Länge näherungsweise das 2,5-fache des
Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes 24. Die Mantellinien 30 des zwischen
Öffnungsrand 24 und Endbereich 28 verlaufenden, flachen Konus der Membran 22 konvergieren
zur Längsachse 4 in einem geringen Winkel, beim dargestellten Ausführungsbeispiel
in einem Winkel von 2°. Bei dieser Konfiguration ergibt sich im Vergleich zu den bekannten
Membranspeichern ein optimales Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Gehäuses 2
und nutzbarem Volumen an Arbeitsgas in der Gasseite 20.
1. Hydrospeicher mit einem eine Längsachse (4) definierenden Gehäuse (2), in dem eine
aus elastomerem Material bestehende Membran (22) als bewegliches Trennelement eine
Flüssigkeitsseite (12) von einer Gasseite (20) trennt, wobei die Membran (22) an ihrem
Öffnungsrand (24) an der Innenseite des Gehäuses (2) festgelegt ist, wobei die Membran
(22) in unverformtem Zustand eine in Richtung der Längsachse (4) gemessene Länge besitzt,
die zumindest das Zweifache des Durchmessers des Öffnungsrandes (24) beträgt, wobei
die unverformte Membran (22) zwischen dem Öffnungsrand (24) und ihrem geschlossenen
Endbereich (28) mit geraden Mantellinien (30) verläuft, die in Richtung auf den Endbereich
(28) konisch konvergieren,
wobei das Gehäuse (2) von zwei Teilen aus metallischem Werkstoff gebildet ist, wobei
das Gehäuse (2) ein Hauptteil in Form eines kreiszylindrischen Topfes (6) mit einem
Bodenteil (8) und ein gewölbtes Kopfteil (14) aufweist,
wobei der sich an einer Übergangsstelle (26) an den Konus mit gerade verlaufenden
Mantellinien (30) anschließende Endbereich (28) der Membran (22) halbkugelartig gewölbt
ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (8) kreisbogenförmig gewölbt ist, dass das Kopfteil (14) eine ähnlich
gewölbte Form wie das Bodenteil (8) besitzt, und dass die unverformte Länge der Membran
(22) zumindest das 2,5-fache des Durchmessers der freien Öffnung des Öffnungsrandes
(24) beträgt.
2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Öffnungsrand (24) zum Endbereich (28) der unverformten Membran (22) verlaufenden
Mantellinien (30) zur Längsachse (4) in einem Winkel zwischen 1,5° und 3° konvergieren.
3. Hydrospeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (6) länglich gebildet ist, dass das Bodenteil (8) bis auf einen zur Achse
(4) koaxialen Anschluss (10) geschlossen ist, der für Hydraulikflüssigkeit den Zugang
zur Flüssigkeitsseite (12) im Gehäuse (2) bildet und dass der Öffnungsrand (24) der
Membran (22) im Hauptteil in der Nähe des offenen Endes des Topfes (6) festgelegt
ist.
4. Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Topf (6) am offenen Ende durch ein mit dem einen Schweißbereich (16) bildenden
Rand des Topfes (6) verschweißtes, gewölbtes Kopfteil (14) geschlossen ist.
5. Hydrospeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) am Öffnungsrand (24) eine wulstartige Verdickung (34) aufweist,
für die in der Innenwand des Gehäuses (2) eine ringnutartige Einkerbung (36) gebildet
ist, in der die Verdickung (34) durch einen Haltering (38) gehalten ist, der ein die
Verdickung (34) teilweise umfassendes Halteteil (40) aufweist.
6. Hydrospeicher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (38) einen Kranz nachgiebiger Finger (42) aufweist, die vom Halteteil
(40) weg in Richtung auf das Kopfteil (14) axial über den Schweißbereich (16) hinaus
vorstehen und einen Sitz (46) für einen metallischen Schutzring (48) bilden, der den
Schweißbereich (16) innenseitig überdeckt.
1. Hydraulic accumulator with a housing (2) defining a longitudinal axis (4), in which
a diaphragm (22) composed of elastomer material, as a movable separating element,
separates a liquid side (12) from a gas side (20), wherein the diaphragm (22) is fixed
at its opening edge (24) to the inner side of the housing (2),
wherein the diaphragm (22) in the undeformed state has a length measured in the direction
of the longitudinal axis (4) which is at least twice the diameter of the opening edge
(24), wherein the undeformed diaphragm (22) extends between the opening edge (24)
and its closed end region (28) with straight surface lines (30) which converge conically
towards the end region (28), wherein the housing (2) is formed by two parts made of
metal, wherein the housing (2) has a main part in the form of a cylindrical pot (6)
with a base part (8) and a domed top part (14),
wherein the end region (28) of the diaphragm (22), adjoining the cone at a transition
point (26) with surface lines (30) extending straight, is hemispherically domed; characterised in that, the base part (8) is domed in the shape of a circular arc, in that the top part (14) has a similarly domed shape to the base part (8), and in that the undeformed length of the diaphragm (22) is at least 2.5 times the diameter of
the clear opening of the opening edge (24).
2. Hydraulic accumulator according to claim 1, characterised in that the surface lines (30) extending from the opening edge (24) to the end region (28)
of the undeformed diaphragm (22) converge to the longitudinal axis (4) at an angle
between 1.5° and 3°.
3. Hydraulic accumulator according to claim 1 or 2, characterised in that the pot (6) is elongated, in that the base part (8) is closed except for a connection (10) coaxial to the axis (4)
which forms the access for hydraulic fluid to the liquid side (12) in the housing
(2) and in that the opening edge (24) of the diaphragm (22) is fixed in the main part close to the
open end of the pot (6).
4. Hydraulic accumulator according to claim 3, characterised in that the pot (6) is closed at the open end by a domed top part (14) which is welded to
the edge of the pot (6) forming a weld area (16).
5. Hydraulic accumulator according to one of the preceding claims, characterised in that the diaphragm (22) has a bead-like thickening (34) on the opening edge (24), for
which an annular-ring-like indentation (36) is formed in the inner wall of the housing
(2), in which the thickening (34) is held by a retaining ring (38) which has a retaining
part (40) partially encompassing the thickening (34).
6. Hydraulic accumulator according to claim 4 and 5, characterised in that the retaining ring (38) has a circle of resilient fingers (42) which protrude axially
beyond the weld area (16), away from the retaining part (40) towards the top part
(14), and form a seat (46) for a metal protective ring (48) which covers the weld
area (16) on the inside.
1. Accumulateur hydraulique comprenant une enveloppe (2), qui définie un axe (4) longitudinal
et dans laquelle une membrane (22) en matière élastomère sépare, en tant qu'élément
de séparation mobile, un côté (12) du liquide d'un côté (20) du gaz, dans lequel la
membrane (22) est fixée sur son bord (24) d'ouverture à la face intérieure de l'enveloppe
(2), dans lequel la membrane (22) possède, à l'état non déformé, une longueur, mesurée
dans la direction de l'axe (4) longitudinal, qui représente au moins deux fois le
diamètre du bord (24) de l'ouverture, dans lequel la membrane (22) non déformée s'étend
entre le bord (24) de l'ouverture et sa partie (28) d'extrémité fermée par des lignes
(30) rectilignes de face latérale, qui convergent coniquement en direction de la partie
(28) d'extrémité, dans lequel l'enveloppe (2) est formée de deux parties en matériau
métallique, dans lequel l'enveloppe (2) a une partie principale sous la forme d'un
pot (6) de section transversale cylindrique circulaire, ayant une partie (8) de fond
et une partie (14) de tête voûtée,
dans lequel la partie (28) d'extrémité, se raccordant à un point (26) de transition
au cône ayant les lignes (30) de surface latérale s'étendant en ligne droite, de la
membrane (22) est incurvée en forme d'hémisphère ; caractérisé en ce que la partie (8) de fond est incurvée en forme d'arc de cercle, en ce que la partie (14) de tête possède une forme incurvée semblable à la partie (8) de fond
et en ce que la longueur non déformée de la membrane (22) représente au moins 2,5 fois le diamètre
de l'ouverture libre du bord (24) de l'ouverture.
2. Accumulateur hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes (30) de surface latérale s'étendant du bord (24) de l'ouverture à la partie
(28) d'extrémité de la membrane (22) non déformée, convergent vers l'axe (4) longitudinal
suivant un angle compris entre 1,5° et 3°.
3. Accumulateur hydraulique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pot (6) est de forme oblongue, en ce que la partie (8) de fond est fermée à l'exception d'un raccord (10), qui est coaxial
à l'axe (4) et qui forme pour du liquide hydraulique l'accès au côté (12) de liquide
dans l'enveloppe (2) et en ce que le bord (24) de l'ouverture de la membrane (22) est fixé dans la partie principale
à proximité de l'extrémité ouverte du pot (6).
4. Accumulateur hydraulique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le pot (6) est fermé à l'extrémité ouverte de la partie (14) de tête voûtée, soudée
par un bord, formant une partie (16) de soudure du pot (6).
5. Accumulateur hydraulique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (22) a, au bord (24) de l'ouverture, un épaississement (34) de type en
bourrelet, pour lequel il est formé dans la paroi intérieure de l'enveloppe (2) une
entaille (36) de type en rainure annulaire, dans laquelle l'épaississement (34) est
maintenu par un anneau (38) de fixation, qui a une partie (40) de fixation entourant
en partie l'épaississement (34).
6. Accumulateur hydraulique suivant la revendication 4 et 5, caractérisé en ce que l'anneau (38) de maintien à une couronne de doigts (42) souples, qui font saillie
en s'éloignant de la partie (40) de maintien en direction de la partie (14) de tête,
axialement au-delà de la partie (16) de soudure et forment un siège (46) d'une bague
(48) métallique de protection, qui recouvre, du côté intérieur, la partie (16) de
soudure.

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information
des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes.
Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei
Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente