DE19906800A1 - Druckmittelspeicher - Google Patents

Abstract

Es wird ein Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse (1) vorgeschlagen, dessen Innenraum durch ein Medientrennungselement (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 und wobei in einem hydraulischen Anschluß (5) ein Bodenventil (6) vorgesehen ist, dessen Schließkörper (7, 40) durch das Medientrennungselement (2) betätigbar ist und das ein Befüllen der zweiten Kammer (4) mit Flüssigkeit ermöglicht und ein vollständiges Entleeren der zweiten Kammer (4) verhindert. DOLLAR A Um sowohl eine Beschädigung des Bodenventils als auch einen ungewollten Flüssigkeitsaustritt zu verhindern und somit eine erhebliche Erhöhung der Funktionssicherheit zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schließkörper (7, 40) durch das Medientrennungselement (2 bzw. 16) in eine Lage bringbar ist, in der er die Funktion eines hydraulischen Kolbens erfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse, dessen Innenraum durch ein Medientrennungselement in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die erste Kammer mit einem Gas und die zweite Kammer mit einem flüssigen Druckmittel ge­ füllt ist und wobei in einem hydraulischen Anschluß ein Boden ventil vorgesehen ist, dessen Schließkörper durch das Medien trennungselement betätigbar ist und das ein Befüllen der zwei ten Kammer mit dem Druckmittel ermöglicht und ein vollständiges Entleeren der zweiten Kammer verhindert.

Ein derartiger Druckmittelspeicher ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 98/37329 bekannt. Das Medientrennungselement ist bei dem vorbekannten Druckmittelspeicher durch einen metallischen Faltenbalg gebildet, mit dessen dem hydraulischen Anschluß zugewandter Stirnfläche der Schließkörper des Bodenventils mittels einer Feder verbunden ist. Um ein wirksames Absperren des hydraulischen Anschlusses zu erreichen ist der Schließkörper mit einem gummielastischen Dichtelement versehen.

Weniger vorteilhaft ist bei dem vorbekannten Druckmittelspeicher anzusehen, daß der beim Aufsetzen des Schließkörpers auf den Boden entstehende Schließspalt vom Druckmittel durchströmt wird, so daß eine Beschädigung bzw. Zerstörung des Dichtelements und somit ein Ausfall des Druck­ mittelspeichers droht. Als nachteilig wird auch der Druckmittelaustritt empfunden, der durch eine durch Temperaturschwankungen bedingte Dehnung des Faltenbalgs verursacht werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckmittelspeicher der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß sowohl eine Beschädigung des Bodenventils als auch ein ungewollter Druckmittelaustritt verhindert wird und somit eine erhebliche Erhöhung der Funktionssicherheit gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schließkörper durch das Medientrennungselement in eine Lage bringbar ist, in der er die Funktion eines hydraulischen Kolbens erfüllt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schließkörper bei Annäherung der Faltenbalgstirnfläche an den Boden in die hydraulische Strömung eingebracht wird, ohne sie zu behindern, um dann, in der hydraulischen Strömung mitschwimmend, zur Anlage an einem Anschlag zu kommen, wodurch der hydraulische Anschluß in Form eines arretierten hydraulischen Kolbens verschlossen wird.

Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Schließkörper in einer im hydraulischen Anschluß vorgesehenen Bohrung geführt ist und mit mindestens einem Dichtelement versehen ist, das gegen die Wandung der Bohrung abdichtet. Die Bohrung ist dabei vorzugsweise als Stufenbohrung ausgebildet, wobei das Dichtelement mit dem Abschnitt kleineren Durchmessers der Bohrung zusammenwirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 4 bis 19 aufgeführt.

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

Fig. 1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt,

Fig. 2 das bei der Ausführung gemäß Fig. 1 verwendete Bodenventil im Axialschnitt in geöffnetem Zu­ stand,

Fig. 2a und 2b das Bodenventil gemäß Fig. 2 im Übergangszustand bzw. in geschlossenem Zustand,

Fig. 3 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers im Axialschnitt,

Fig. 4a bis 4c das bei der Ausführung gemäß Fig. 3 verwendete Bodenventil im Axialschnitt in verschiedenen Zu­ ständen, und

Fig. 5 eine dritte Ausführung des Bodenventils im Axial­ schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführung des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers weist ein Gehäuse 1, 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 einem das Gehäuse 1 verschließenden Deckel 15 verbunden ist und andererseits mittels einer Platte 16 verschlossen ist. Der Innenraum des Faltenbalgs 2 bildet die erste Kammer 3, die über einen im Deckel 15 vorgesehenen, nicht gezeigten Füllanschluß mit einem in der Regel unter hohem Druck stehenden Gas befüllt werden kann. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist ein hydraulischer Anschluß 5 ausgebildet, in dem ein Bodenventil 6 angeordnet ist, dessen Schließkörper 7 in die zweite Kammer 4 hineinragt. Das Bodenventil 6 ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, daß es einerseits ein Befüllen der zweiten Kammer 4 mit einem unter Druck stehenden flüssigen Druckmittel, beispielsweise einer Bremsflüssigkeit, ermöglicht und andererseits ein vollständiges Entleeren der zweiten Kammer 4 verhindert. Außerdem befindet sich in der ersten Kammer 3 eine Druckfeder 17, die zwischen dem Deckel 15 und der vorhin erwähnten Platte 16 eingespannt ist und somit den Faltenbalg 2 in Richtung auf das Bodenventil 6 zu vorspannt. Dadurch wird gewährleistet, daß der in der zweiten Kammer 4 herrschende hydraulische Druck immer höher ist als der in der ersten Kammer 3 herrschende Gasdruck. Um schließlich ein Zentrieren des Faltenbalgs 2 im Gehäuse 1 zu erreichen ist ein geschlitzter Ring 18 vorgesehen, der den Faltenbalg 2 umgreift und im montierten Zustand an der Wand des Gehäuses 1 anliegt.

Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der mit einer Füll- bzw. Austrittsöffnung 13 versehene hydraulische Anschluß 5 eine Bohrung 10 auf, die als eine Stufenbohrung ausgebildet ist und einen ersten Abschnitt 11 größeren Durchmessers und einen zweiten Abschnitt 12 kleineren Durchmessers aufweist. Der Übergangsbereich zwischen beiden Abschnitten 11, 12 wird vorzugsweise durch eine konische Ringfläche 9 gebildet. In der Stufenbohrung 10 bzw. 11, 12 wird der vorhin erwähnte Schließkörper 7 geführt, wobei zur Führung im ersten Bohrungsabschnitt 11 ein mit mindestens einem Durchlaß 20 versehener Bund 19 vorgesehen ist, während der Führung im zweiten Bohrungsabschnitt 12 ein zweiter Bund 21 dient, der mehrere radiale Strömungskanäle 22 aufweist. Die Strömungskanäle 22 bilden zusammen mit dem vorhin erwähnten Durchlaß 20 eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Kammer 4 und der Füll- bzw. Austrittsöffnung 13 des hydraulischen Anschlusses 5. Eine der Füll- bzw. Austrittsöffnung 13 abgewandte Stirnfläche des zweiten Bundes 21 bildet eine Flanke einer Radialnut 23, die ein Dichtelement 8 aufnimmt, das im gezeigten Beispiel durch eine Dichtmanschette gebildet ist. In dem in Fig. 2 gezeigten geöffneten Zustand des Bodenventils 6 liegt der erste Bund 19 unter Vorspannung einer Druckfeder 14 an einem Anschlag 24 an.

Das Schließen des Bodenventils 6 erfolgt in zwei Phasen, die in Fig. 2a und 2b dargestellt sind. Kurz vor dem Entleeren der Kammer 4 beginnt die den Faltenbalg 2 verschließende Platte 16 das vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildete Ende des Schließkörpers 7 zu berühren. Bei weiterem Austritt des Druckmittels wird der Schließkörper 7 entgegen der von der Druckfeder 14 aufgebrachten Kraft verstellt bzw. in der Zeichnung nach unten gedrückt, bis die äußere Dichtlippe der Dichtmanschette 8 in Kontakt mit der konischen Ringfläche 13 kommt und so die Umströmung des Schließkörpers 7 verhindert. In diesem Augenblick fängt der Schließkörper 7 an, die Funktion eines hydraulischen Kolbens zu erfüllen und wird durch den in der Kammer 4 herrschenden Restdruck weiter nach unten verstellt. Dadurch wird das Dichtelement 8 in den Bohrungsabschnitt 12 verbracht, dessen Durchmesser sich nicht mehr ändert. Bei den bisher betrachteten Vorgängen können an der Dichtmanschette 8 nur kleine Druckdifferenzen auftreten, die den am Schließkörper 7 angreifenden Feder-, Reibungs- und Trägheitskräften entsprechen. Diese Situation ändert sich, sobald der Schließkörper 7 seinen unteren Anschlag erreicht hat und sich darüber mit beliebig großer Kraft am Gehäuse 1 abstützt. Durch die dann von der Dichtmanschette 8 zu haltenden großen Druckdifferenzen wird die Dichtmanschette 8 bei optimal kleinem und vor allem zeitlich konstantem metallischem Dichtspalt statisch belastet. Der soeben beschriebene Zustand, in dem das Dichtelement 8 die Funktion eines zur zweiten Kammer 4 hin öffnenden Rückschlagventils erfüllt, ist in Fig. 2b dargestellt.

Geöffnet wird das Bodenventil 6 dadurch, daß flüssiges Druckmittel von außen in den erfindungsgemäßen Druckmittelspeicher 1 gepumpt wird. Wenn der Ladedruck den in der Kammer 4 herrschenden Restdruck bzw. Innendruck übersteigt, klappt die äußere Dichtlippe der Dichtmanschette 8 um und läßt über den von der Wandung des Bohrungsabschnitts 12 begrenzten Dichtspalt Druckmittel einströmen, wobei die Druckfeder 14 gleichzeitig den Schließkörper 7 zurückschiebt. Dadurch löst sich die Dichtmanschette 8 bzw. ihre äußere Dichtlippe von der Bohrungswand und gibt den Weg für das einströmende Druckmittel frei. Wie beim Schließen ändert sich die Kontur des die Dichtmanschette 8 aufnehmenden Ringraums nur dann, wenn die an der Dichtmanschette anliegende Druckdifferenz klein ist. Dabei wird der Schließkörper 7 durch die Druckfeder 14 weiter nach oben gedrückt, bis er wieder an der den Faltenbalg 2 verschließenden Platte 16 anliegt. Beim weiteren Füllen der Kammer 4 weicht die Platte 16 zurück und der Weg des Schließkörpers 7 wird vom oberen Anschlag 24 begrenzt.

Bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in der mit Gas gefüllten Kammer 3 eine Sensoreinrichtung 30 zum Sensieren der Bewegung des Medientrennungselements 2 vorgesehen. Die Sensoreinrichtung 30, die vorzugsweise als ein induktiver Wegsensor ausgebildet ist, stellt eine selbständig handhabbare Baugruppe dar, die in eine im Deckel 15 vorgesehene Öffnung einsetzbar ist. Dabei weist sie ein zweiteiliges Sensorgehäuse 31 auf, in dem im wesentlichen eine Spule 32 sowie ein mit der Spule 32 zusammenwirkender metallischer Stift 33 angeordnet sind. Das zweiteilige Sensorgehäuse 31 besteht dabei vorzugsweise aus teleskopartig ineinander geführten Gehäuseteilen 34, 35, wobei der der Öffnung im Deckel 15 zugewandte Teil 34 die Spule 32 aufnimmt, während der den ersten Gehäuseteil 34 teilweise umgreifende zweite Gehäuseteil 35 sich unter der Vorspannung einer Druckfeder 36 an der Platte 16 abstützt. Auf der der Platte 16 abgewandten Seite des zweiten Gehäuseteiles 35 ist der vorhin erwähnte Stift 33 befestigt, der im ersten Gehäuseteil 34 geführt ist und teilweise in einen innerhalb der Spule 32 ausgebildeten zylindrischen Raum 37 hineinragt. Elektrische Anschlüsse der Sensoreinrichtung 30 werden durch die aus dem Sensorgehäuse 31 herausragenden Kontaktstifte 38 gebildet. Mit Hilfe einer nicht gezeigten, an die elektrischen Anschlüsse angeschlossenen Auswertelektronik kann die Induktivität der Spule 32 ermittelt werden, die sich in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des metallischen Stifts 33 in den von der Spule 32 umgebenen zylindrischen Raum 37 ändert. Aus der gemessenen Induktivität wird mit Hilfe von in der Auswerteelektronik abgelegten Kennlinien die Position der Platte 16 und daraus der Füllzustand des erfindungsgemäßen Druckmittelspeichers ermittelt. Im Rahmen des Erfindungsgedankens können weiterhin nicht gezeigte elektrische Meßmittel vorgesehen sein, die zusätzlich zur Messung der Induktivität der Messung des elektrischen Widerstands der Spule 32 dienen und deren Messgröße zur Bestimmung der Speichertemperatur verwendet wird.

In Fig. 3 ist auch eine modifizierte Ausführung des Bodenventils 6 gezeigt, dessen Schließkörper 40 mit zwei hintereinander angeordneten Dichtelementen 41, 42 versehen ist, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern.

Wie insbesondere den Fig. 4a bis 4c, die die einzelnen Phasen des Schließvorgangs darstellen, zu entnehmen ist, wirken die wieder als Dichtmanschetten ausgebildeten Dichtelemente 41, 42 mit zwei voneinander getrennten Abschnitten 43, 44 einer im hydraulischen Anschluß 5 ausgebildeten, nicht näher bezeichneten, mehrfach gestuften Bohrung zusammen. Die Schließwege der beiden Dichtelemente 41, 42 sind dabei vorzugsweise derart ausgelegt, daß die Dichtelemente 41, 42 zeitlich versetzt an den zugeordneten Bohrungsabschnitten 43, 44 zur Anlage kommen. Wie insbesondere aus Fig. 4b erhellt, kommt beim Verschieben des Schließkörpers 40 durch die vorhin erwähnte Platte 16 als erste die äußere Dichtlippe der ersten Dichtmanschette 41 in Berührung mit einer ersten konischen Ringfläche 45, an die der zugeordnete Bohrungsabschnitt 43 anschließt. Die zweite Dichtmanschette 42 befindet sich noch im Abstand von einer ihr zugeordneten zweiten konischen Ringfläche 46, so daß die erste Dichtmanschette 41 mit dem durch einen im hydraulischen Anschluß 5 ausgebildeten Strömungskanal 47 strömenden Druckmittel beaufschlagt wird, durch dessen Wirkung der Schließkörper 40 weiter in Richtung auf den unteren Anschlag verschoben wird. Während der erwähnten Schließbewegung kommt die zweite Dichtmanschette 42 zunächst in Berührung mit der ihr zugeordneten konischen Ringfläche 46, um schließlich in der Schließstellung (Fig. 4c) gegen den zugeordneten Bohrungsabschnitt 44 abzudichten.

Bei einer in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführung des Bodenventils sind in einem vorzugsweise zylindrischen Führungsteil 26 Strömungsquerschnitte 27 ausgebildet, die nach außen durch eine den vorhin erwähnten Schließkörper bildende Hülse 25 begrenzt sind. In der Betätigungsrichtung des Bodenventils hinter den Strömungsquerschnitten 27 befindet sich eine Dichtmanschette 28, die, nachdem sie von der Hülse 25 überfahren worden ist, gegen diese abdichtet, so daß keine Strömung des Druckmittels mehr möglich ist.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß sämtliche vorhin beschriebenen Ausführungen des Bodenventils einfach auszulegen und ebenso einfach und kostengünstig herzustellen sind. Die Bodenventile können als vorgefertigte, geprüfte Module in Metallbalg-Hydrospeicher eingebaut werden. Die Dichtelemente bzw. -manschetten werden nur in Situationen mit Druck beaufschlagt, in denen der Dichtspalt seine endgültige Kontur angenommen hat und sich nicht mehr verändert. Durch dieses Funktionsprinzip wird eine Beschädigung der Dichtelemente durch Abscheren von Teilen der Dichtelemente an metallischen Kanten ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß neben dem geöffneten auch der geschlossene Zustand des Bodenventils mechanisch stabil ist. Dies hat zur Folge, daß durch Temperaturdehnung verursachte Übergänge zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand des Bodenventils ausgeschlossen sind. Insbesondere kann beim Lagern des Druckmittelspeichers, wenn der von außen anliegende Druck gleich Null ist, keinerlei Flüssigkeit austreten.

Claims (19)

1. Druckmittelspeicher mit einem Gehäuse (1), dessen Innenraum durch ein Medientrennungselement (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 und wobei in einem hydraulischen Anschluß (5) ein Bodenventil (6) vorgesehen ist, dessen Schließkörper (7, 40) durch das Medientrennungselement (2) betätigbar ist und das ein Befüllen der zweiten Kammer (4) mit Flüssigkeit ermöglicht und ein vollständiges Entleeren der zweiten Kammer (4) verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (7, 40) durch das Medientrennungselement (2 bzw. 16) in eine Lage bringbar ist, in der er die Funktion eines hydraulischen Kolbens erfüllt.

2. Druckmittelspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (7, -) in einer im hydraulischen Anschluß (5) vorgesehenen Bohrung (10) geführt ist und mit mindestens einem Dichtelement (8, 41, 42) versehen ist, das gegen die Wandung der Bohrung (10, -) abdichtet.

3. Druckmittelspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (10) als Stufenbohrung ausgebildet ist, wobei das Dichtelement (8) mit dem Abschnitt (12) kleineren Durchmessers der Bohrung (10) zusammenwirkt.

4. Druckmittelspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abschnitt (11) größeren Durchmessers und dem Abschnitt (12) kleineren Durchmessers der Bohrung (10) eine konische Ringfläche (9) vorgesehen ist.

5. Druckmittelspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (7) durch das Medientrennungselement (2 bzw. 16) in eine Lage bringbar ist, in der das Dichtelement (8) an der konischen Ringfläche (9) zur Anlage kommt.

6. Druckmittelspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper durch eine Hülse (25) gebildet ist, die in einem zylindrischen Führungsteil (26) ausgebildete Strömungsquerschnitte (27) radial begrenzt und mit einem Dichtelement (28) zusammenwirkt.

7. Druckmittelspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (7, 40, 25) entgegen der Betätigungsrichtung des Bodenventils (6) mittels einer Feder (14) vorgespannt ist.

8. Druckmittelspeicher nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (8, 41, 42, 28) als ein im betätigten Zustand des Bodenventils (6) zur zweiten Kammer (4) hin schließendes Rückschlagventil ausgebildet ist.

9. Druckmittelspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (8, 41, 42, 28) durch eine Dichtmanschette gebildet ist.

10. Druckmittelspeicher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (40) zwei in der Betätigungsrichtung hintereinander angeordnete Dichtelemente (41, 42) aufweist, die mit zwei voneinander getrennten Abschnitten (45, 43; 46, 44) der Bohrung zusammenwirken.

11. Druckmittelspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medien­ trennungselement (2) durch einen metallischen Faltenbalg gebildet ist.

12. Druckmittelspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Medientrennungselement (2) in Richtung auf das Bodenventil (6) zu vorspannendes elastisches Teil (Druckfeder (17)) vorgesehen ist.

13. Druckmittelspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsmittel (18) zum Zentrieren des Medientrennungselements (2) im Gehäuse (1) vorgesehen sind.

14. Druckmittelspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensoreinrichtung (30) zum Sensieren seines hydraulischen Füllzustands vorgesehen ist.

15. Druckmittelspeicher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (30) als ein induktiver Wegsensor ausgebildet ist, der eine Spule (32) aufweist.

16. Druckmittelspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Druckmittelspeicher zugeordneten Auswerteelektronik die Induktivität der Spule (32) ermittelt wird.

17. Druckmittelspeicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Druckmittelspeicher zugeordneten Auswerteelektronik mit Hilfe von in der Auswerteelektronik abgelegten Kennlinien aus der Induktivität der Spule (32) der Füllstand des Druckmittelspeichers ermittelt wird.

18. Druckmittelspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Druckmittelspeicher zugeordneten Auswerteelektronik der Gleichstromwiderstand der Spule (32) ermittelt wird.

19. Druckmittelspeicher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in einer dem Druckmittelspeicher zugeordneten Auswerteelektronik abgelegten Kennlinien aus dem Gleichstromwiderstand der Spule (32) die Temperatur im Druckmittelspeicher ermittelt wird.