Hydac Technology GmbH, Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar

Führungseinrichtung für einen Metallbalg

Die Erfindung betrifft eine Führungseinrichtung für einen Metallbalg, der an zumindest einem Balgende einen zumindest bei Ausziehen und Zusammenziehen des Balges entlang der Wand eines Gehäuses bewegbaren Endkörper aufweist, wobei zwischen diesem und dem Gehäuse ein Führungs- element vorhanden ist.

Metallbälge kommen auf verschiedenen technischen Gebieten als längenvariables Bauelement zum Einsatz, beispielsweise wenn ein Längenausgleich bei Leitungen oder Kupplungsverbindungen für strömungsfähige Medien erforderlich ist. Weit verbreitet werden Metallbälge auch bei Hy- drospeichern als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite eingesetzt. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Bewegungen beim Ausziehen und Zusammenziehen des Balges verhältnismäßig weitläufig stattfinden, ist es für die Lebensdauer des Balges wesentlich, dass das jeweilige Ende des Balges, das sich im Betrieb entlang einer Gehäusewand bewegt, sicher geführt ist.

Wie dem Dokument EP 1 052 412 A2 entnehmbar ist, ist es diesbezüglich Stand der Technik, am beweglichen Ende des betreffenden Balges ein Füh- rungselement vorzusehen. Bei der bekannten Lösung, bei der es sich bei dem beweglichen Endkörper des Balges um einen Verschlußkörper handelt, der bei einem Hydrospeicher innerhalb des Speichergehäuses die Gasseite

von der Fluidseite trennt, ist als Führungselement ein Führungsring vorgesehen, der den Außenumfang des Verschlußkörpers umgibt und eine äußere Gleitfläche bildet, die entlang der Innenwand des Speichergehäuses ver- fahrbar ist.

Diese bekannte Lösung ist in mehrerer Hinsicht nachteilig. Zum einen ist die Fertigung aufwendig, weil der im Querschnitt L-förmige Führungsring am Außenumfang des Verschlußkörpers durch Verschweißen festgelegt ist. Zum anderen ergibt sich ein entsprechender Herstellungsaufwand dadurch, dass der Führungsring mit einer Reihe von Durchbrüchen versehen werden muß, die bei den Axialbewegungen des Verschlußkörpers den Medien- durchtritt gestatten.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Führungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine demgegenüber einfachere, eine besonders kostengünstige Herstellung ermöglichende Bauweise auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Führungseinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Die wesentliche Besonderheit der Erfindung besteht nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 darin, dass anstelle eines über den gesamten Umfang des Endkörpers des Balges durchgehenden Führungsringes mehrere gesonderte Führungskörper vorgesehen sind. Durch die gegenseitigen Abstände der Führungskörper voneinander erübrigt sich die Notwendigkeit, Durchbrüche für den Mediendurchtritt vorzusehen. Gegenüber einem sich über die gesamte Umfangslänge erstreckenden Führungsring ermöglicht die Erfindung auch eine Gewichtsersparnis, so dass sich ein verbessertes An- sprechverhalten ergibt, da Auszieh- und Zusammenziehbewegungen des Balges eine geringere Massenträgheit entgegenwirkt. Darüber hinaus ist

auch das Betriebsverhalten dadurch verbessert, dass die Führung mit verringerter Reibung erfolgt.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Einsatzgebiete, bei denen der Endkörper ein den Innenraum des Balges an einem Ende dicht abschließender Verschlußkörper ist, also für Anwendungen, bei denen das Ausziehen und Zusammenziehen des Balges zu Volumenänderungen betreffender Medienräume führt.

Bei derartigen Anwendungen kann der Verschlußkörper topfartig gestaltet sein und einen kreisringförmigen, das betreffende Ende des Balges übergreifenden Umfangsrand aufweisen, an den sich eine kreiszylinderförmige Seitenwand des sich ins Innere des Balges erstreckenden Topfes anschließt, wobei die Führungskörper durch Führungsschuhe gebildet sein können, die im Querschnitt ein U-ähnliches Profil aufweisen und, den Umfangsrand des Topfes übergreifend, mit einem Profilschenkel jeweils eine Gleitfläche an der Gehäusewand bilden. Derartige Ausführungsbeispiele zeichnen sich durch eine besonders einfache Herstellung und Montage aus, weil die Führungsschuhe, indem sie den Umfangsrand des den Verschlußkörper bilden- den Topfes übergreifen, durch ihre Elastizität clipsartig mit dem Umfangsrand verklammert sein können, wobei Rastelemente zur Bildung einer Verhakung vorhanden sein können.

Vorzugsweise sind die Führungsschuhe durch einen Kunststoffwerkstoff guter Gleiteigenschaften gebildet, wobei sich eine leichtgewichtige, durch Spritzformen leicht herstellbare Bauweise ergibt.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Verschlußkörper des Balges als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite eines Hydrospeichers vorgesehen, wobei die Führungskörper als längs der Innenwand des Speichergehäuses bewegbare Gleitkörper dienen. Dank der

erfindungsgemäßen Gestaltung der Führungseinrichtung zeichnet sich ein derartiger Hydrospeicher durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten aus.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist hierbei ein Ende des Balges an einer Bodenplatte des Speichergehäuses festgelegt, die eine öffnung für den Fluidzutritt ins Innere des Balges aufweist, dessen am anderen Ende befindlicher Verschlußkörper entsprechend der Bewegung beim Ausziehen und Zusammenziehen des Balges die jeweiligen Volumina von Gasseite und im Inneren des Balges befindlicher Fluidseite innerhalb des Speichergehäuses definiert. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei der Boden des den Verschlußkörper bildenden Topfes eine an der Innenseite des Balges ins Innere des Fluidraums vorstehende Ringrippe aufweisen, die bei vollständig zusammengezogenem Balg als Endlagenbegrenzung mit einer Anlage- und Zentrierungsanordnung an der Bodenplatte des Speichergehäuses zusammenwirkt. Dadurch ist der als Verschlußkörper dienende Topf nicht nur während der Bewegung längs des Speichergehäuses geführt, sondern fährt beim Zusammenziehen in eine definierte und im Gehäuse zentrierte Endlage ein.

In vorteilhafter Weise kann hierbei die Anlage- und Zentrierungsanordnung eine in der Bodenplatte vertiefte Ringnut aufweisen, in der für die Zusammenwirkung mit der Ringrippe des Topfes ein Elastomerdichtring, an dem diese bei der Endlage des Balges anliegt, sowie ein metallischer Zentrierring aufgenommen sind, der eine schräge Zentrierfläche aufweist, an der beim Einfahren in die Endlage die Ringrippe des Topfes anläuft. Wie nachstehend bei der anhand der Zeichnung vorgenommenen Beschreibung noch näher erläutert wird, bildet der Elastomerdichtring in Zusammenwirkung mit der Ringrippe des Topfes auch eine Art Endlagendämpfung, während die Schrä- ge des Zentrierringes die Ausrichtung in der Endlage bewirkt.

Gegenstand der Erfindung ist entsprechend dem Patentanspruch 11 auch ein Hydrospeicher mit einem Speichergehäuse, in dem als bewegliches Trennelement zwischen einer Gasseite und einer Fluidseite ein Metallbalg vorgesehen ist, wobei für diesen eine Führungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 vorhanden ist.

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

- Fig. 1 einen schematisch stark vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines Hydrospeichers mit einem als bewegliches Trennelement zwischen Gasseite und Fluidseite dienenden Metallbalg, versehen mit einer Führungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und - Fig. 2 einen schematisch stark vereinfacht gezeichneten Teillängsschnitt lediglich des den Fluidanschluß aufweisenden Bodenbereiches des Speichers von Fig. 1, wobei der Metallbalg vollständig zusammengezogen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Anwendungsbeispieles erläutert, bei dem ein Hydrospeicher 1 im Innenraum seines Speichergehäuses einen Metallbalg 3 als bewegbares Trennelement zwischen einer ein Arbeitsgas aufnehmenden Gasseite 5 und einer Fluidseite 7 aufweist. Letztere ist mit einem Fluidanschluß 9 für die Zufuhr des betreffenden Arbeitsfluides (üblicherweise Hydrauliköl) in Verbindung. Das Speichergehäuse selbst bildet über zumindest den Längenbereich, in dem die Bewegung des Balges 3 beim Ausziehen und Zusammenziehen stattfindet, einen hohlen Kreiszylinder 10 mit dessen Innenwand 1 1 die Führungseinrichtung des Metallbalges 3 zusammenwirkt, um diesen beim Ausziehen und Zusammenziehen zu führen. An dem der Gasseite 5 zugeordneten Ende des Speichergehäuses befindet sich ein Füllanschluß 15 für ein Arbeitsgas wie N2.

An dem den Fluidanschluß 9 aufweisenden Ende des Speichergehäuses befindet sich eine kreisrunde Bodenplatte 17, deren Umfangsrand bei 18 mit dem Endrand des Hohlzylinders 10 verschweißt ist. Die Bodenplatte 17 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 19 auf, über die der Zugang vom Fluidanschluß 9 zur Fluidseite 7 im Innenraum des Metallbalges 3 gebildet ist, wobei an der öffnung 19 eine diese nach Innen erweiternde Schräge 21 zur Strömungsoptimierung vorgesehen ist. Die der Fluidseite 7 zugewandte Oberseite der Bodenplatte 17 ist nicht eben, sondern besitzt in dem an die öffnung 19 angrenzenden Bereich die größte Dicke mit einer zur Achse 23 konzentrischen Ringfläche 25, an deren radial äußeren Rand sich eine Vertiefung mit einer Ringnut 27 anschließt, in der ein Elastomerdichtring 29 sowie ein metallischer Zentrierring 31 aufgenommen sind. In Radialrichtung weiter außerhalb der Ringnut 27 befindet sich an der Bodenplatte 17 die Schweißstelle 33 für das fluiddicht angeschweißte Ende 35 des Metallbalges 3. Der metallische Zwischenring 31 hält im übrigen den Elastomerdichtring 29 in seiner in Fig.1 gezeigten Einbaulage, der insoweit eine Anschlagdämpfung für Teile des Balges 3 bildet.

Am oberen Ende 37 des Metallbalges 3 ist dessen Innenraum durch einen Verschlußkörper 39 fluiddicht geschlossen. Der Verschlußkörper 39 ist topfartig gestaltet, und zwar in der Weise, dass sich an einen kreisringförmigen Umfangsrand 41 , der eine zur Achse 23 senkrechte Radialebene definiert, ein radial weiter innenliegendes Topfteil anschließt, wobei die kreis- zylinderförmige Seitenwand 43 des Topfes ins Innere des Metallbalges 3 vorspringt, so dass, wenn der Verschlußkörper 39 bei voll ausgezogenem Balg 3 die in Fig. 1 gezeigte Endlage erreicht hat, für die Gasseite 5 ein durch den Innenraum des Topfes vergrößertes Restvolumen verbleibt. Die Seitenwand 43 ist durch einen Topfboden 45 verbunden, der im Innenraum des Topfes eben ist. An der an das Balgende angrenzenden Unterseite 64 des Umfangsrandes 41 befindet sich die Schweißstelle 47, an der, in ent-

sprechender Weise wie bei der Schweißstelle 33 an der Bodenplatte 17, die Schweißlinie für die dichte Schweißverbindung mit dem betreffenden Ende 37 des Balges 3 ausgebildet ist.

Als Führungskörper zur Führung des beweglichen Endes 37 des Balges 3 sind Führungsschuhe 49 vorgesehen, die aus einem Kunststoffmaterial guter Gleiteigenschaften spitzgeformt sind. Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus Fig. 2, deutlich ersichtlich ist, haben die Führungsschuhe 49 im großen Ganzen die Form eines kurzen U-Profils und sind am Verschlußkörper 39, dessen Umfangsrand 41 übergreifend, in regelmäßigen Abständen um den Umfang verteilt angeordnet, wobei beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Führungsschuhe 49 vorgesehen sind. Diese weisen jeweils einen Profilschenkel 51 mit zur Achse 23 konzentrischer Wölbung auf und bilden mit diesem Profilschenkel 51 jeweils eine Gleitfläche für die Anlage an der Innenwand 1 1 des Gehäusezylinders 10. Dieser Profilschenkel 51 ist mit dem inneren Profilschenkel 53 über einen den Umfangsrand 41 des Verschlußkörpers 39 übergreifenden Steg 55 verbunden. Dabei erstrecken sich die Stege 55 nicht oberhalb der die obere Radialebene definierenden Ringfläche 60 des Umfangsrandes 41 , sondern sitzen in Vertiefungen 62, die passend für die Führungsschuhe 49 im Umfangsrand 41 ausgebildet sind und die Materialdicke des Umfangsrandes 41 zwischen seiner Unterseite 64 und der Ringfläche 60 bereichsweise verringern, um so einen Sitz für einen betreffenden Führungsschuh 49 zu bilden. Diese sind in den Vertiefungen 62 nicht nur gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung gesichert, son- dem auch gegen ein Abheben in Axialrichtung gesichert. Hierfür sind an den Innenseiten der Profilschenkel 51 und 53 jeweils Rastkerben 52 bzw. 54 vorhanden. Beim Aufstecken der Führungsschuhe 49 auf den Umfangsrand 41 kommen innere Rastschultern 58, die an den elastischen Profilschenkeln 51 , 53 ausgebildet sind, in clipsartige Verhakung mit den Rastkerben 52 und 54.

Wie bereits erwähnt, ist außer der durch die Führungsschuhe 49 gebildeten Führung des beweglichen Endes 37 des Balges 3 an der Bodenplatte 17 eine zusätzliche Gestaltung als Führung und Zentrierung vorgesehen, die bei der vollständig zusammengezogenen Position des Balges 3, siehe Fig. 2, den Topfboden 45 positioniert. Dieser weist an seiner der Bodenplatte 17 zugewandten Unterseite einen umfänglichen, vorspringenden Ringrand 57 auf, der bei Annäherung an die in Fig. 2 gezeigte Endlage, an einer Schrägfläche 59 des Zentrierringes 31 geführt, in eine zentrierte Position gelangt, in der er auf dem Elastomerdichtring 29 aufliegt. Der Elastomerdichtring 29 fungiert nicht nur als das Anlaufgeräusch dämpfender Puffer, sondern dichtet den Fluideintrittsbereich an der öffnung 19 der Bodenplatte 17 gegenüber dem an der Innenseite des Balges 3 verbleibenden Rest-Fluidraum 61 ab, so dass das Restvolumen des im Raum 61 befindlichen, inkompressi- blen Fluides zusätzlich zur Endlagendämpfung beiträgt. Die Führungsschu- he 49 sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, wie Polytetrafluor- ethylen (PTFE), gebildet, das gute Gleiteigenschaften hat und abriebfest sowie temperaturbeständig ist.

Wie Fig. 2 entnehmbar ist, ist die zwischen dem Ringrand 57 befindliche Unterseite des Topfbodens 45 nicht eben, sondern weist ein Muster aus Nuten 63 geringer Tiefe auf, so dass in der Endlage der Boden 45 keinen fluiddichten Verschluß am Rand der öffnung 19 bildet, so dass hier ein Durchlass für Restfluid verbleibt.