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Title:
PRESSURE COMPENSATION DEVICE DESIGNED FOR UNDERWATER APPLICATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/074431
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pressure compensation device (1) designed for underwater applications and by means of which an interior of a container (39), which forms a fluid region (8), can be sealed with respect to the surrounding seawater region (7), wherein a pressure level of the fluid region (8) can be raised at least to the surrounding pressure prevailing in the seawater region (7) by the pressure compensation device (1), wherein the pressure compensation device (1) is constructed in such a way that at least two accumulators (2; 2a, 2b) having a flexible wall region (4) are arranged in series, wherein the at least two accumulators (2; 2a, 2b) are arranged in an annular pressure space of a housing (27). Also proposed is the use of the pressure compensation device (1) for pressurizing at least one fluid-filled container (39) for a hydraulic actuating shaft (37).

Inventors:
ORTH ALEXANDRE (DE)
SCHNEIDER JUERGEN (DE)
HENDRIX GOTTFRIED (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/077056
Publication Date:
April 16, 2020
Filing Date:
October 07, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F15B21/00; H01F27/14
Foreign References:
US9845910B22017-12-19
US2290337A1942-07-21
EP2169690A12010-03-31
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Claims:

1. Druckkompensationseinrichtung (1), eingerichtet für Anwendungen unter Wasser, mit der ein Innenraum eines Behälters, der einen Fluidbereich (8) bildet, gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich (7) abdichtbar ist, wobei mit der

Druckkompensationseinrichtung (1) ein Druckniveau des Fluidbereichs (8) mindestens auf den im Seewasserbereich (7) vorherrschenden Umgebungsdruck anhebbar ist, wobei die Druckkompensationseinrichtung (1) derart aufgebaut ist, dass mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) in Reihe angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) in einem ringförmigen Druckraum eines Gehäuses (27) angeordnet sind.

2. Druckkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der ringförmige Druckraum des Gehäuses (27) als Hohlzylinderanordnung (29) mit zwei koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern (32, 33) ausgebildet ist, zwischen denen ein

Zwischenhohlraum (36) vorhanden ist.

3. Druckkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) in dem Zwischenhohlraum (36) angeordnet sind.

4. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) ringförmig ausgebildet sind.

5. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) ein Membranspeicher oder Blasenspeicher ist.

6. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein flexibler Wandbereich (4) durch mindestens eine Druckfeder (15) belastet ist.

7. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Speichern (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) ein Kolbenspeicher (3) mit einem verschiebbaren Kolben (5) in Reihe angeordnet ist.

8. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (5) des Kolbenspeichers (3) durch mindestens eine Druckfeder (14) belastet ist.

9. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Kolben (5) des Kolbenspeichers (3) ein Weggeber (10) zugeordnet ist.

10. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den mindestens zwei Speichern (2; 2a, 2b) mit flexiblem Wandbereich (4) ein

Zwischenraum (11) gebildet ist, der mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist.

11. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese derart gestaltet ist, dass die mindestens zwei Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) von einem außenliegenden Hohlzylindermantel (34) umgeben und einem innenliegenden Hohlzylindermantel (35) gegenüberliegend angeordnet sind.

12. Anordnung umfassend die Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in dem Zwischenhohlraum (36) einer Hohlzylinderanordnung (29) angeordnet ist, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse

(37) einer elektrischen oder hydraulischen Komponente führbar ist.

13. Verwendung der Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid gefüllten Behälter (39) für eine hydraulische Stellachse (37) eines Elektromotors, einer Pumpe oder einer Zylinderkompensation.

Description:
Druckkompensationseinrichtung, eingerichtet für Anwendungen unter Wasser

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckkompensationseinrichtung für ein hydraulisches System, eingerichtet für Anwendungen unter Wasser.

Solche Art hydraulische Systeme können dazu benutzt werden, um unter Wasser in Wassertiefen bis zu mehreren tausend Metern im Zusammenhang mit der Förderung von Erdöl und Erdgas, mit Bergbau, naturwissenschaftlichen Erkundigungen oder Infrastrukturprojekten ein Element zu bewegen. So befinden sich zum Beispiel bei Erdöl- oder Erdgasförderanlagen auf See in großen Tiefen Prozessventile, mit denen der Volumenstrom des zu fördernden Mediums geregelt oder abgesperrt werden kann.

Der Einsatz von hydraulischen und/oder elektrischen und/oder mechanischen Komponenten unter Wasser, insbesondere in großen Tiefen, ist problematisch, weil die Komponenten durch Wasser, insbesondere Seewasser, geschädigt werden können. Insbesondere der hohe Umgebungsdruck des Wassers macht eine Druckkompensation erforderlich. Hierfür können hydraulische Druckkompensatoren eingesetzt werden, die das Druckniveau eines im Unterwasserbereich eingesetzten hydraulischen Systems auf den im Wasser vorherrschenden Umgebungsdruck anheben können. Dazu können Membrane eingesetzt werden, die auf einer Seite mit Seewasser der Umgebung beaufschlagt sind und auf der anderen Seite mit einem Reservoir des hydraulischen Systems in Verbindung stehen. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei einer Beschädigung der Membran, die eine Grenzfläche bildet, Seewasser in das hydraulische System eindringen kann.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen und eine Verwendung anzugeben, die die genannten Nachteile lindern oder sogar vermeiden. Insbesondere soll auf konstruktiv einfache Weise ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System zuverlässig vermieden werden. Weiterhin soll die Betriebsdauer der Druckkompensationseinrichtung signifikant gesteigert werden. Außerdem soll eine platzsparende Anordnung von Hydrozylindern oder Antriebsspindeln ermöglicht werden.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung oder einer Verwendung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weiterer Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.

Hierzu trägt eine Druckkompensationseinrichtung bei, welche für Anwendungen unter Wasser eingerichtet ist. Sie dient dazu, einen Innenraum eines Gehäuses, der selbst einen (inneren) Fluidbereich bildet, gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abzudichten, wobei mit der Druckkompensationseinrichtung ein Druckniveau des Fluidbereichs mindestens auf den im Seewasserbereich vorherrschenden Umgebungsdruck anhebbar ist. Das hydraulische System, welches eingerichtet ist für Anwendungen unter Wasser, kann folglich einen Innenraum eines Behälters (zum Beispiel einer hydraulischen und/oder elektrischen Komponente, wie einem Elektromotor, einer Pumpe, einem Tank oder ähnlichem) umfassen, der einen Fluidbereich bildet, welcher gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abgedichtet ist. Hierfür ist die zumindest eine hydraulische Druckkompensationseinrichtung vorgesehen, die das Druckniveau des Fluides (Hydraulikflüssigkeit, Trafo-Öl, Schmiermittel, etc.) im Fluidbereich mindestens auf den im (umliegenden) Seewasserbereich vorherrschenden Umgebungsdruck anheben kann.

Die Druckkompensationseinrichtung ist derart mindestens zweistufig aufgebaut, dass mindestens zwei Speicher mit einem flexiblen Wandbereich in Reihe angeordnet sind.

Die hier vorgeschlagene Vorrichtung bei einem unter Wasser angeordneten mit einem Fluid gefüllten System (bzw. hydraulische Anlager oder elektrisches System mit Trafo-Öl oder mechanisches System mit Schmiermittel) hat den besonderen Vorteil, dass eine Unterwasserdruckkompensation mit einer mindestens zweifachen (redundanten) Barriere gegen Eindringen von Seewasser verwirklicht ist. Die mindestens beiden Barrieren sind in Reihe angeordnet und geschaltet. Das heißt mit anderen Worten insbesondere, dass zunächst der mindestens eine Speicher mit dem flexiblen Wandbereich mit dem Seewasser beaufschlagbar ist, wodurch die flexible Wand in Reaktion auf den Seewasserdruck beweglich ist. Die Bewegung der flexiblen Wand kann dann (vom unmittelbaren Einfluss des Seewassers getrennt) auf eine Bewegung des flexiblen Wandbereichs in dem nachfolgenden Speicher übertragen werden. Hierfür kann ein Übertragungsmedium eingesetzt werden, insbesondere eine Flüssigkeit, welche in dem Speicher angeordnet ist. Die (daraus resultierende) Bewegung des flexiblen Wandbereichs kann (unmittelbar) zu einer Druckanpassung in dem Fluidbereich führen, wofür der flexible Wandbereich bevorzugt unmittelbar im Kontakt mit dem Fluidbereich steht. Folglich müssten bei dieser Anordnung zwei getrennte Bauteilversagen (bei dem ersten Speicher und dem zweiten Speicher) eintreten, bevor Seewasser in den inneren Bereich des Systems eindringen kann. Die Vorrichtung zeichnet sich folglich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus, sodass das System zum Beispiel für 20 Jahre und mehr Betriebszeit ausgelegt ist und ein Minimum, bevorzugt keine Wartung, erfordert.

Das innenliegende Fluid (zum Beispiel ein hydraulisches Medium, Trafo-Öl oder Schmiermittel) ist isoliert und kann somit einen im Wesentlichen gleichen oder sogar höheren Druck gegenüber der Umgebung (zum Beispiel Seewasser) aufweisen. Die beiden Barrieren (flexible Wände) haben zur Folge, dass das Seewasser zwei Dichtpunkte (Membrane oder Blasen) passieren muss, bevor es in das System eindringen könnte (Redundanz zur Verhinderung von Systemfehlern).

Dadurch, dass die mindestens zwei Speicher mit jeweils einem flexiblen Wand bereich in einem ringförmigen Druckraum eines Gehäuses angeordnet sind, ist auf konstruktiv einfache Weise ein Eindringen von Seewasser in das hydraulische System zuverlässig vermieden. Insbesondere sind das Druckkompensationsvermögen signifikant vergrößert und der Bauraum reduziert.

Bevorzugt ist der ringförmige Druckraum des Gehäuses als Hohlzylinderanordnung mit zwei koaxial zueinander angeordneten Hohlzylindern ausgebildet, zwischen denen ein Zwischenhohlraum vorhanden ist.

Mit Vorteil sind die mindestens zwei Speicher mit flexiblem Wandbereich (vollständig) in dem Zwischenhohlraum angeordnet.

Vorzugsweise sind die mindestens zwei Speicher mit flexiblem Wandbereich ringförmig ausgebildet. Mindestens einer der Speicher kann z. B. einen ringförmigen Zwischenholraum überspannen.

Es ist möglich, dass eine Mehrzahl oder Vielzahl von zweistufigen Speichersystemen der beschriebenen Art über einen Umfang eines ringförmigen Zwischenholraumes verteilt angeordnet ist.

Es ist weiter bevorzugt, die Anzahl der Speicher mit flexiblen Wandbereich, die in Reihe angeordnet sind, nicht sehr hoch gewählt ist, also beispielsweise 2, 3 oder maximal 4 beträgt. Damit kann der technische Aufwand zur Herstellung begrenzt werden.

Der (mit dem Seewasser in Wirkverbindung stehende) Speicher mit einem flexiblen Wandbereich kann ein Membranspeicher oder ein Blasenspeicher sein. Bei einem Membranspeicher kann eine Membran vorgesehen sein, die im Wesentlichen tellerförmig ausgestaltet ist, deren Umfang (fest) mit einer Speicherwand verbunden ist, und die radial innen in Reaktion auf einen dort vorherrschenden Druck beweglich ist. Ein Blasenspeicher kann mit einer flexiblen Wand ausgeführt sein, die ein vorgebbares Blasenspeichervolumen einschließt und sich axial und radial in Richtung auf einen dort vorherrschenden Druck bewegen kann. Die flexible Wand und/oder die Membran sind insbesondere fluiddicht und beständig hinsichtlich eines Kontakts mit Seewasser unter hohem Druck.

Zweckmäßig ist ein flexibler Wandbereich durch mindestens eine Druckfeder belastet.

Bevorzugt ist zwischen den Speichern mit einem flexiblen Wandbereich ein Kolbenspeicher mit einem verschiebbaren Kolben in Reihe angeordnet.

Zweckmäßig ist der Kolben des Kolbenspeichers durch mindestens eine Druckfeder belastet. Die Druckfeder kann zur Einstellung einer vorgebbaren Vorspannung dienen, zum Beispiel um ein gegenüber dem vom Seewasser erzeugten Druck auf den Fluidbereich erhöhtes Druckniveau einzustellen. Der Kolben ist insbesondere mit einem starren Kolbenteller ausgeführt, auf den die Druckfeder einwirkt. Eine Beschädigung bzw. Überlastung dieses starren Kolbens aufgrund der Druckfederbelastung kann somit dauerhaft vermieden werden. Bevorzugt ist das Fluid in den Fluidbereich gegenüber dem Druck des umgebenden Seewasserbereichs mit 0,5 bis 10 bar vorgespannt. Hierfür kann eine entsprechend ausgelegte Druckfeder in den Kolbenspeicher vorgesehen sein, mit der die über dem Seewasserdruckniveau liegende Vorspannung eingestellt werden kann.

Mit Vorteil ist dem Kolben des Kolbenspeichers ein Weggeber zugeordnet. Der Weggeber ist insbesondere eingerichtet, den aktuellen Hub bzw. die aktuelle Position des Kolbens mit Bezug auf eine Referenzlage bzw. den Kolbenspeicher zu detektieren. Ein Weggeber in diesem Sinn ist insbesondere ein Sensor, mittels dem eine Position des Kolbens direkt/indirekt bestimmbar bzw. messbar ist. Der Sensor kann einen Endlagen-Schalter, einen Druckschalter umfassen. Dadurch ist eine Überwachung einer möglichen Leckage durch Beobachtung der Position des Kolbens ermöglicht, zum Beispiel falls bei unveränderten Druckbedingungen eine Bewegung des Kolbens ermittelt wird.

Der Kolben des Kolbenspeichers kann mehrere (in Wirkrichtung des Drucks) nachgeordnete Dichtungseinrichtungen umfassen. Vorzugsweise kann der Kolben eine Öffnung eines zweiten Innenraums des Kolbenspeichers gegenüber dem Fluidbereich abdichten. Der Kolben kann gegenüber einem Zylinderrohr (Kolbenzylindergehäuse) zusätzlich zumindest eine (bei Kontakt mit Seewasser) quellbare Dichtung aufweisen.

Bevorzugt ist, dass mit den mindestens zwei Speichern mit einem flexiblen Wandbereich und dem mindestens einen Kolbenspeicher ein Zwischenraum gebildet ist, der mit einem Übertragungsmedium (Fluid und/oder Gas) gefüllt ist. Mit Vorteil bilden ein (ausgangsseitiger) zweiter Innenraum eines Membran- oder Blasenspeichers und ein (eingangsseitiger) erster Innenraum eines Kolbenspeichers einen (teilweise oder vollständig) mit einem Fluid und/oder Gas gefüllten Zwischenraum. Bevorzugt ist das Fluid (bzw. Übertragungsfluid) in dem (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum des Speichers mit einem flexiblen Wandbereich und dem (eingangsseitigen) ersten Innenraum des Kolbenspeichers ein hydraulisches Fluid, ein mechanisches fettartiges Medium oder ein dielektrisches Trafo-Öl.

Mit Vorteil ist das Fluid in dem (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum des Kolbenspeichers und in dem Fluidbereich ein Öl, insbesondere ein Trafo-Öl. Weiter bevorzugt ist die Druckkompensationseinrichtung hohlzylinderartig derart gestaltet, dass die mindestens zwei Speicher mit einem flexiblen Wandbereich von einem außenliegenden Hohlzylindermantel umgeben und einem innenliegenden Hohlzylindermantel gegenüberliegend angeordnet sind.

Zweckmäßig ist eine Anordnung mit der hier vorgestellten Druckkompensationseinrichtung in einer Hohlzylinderanordnung mit einem Hohlzylinderinnenraum angeordnet, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Komponente führbar ist. Die zentrale Durchlassöffnung kann (dichtend) um die Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Komponente (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation, etc.) angeordnet werden.

Gemäß einem anderen Aspekt wird die Verwendung einer hier vorgeschlagenen Druckkompensationseinrichtung zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid (zum Beispiel mit Hydraulikflüssigkeit, Öl, Fett, Schmiermittel, etc.) gefüllten Behälter für eine hydraulische Stellachse eines Elektromotors, einer Pumpe und/oder einer Zylinderkompensation vorgeschlagen. Die mindestens eine Druckkompensationseinrichtung wird insbesondere verwendet, um eine integrierte hydraulische Stellachse (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation) in ihrem ölgefüllten Behälter mit Umgebungsdruck (Wasserdruck) zu beaufschlagen. Durch die zentrale Öffnung des Gehäuses kann der Zylinder oder eine Stange des Zylinders geführt sein, was eine platzsparende integrierte Bauweise ermöglicht.

Den hier vorgeschlagenen Maßnahmen liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, einen mindestens zweistufigen Druckkompensator mit mindestens zwei Blasen- oder Membranspeichern auszubilden, der die Grenzfläche Seewasser/Zwischendruckraum bildet und einem Kolben- bzw. Feder-Kolbenspeicher, der den Kontakt zum Hydraulik-Reservoir herstellt. Statt einer sind nun mindestens zwei Grenzflächen vorhanden; dies erhöht die Dichtigkeit und die Betriebsfestigkeit. Außerdem kann in dem Kolben- bzw. Feder- Kolbenspeicher durch eine Feder eine über dem Seewasserdruckniveau liegende Vorspannung eingestellt werden.

Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:

Fig. 1: Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der

Druckkompensationseinrichtung mit zwei Blasenspeichern und einer Kolbenspeichereinrichtung in einem ringförmigen Hohlraum;

Fig. 2: einen Schaltplan einer Druckkompensationseinrichtung wie Fig. 1, jedoch mit

- in Reihe angeordnet - zwei Membranspeichern und einem Kolbenspeicher;

Fig. 3: Blockschaltbild der Druckkompensationseinrichtung nach Fig. 1 zwischen

Seewasser- und (innerem) Fluidbereich;

Fig. 4: Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der

Druckkompensationseinrichtung mit zwei Membranspeichern in einem Ringraum; und

Fig. 5: perspektivisch im Schnitt den ringförmigen Druckraum (Zwischen- hohlraum) eines Gehäuses als Teil der Druckkompensationseinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Druckkompensationseinrichtung 1 mit einem ersten Speicher 2a mit flexiblem Wandbereich und einem zweiten Speicher 2b mit flexiblem Wandbereich, wobei beide Speicher 2a und 2b als Blasenspeicher mit einer Blase 18 bzw. 19 als flexiblem Wandbereich ausgebildet sind. Die Blase 18 weist eine erste Öffnung 16 zum Seewasserbereich 7 und die Blase 19 weist eine zweite Öffnung 17 zum Fluidbereich 8 auf. Zwischen dem ersten Speicher 2a und dem zweiten Speicher 2b ist ein Kolbenspeicher 3 mit einem federbelasteten Kolben 5 angeordnet. Mit 11 ist ein Zwischenraum zwischen den Außenwänden der ersten Blase 18 und der zweiten Blase 19 bezeichnet, der mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist. Die Druckkompensationseinrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass die beiden Speicher 2a und 2b, der Kolbenspeicher 3 und der Zwischenraum 11 in einem ringförmigen Druckraum (Zwischenhohlraum 36, siehe Fig. 5) eines Gehäuses 27 angeordnet sind. Fig. 2 zeigt die prinzipielle Darstellung eines Schaltplans einer Druckkompensationseinrichtung 1 mit - in Reihe angeordnet und geschaltet - zwei Speichern 2a, 2b mit einem flexiblen Wandbereich 4 und einem Kolbenspeicher 3 mit einem verschiebbaren Kolben 5. Die Speicher 2a, 2b mit flexiblem Wandbereich 4 werden in der Fig. 1 am Beispiel zweier Blasenspeicher und in der Fig. 4 am Beispiel zweier Membranspeicher erläutert. Weiterhin wird die flexible Wand 4 in der Figur 1 am Beispiel einer undurchdringlichen Blase und in Fig. 4 am Beispiel einer undurchdringlichen Membrane erläutert.

Der erste Speicher 2a (Membranspeicher) weist einen (eingangsseitigen) ersten Innenraum 2.1 und einen (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum 2.2 auf, die durch einen flexiblen Wandbereich 4, zum Beispiel eine elastische Metallmembran (oder gemäß Fig. 1 eine Gummiblase), voneinander getrennt und gegeneinander abgedichtet sind. Der zweite Speicher 2b (Membranspeicher) ist entsprechend dem ersten Membranspeicher 2a aufgebaut, wobei ein dritter Innenraum 2.3 und ein vierter Innenraum 2.4 vorhanden sind, die durch einen flexiblen Wandbereich 4 getrennt sind. Der Kolbenspeicher 3 besitzt einen (eingangsseitigen) ersten Innenraum 3.1 und einen (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum 3.2, die durch den verschiebbaren Kolben 5 voneinander getrennt und durch Dichtungen gegeneinander abgedichtet sind. Mit 6 ist strichpunktiert eine schematische Trennlinie bezeichnet, auf deren rechter Seite sich der Seewasserbereich 7 und auf deren linker Seite sich der (innere) Fluidbereich 8 befindet. Dem ersten Speicher 2a ist ein Filter 38 für das Seewasser vorgelagert. Der Seewasser- Filter kann dazu dienen, zu vermeiden, dass Schmutzpartikel die Bohrung zu der Membran 9.1 verstopfen. Weiterhin ist dem verschiebbaren Kolben 5 des Kolbenspeichers 3 ein Weggeber 10 zugeordnet. Mit 39 ist ein Behälter bezeichnet.

Fig. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild der Druckkompensationseinrichtung 1, zum Beispiel auch gemäß Fig. 1, zwischen dem Seewasserbereich 7 und dem Fluidbereich 8. Der erste Innenraum 2.1 des ersten Speichers 2a steht mit dem Seewasserbereich 7 und der vierte Innenraum 2.4 des zweiten Speichers 2b steht mit dem Fluidbereich 8 in Verbindung. Der zweite Innenraum 2.2 des Membranspeichers 2a und der erste Innenraum 3.1 des Kolbenspeichers 3 bilden funktional einen gemeinsamen Zwischenraum 11. Konstruktiv kann der Zwischenraum 11 als ein einziger Raum ausgebildet sein. Der Zwischenraum 11 kann auch aus zwei einzelnen Räumen, das heißt aus dem zweiten Innenraum 2.2 und dem ersten Innenraum 3.1 bestehen, die durch eine Rohrleitung oder dergleichen miteinander verbunden sind. Mit 12 ist eine erste Grenze, zum Beispiel eine Membran 9.1 und mit 13 ist eine zweite Grenze, zum Beispiel eine Membran 9.2, bezeichnet. Die beiden Grenzen 12, 13 bilden eine zweifache Sicherheit (Redundanz) gegen Eindringen von Seewasser in den Fluidbereich 8.

Der erste Innenraum 2.1 des ersten Speichers 2a ist mit Seewasser (erstes Medium 24) angefüllt, das mit dem im Wasser vorherrschenden Umgebungsdruck die eine Seite der Membran 9.1 belastet. Der Wasserdruck im Seewasserbereich 7 und im ersten Innenraum 2.1 ist gleich. Im Zwischenraum 11 befindet sich ein zweites Medium 25 (Übertragungsmedium), zum Beispiel ein hydraulisches Fluid, eine fettartige Substanz, ein dielektrisches Trafo-Öl oder ein Gas, insbesondere Stickstoff. Das zweite Medium 25 wird durch die andere Seite der Membran 9.1 druckbeaufschlagt, sodass der Zwischenraum 11 einen Zwischendruckraum bildet. Der Druck des Mediums 25 belastet weiterhin die eine Seite der zweiten Membran 9.2. Der zweite Innenraum 3.2 des Kolbenspeichers 3 ist mit einem Medium befüllt, vorzugsweise mit Trafo-Öl.

Die der Druckkompensationseinrichtung 1 nachgeschaltete Systemeinrichtung kann als containerartiges Modul, z.B. Behälter 39 (vgl. Fig. 2), ausgebildet sein, wobei mehrere derartige Module auf dem Meeresboden abgesetzt sein können. Der Container ist mit einer dielektrischen Flüssigkeit, zum Beispiel einem Hydrauliköl, gefüllt, sodass alle Komponenten in dem Modul in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Durch die Druckkompensationseinrichtung 1 wird eine Druckkompensation zwischen dem Inneren des Containers und der äußeren Umgebung (Seewasserbereich 7) derart erreicht, dass die Flüssigkeit im Container unter den gleichen Druck gesetzt ist, wie er in der äußeren Umgebung herrscht. Dazu besitzt die Druckkompensationseinrichtung 1 mindestens zwei Trennflächen bzw. Grenzflächen: Ein nachgiebiges Trennelement (Membran 9 oder Blase), das auf seiner einen Seite mit dem Meerwasser in Kontakt steht, und ein nachgiebiges Trennelement (Membran 9 oder Blase), das auf seiner anderen Seite von der Flüssigkeit, die sich in dem Container befindet, beaufschlagt wird. Zwischen den beiden Trennelementen ist der Zwischenraum 11 angeordnet. Die hier vorgestellte Druckkompensationseinrichtung 1 weist den besonderen Vorteil auf, dass unbeabsichtigt durch die Membran 9.1 eingedrungenes Seewasser nicht (direkt) in den Container gelangt, sondern gehindert durch den Kolben 5 im Zwischenraum 11 verbleibt und dort entfernt werden kann. Es ist somit eine doppelte Sicherheit gegen eingedrungenes Seewasser vorhanden. Eine zusätzliche weitere Sicherung besteht darin, dass der Kolben 5 des Kolbenspeichers 3 durch eine Druckfeder 14 beaufschlagt ist, wodurch das Medium 25 unter einer Vorspannung steht. Der Vorspannungsdruck ist geringfügig größer als der Umgebungsdruck, zum Beispiel 0,5 bis 10 bar, sodass ein Eindringen von Seewasser in die nachgeschaltete Einrichtung verhindert wird. Um eine Leckage im Kolbenspeicher 3 zu detektieren, ist dem Kolben 5 der Weggeber 10 zugeordnet, der die Position des Kolbens 5 überwacht.

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Druckkompensationseinrichtung 1 mit einem ersten Speicher 2a und einem zweiten Speicher 2b, wobei die beiden Speicher 2a und 2b als Membranspeicher ausgebildet sind. Als flexibler Wandbereich 4 weist der erste Speicher 2a eine erste Membran 9.1 und der zweite Speicher 2b eine zweite Membran 9.2 auf. Die erste flexible Membran 9.1 ist auf einem ersten Membranteller 22, zum Beispiel ein unnachgiebiges Blech, und die zweite flexible Membran 9.2 ist auf einem Membranteller 23 abgestützt. Im ersten Innenraum 2.1 ist eine Druckfeder 15 vorhanden, deren eines Ende auf den Membranteller 22 und deren anderes Ende in einer Ausnehmung 28 in der Deckplatte des Gehäuses 27 abgestützt ist. Es befinden sich im ersten Innenraum 2.1 ein erstes Medium 24 (Seewasser), im Zwischenraum 11 ein zweites Medium 25 (zum Beispiel Trafo-Öl) und im vierten Innenraum 2.4 ein drittes Medium 26 (Fluid, zum Beispiel Hydrauliköl).

Fig. 5 zeigt perspektivisch im Schnitt den ringförmigen Druckraum (zwischen Hohlraum 36) eines Gehäuses 27 als Teil der Druckkompensationseinrichtung 1. Es ist eine Anordnung für eine Druckkompensationseinrichtung 1 (zum Beispiel gemäß Fig. 1 und 4) in einem gemeinsamen Halteelement vorhanden. Eine Hohlzylinderanordnung 29 - in Fig. 5 zur Hälfte aufgeschnitten - weist einen Hohlzylindermantel 31 und einen Hohlzylinderinnenraum 30 auf. Das Gehäuse 29 der Druckkompensationseinrichtung 1 hat die Gestalt der Hohlzylinderanordnung 29. Die zweite Öffnung 17 ist an einen Behälter 39, zum Beispiel containerartiges Modul, über einen zweiten Anschluss 21, zum Beispiel ein Rohr, angeschlossen. Die erste Öffnung 16, zum Beispiel eine Bohrung, ist über einen ersten Anschluss 20, zum Beispiel ein Rohr, dem Seewasserbereich 7 zugeordnet. Die Hohlzylinderanordnung 29 setzt sich aus einem außenliegenden (ersten) Hohlzylinder 32 und einem koaxial dazu angeordneten innenliegenden (zweiten) Hohlzylinder 33 zusammen, die einen außenliegenden Hohlzylindermantel 34 bzw. einen innenliegenden Hohlzylindermantel 35 aufweisen. Zwischen dem außenliegenden Hohlzylindermantel 34 und dem innenliegenden Hohlzylindermantel 35, d. h. im Zylindermantel 31 des hohlzylinderartigen Gehäuses 27, ist koaxial ein ringförmiger Zwischenhohlraum 36 vorhanden. In dem Zwischenhohlraum 36 sind gemäß Fig. 1 mindestens zwei Speicher 2a, 2b (Blasenspeicher) und ein Kolbenspeicher 3 oder gemäß Fig. 4 zwei Speicher 2a, 2b (Membranspeicher) angeordnet. In einer zentralen Öffnung des Hohlzylinderraums 30 ist eine gestrichelt dargestellte Stellachse 37, zum Beispiel ein (nicht dargestellter) Hydrozylinder oder eine (nicht dargestellte) Antriebsspindel platzsparend angeordnet.

Bezugszeichenliste

1 Druckkompensationseinrichtung

2 Speicher mit flexiblem Wandbereich

2a erster Speicher mit flexiblem Wandbereich

2b zweiter Speicher mit flexiblem Wandbereich

2.1 erster Innenraum von 2a

2.2 zweiter Innenraum von 2a

2.3 dritter Innenraum von 2b

2.4 vierter Innenraum von 2b

3 Kolbenspeicher

3.1 erster Innenraum von 3

3.2 zweiter Innenraum von 3

4 flexibler Wandbereich

5 Kolben

6 Trennlinie

7 Seewasserbereich

8 Fluidbereich

9 Membran

9.1 erste Membran

9.2 zweite Membran

10 Weggeber

11 Zwischenraum

12 erste Grenze

13 zweite Grenze

14 erste Druckfeder

15 zweite Druckfeder

16 erste Öffnung

17 zweite Öffnung

18 erste Blase

19 zweite Blase

20 erster Anschluss

21 zweiter Anschluss

22 erster Membranteller 23 zweiter Membranteller

24 erstes Medium

25 zweites Medium

26 drittes Medium

27 Gehäuse

28 Ausnehmung

29 Hohlzylinderanordnung

30 Hohlzylinderinnenraum

31 Hohlzylindermantel

32 außenliegender Hohlzylinder

33 innenliegender Hohlzylinder

34 außenliegender Hohlzylindermantel

35 innenliegender Hohlzylindermantel

36 Zwischenhohlraum

37 Stellachse

38 Filter

39 Behälter