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Patent Searching and Data


Title:
PRESSURE COMPENSATION DEVICE DESIGNED FOR UNDERWATER APPLICATIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/192749
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system filled with a fluid, designed for underwater applications, in which the interior of a housing and/or tank forms a fluid region (8) which is sealed with respect to the surrounding seawater region (7), wherein at least one hydraulic pressure compensation device (1) is provided, which at least raises the pressure level of the fluid region (8) to the ambient pressure prevailing in the seawater region (7), wherein the pressure compensation device (1) is constructed in two stages in such a way that at least one store (2; 2a, 2b) having a flexible wall region (4) and at least one piston store (3; 3a to 3c) having a displaceable piston (5) are arranged in series. A use of the pressure compensation device (1) to pressurise at least one housing filled with fluid for a hydraulic actuating shaft is also proposed.

Inventors:
SCHNEIDER, Juergen (Birkenweg 12, Wiesen, 63831, DE)
ORTH, Alexandre (Fruehlingstrasse 16C, Waldbuettelbrunn, 97297, DE)
HENDRIX, Gottfried (Gartenstrasse 35, Gemuenden, 97737, DE)
Application Number:
EP2018/057579
Publication Date:
October 25, 2018
Filing Date:
March 26, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F15B1/10; F15B1/16; F15B1/24
Foreign References:
DE102011009276A12012-07-26
US3581774A1971-06-01
GB2373546A2002-09-25
DE3246338A11984-06-20
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
THUERER, Andreas (Zum Eisengießer 1, Lohr am Main, 97816, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Druckkompensationseinrichtung (1) eingerichtet für Anwendungen unter Wasser, mit der ein Innenraum eines Gehäuses, 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 zweistufig aufgebaut ist, dass mindestens ein Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wandbereich (4) und mindestens ein Kolbenspeicher (3; 3a bis 3c) mit einem verschiebbaren Kolben (5) in Reihe angeordnet sind.

2. Druckkompensationseinrichtung (1) nach Patentanspruch 1, wobei der Speicher mit einem flexiblen Wandbereich (4) ein Membranspeicher oder Blasenspeicher ist.

3. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kolben (5) des Kolbenspeichers (3; 3a bis 3c) durch mindestens eine Druckfeder (22) belastet ist. 4. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Kolben (5) des Kolbenspeichers (3, 3a bis 3c) ein Weggeber (10a, 10b) zugeordnet ist.

5. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprü- che, wobei der Kolben (5) des Kolbenspeichers mehrere nachgeordnete Dichtungseinrichtungen (19, 25, 31) umfasst.

6. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei mit dem mindestens einen Speicher (2; 2a, 2b) mit einem flexiblen Wand- bereich (4) und dem mindestens einen Kolbenspeicher (3; 3a bis 3c) ein Zwischenraum (11) gebildet ist, der mit einem Übertragungsmedium gefüllt ist.

7. Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei diese hohlzylinderartig derart gestaltet ist, dass ein innenliegender Spei- eher (2; 2a, 2b) mit einer flexiblen Blase (23) von einem äußeren Kolbenspeicher (3) umgeben ist.

8. Anordnung, umfassend mehrere Druckkompensationseinrichtungen (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, welche in Bohrungen (33.1, 33.2) in einem Zylindermantel (32.1) eines Hohlzylinders (32) nach Art einer Trommel angeordnet sind, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse (17) einer elektronischen oder hydraulischen Komponente führbar ist.

9. Verwendung der Druckkompensationseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid gefüllten Gehäuse für eine hydraulische Stellachse 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.

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 Membranen 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. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Membran mit einer Druckfeder belastet sein kann, deren Federkraft nachlas- sen und somit die wartungsfreie Betriebszeit begrenzt sein 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.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung und einer Verwendung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängi- gen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere 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, einem Innenraum eines Gehäuses, der selbst einen (inneren) Fluidbereich bildet, gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abzudichten, wobei mit der Druckkompensationseinrichtung ein Druckniveau des Fluidbereichs mindes- tens auf den im Seewasserbereich vorherrschenden Umgebungsdruck anhebbar ist. Das hydraulische System, welches eingerichtet für Anwendungen unter Wasser ist, kann folglich einen Innenraum eines Gehäuses (z.B. einer hydraulischen und/oder elektrischen Komponente, wie einem Elektromotor, einer Pumpe, einen Tank oder ähnlichem) umfassen, der einen Fluidbereich bildet, welcher gegenüber dem umgebenden Seewasserbereich abge- dichtet 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 zweistufig aufgebaut ist, dass mindestens ein Speicher mit einem flexiblen Wandbereich und mindestens ein Kolbenspeicher mit einem verschiebbaren Kolben in Reihe angeordnet sind.

Die hier vorgeschlagene Vorrichtung bei einem unter Wasser angeordneten mit einem Fluid gefüllten System (bzw. hydraulische Anlage oder elektrisches System mit Trafo-Öl oder mechanisches System mit Schmiermittel) hat den besonderen Vorteil, dass eine Unterwasserdruckkompensation mit einer zweifachen (redundanten) Barriere gegen Eindringen von Seewasser verwirklicht ist. Die 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 bewegbar ist. Die Bewegung der flexiblen Wand kann dann (vom unmittelbaren Einfluss des Seewassers getrennt) auf eine Bewegung des Kolbens in dem nachgelagerten Kolbenspeicher übertragen werden. Hierfür kann ein Übertragungsmedium eingesetzt werden, insbesondere eine Flüssigkeit. Die (daraus resultieren- de) Bewegung des Kolbens kann (unmittelbar) zu einer Druckanpassung in dem Fluidbereich führen, wofür der Kolben bevorzugt unmittelbar in Kontakt mit dem Fluidbereich steht. Folglich müssten bei dieser Anordnung zwei getrennte Bauteilversagen (bei dem Speicher und dem Kolbenspeicher) eintreten, bevor Seewasser in den inneren Bereich des Systems ein- dringen kann. Die Vorrichtung zeichnet sich folglich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus, so dass das System z. B. für 20 Jahre und mehr Betriebszeit ausgelegt ist und ein Minimum, bevorzugt keine Wartung erfordert.

Das innenliegende Fluid (z. B. ein hydraulisches Medium, Trafo-Öl oder Schmiermittel) ist isoliert und kann somit einen im Wesentlichen gleichen oder sogar höheren Druck gegenüber der Umgebung (z. B. Seewasser) aufweisen. Die beiden Barrieren (flexible Wand und Kolben) haben zur Folge, dass das Seewasser zwei Dichtpunkte (Membran und Kolbendichtung) passieren muss, bevor es in das System eindringen könnte (Redundanz zur Verhinderung von Systemfehlern). Zur Zuverlässigkeit trägt weiterhin bei, dass keine Druckfeder die flexible Wand (z. B. nach Art einer Membran) direkt beaufschlagt oder belastet, wodurch die Lebenszeit des Systems erheblich erhöht wird.

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 Reaktion auf einen dort vorherrschenden Druck bewegen kann. Die flexib- le Wand und/oder die Membran sind insbesondere fluiddicht und beständig hinsichtlich eines Kontakts mit Seewasser unter hohem Druck.

Zweckmäßig ist der Kolben des Kolbenspeichers durch mindestens eine Druckfeder belastet. Die Druckfeder kann zur Einstellung einer vorgebbaren Vorspannung dienen, z. B. 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 dem Fluidbereich gegenüber dem Druck des umgebenden Seewasserbereichs mit 0,5 bis 10 bar vorgespannt. Hierfür kann eine entsprechend ausgelegte Druckfeder in dem 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 be- stimmbar 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, z. B. 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 dem mindestens einen Speicher 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 (ausgangsseiti- ger) 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 Trafoöl.

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 ein innenliegender Blasenspeicher von einem außenliegenden Kolbenspeicher umgeben ist. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht. Damit kann Seewasser entsprechend des Umgebungsdrucks unter Wasser den Blasenspeicher im Inneren des Kol- benspeichers (axial und/oder radial) ausdehnen/verkleinern. Die resultierende Volumenänderung des Blasenspeichers verlagert z. B. ein außen anliegendes (bevorzugt im Wesentlichen inkompressibles) Übertragungsmedium, das wiederum eine Verlagerung (Verschiebung) des Kolbens einwärts/auswärts zur Folge hat. Hierfür kann ein Kolbenteller lose bzw. nur über das Übertragungsmedium mit dem Blasenspeicher zusammenwirken.

Zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der mehrere Druckkompensationselemente in Bohrungen im Trommelmantel einer Art Trommel angeordnet sind, durch deren zentrale Öffnung eine Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Komponente führbar ist. Die Trommel kann hierfür eine Mehrzahl über einen Trommelumfang verteilt angeordnete Bohrungen und eine zentrale Durchlassöffnung aufweisen. Die Bohrungen sind zur Aufnahme von Druckkompensationselementen geeignet. Die Druckkompensationselemente können hierbei parallel und/oder in Reihe zueinander verschaltet sein, um die Redundanz bei einem Ausfall zu erhöhen und/oder den Hubausgleich (gemeinsam) anzupassen. Die zentrale Durchlassöffnung kann (dichtend) um eine Stellachse einer elektronischen oder hydraulischen Kompo- nente (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation, etc.) angeordnet werden.

Gemäß einem anderen Aspekt wird die Verwendung einer hier vorgeschlagenen Druckkompensationseinrichtung (oder vorstehender Anordnung mit einer Trommel) zur Druckbeaufschlagung von zumindest einem mit Fluid (z.B. mit Hydraulikflüssigkeit, Öl, Fett, Schmiermit- tel, etc.) gefüllten Gehäuse 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 Gehäuse mit Umgebungsdruck (Wasserdruck) zu beaufschlagen. Die (mehreren) Druckkompensatoren sind dazu bevorzugt in einer Art Trommel untergebracht. Durch die zentrale Öffnung der Trommel kann der Zylinder oder eine Stange des Zylinders gefüllt sein, was eine platzsparende integrierte Bauweise ermöglicht. Den hier vorgeschlagenen Maßnahmen liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, einen zweistufigen Druckkompensator mit einem Blasen- oder Membranspeicher auszubilden, der die Grenzfläche Seewasser/Zwischendruckraum bildet und einem Kolben- bzw. Feder- Kolbenspeicher, der den Kontakt zum Hydraulikreservoir herstellt. Statt einer sind nun 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 hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:

Fig. 1: einen Schaltplan einer Druckkompensationseinrichtung mit - in Reihe angeordnet - einem Membranspeicher und einem Kolbenspeicher, Fig. 2: Blockschaltbild einer Druckkompensationseinrichtung zwischen Seewasser- und (innerem) Fluidbereich,

Fig. 3: einen Schaltplan einer Druckkompensationseinrichtung mit zwei Membranspeichern und drei Kolbenspeichern, die jeweils parallel zueinander angeordnet sind,

Fig. 4: eine konstruktive Ausführungsform einer Druckkompensationseinrichtung, und

Fig. 5: eine Anordnung einer Mehrzahl von Druckkompensationseinrichtungen in einem gemeinsamen trommelartigen Halteelement.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung eines Schaltplans einer Druckkompensationseinrichtung 1 mit - in Reihe angeordnet und geschaltet - einem Speicher 2 mit einem flexiblen Wandbereich 4 und einem Kolbenspeicher 3 mit einem verschiebbaren Kolben 5. Der Speicher 2 mit flexiblem Wandbereich 4 wird in den Fig. 1, 2 und 3 am Beispiel eines Membran- Speichers und in den Fig. 4 und 5 am Beispiel eines Blasenspeichers erläutert. Weiterhin wird die flexible Wand 4 in den Fig. 1, 2 und 3 am Beispiel einer undurchdringlichen Membran 9 und in den Fig. 4 und 5 am Beispiel einer undurchdringlichen Blase 23 erläutert. Der Membranspeicher 2 weist einen (eingangsseitigen) ersten Innenraum 2.1 und einen (ausgangsseitigen) zweiten Innenraum 2.2. auf, die durch einen flexiblen Wandbereich 4, z. B. eine elastische Metallmembran (oder gemäß Fig. 4 eine Gummiblase), voneinander getrennt und gegeneinander abgedichtet 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 Membranspeicher ist ein Filter 35 für das Seewasser vorgelagert. Der Seewasser- Filter kann dazu dienen zu vermeiden, dass Schmutzpartikel die Bohrung zu der Membran verstopfen. Weiterhin ist dem verschiebbaren Kolben 5 des Kolbenspeichers 3 ein Weggeber 10 zugeordnet.

Fig. 2 veranschaulicht ein Blockschaltbild der Druckkompensationseinrichtung 1, z. B. auch gemäß Fig. 1, zwischen dem Seewasserbereich 7 und dem Fluidbereich 8. Der erste Innen- räum 2.1 des Membranspeichers 2 steht mit dem Seewasserbereich 7 und der zweite Innenraum 3.2. des Kolbenspeichers 3 steht mit dem Fluidbereich 8 in Verbindung. Der zweite Innenraum 2.2 des Membranspeichers 2 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, z. B. eine Membran 9, und mit 13 ist eine zweite Grenze, z. B. ein Kolben 5, 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 Membranspeichers 2 ist mit Seewasser (erstes Medium 27) angefüllt, das mit dem im Wasser vorherrschenden Umgebungsdruck die eine Seite der Membran 9 belastet. Der Wasserdruck im Seewasserbereich 7 und im ersten Innenraum 2.1 ist gleich. Im Zwischenraum 11 befindet sich ein zweites Medium 28 (Übertragungsmedium), z. B. ein hydraulisches Fluid, eine fettartige Substanz, ein dielektrisches Trafo-Öl oder ein Gas, insbesondere Stickstoff. Das zweite Medium 28 wird durch die andere Seite der Membran 9 druckbeaufschlagt, so dass der Zwischenraum 11 einen Zwischendruckraum bildet. Der Druck des Mediums 28 belastet weiterhin die eine Seite des Kolbens 5 des Kolbenspei- chers 3. Der zweite Innenraum 3.2 des Kolbenspeichers 3 ist mit einem dritten Medium 29 gefüllt, vorzugsweise mit Trafoöl. Hierbei übt die andere Seite des Kolbens 5 Druck auf das Medium 29 aus. Dieser Druck wirkt zugleich auf das Medium 29, das die (nicht dargestellt) nachgeschalteten Einrichtungen, z. B. Tank, Gehäuse, ausfüllt. Somit ist der Druck im inneren Fluidbereich 8 und im zweiten Innenraum 3.2 des Kolbenspeichers 3 gleich.

Die der Druckkompensationseinrichtung 1 nachgeschaltete Systemeinrichtung kann als containerartiges Modul ausgebildet sein, wobei mehrere derartige Module auf dem Meeresboden abgesetzt sein können. Der Container ist mit einer dielektrischen Flüssigkeit, z. B. einem Hydrauliköl, gefüllt, so dass alle Komponenten in dem Modul in die Flüssigkeit eingetaucht sind. Durch die Druckkompensationseinrichtung 1 wird eine Druckkompensation zwischen dem Inneren des Containers und der äußerem 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 zwei Trennflächen bzw. Grenzflächen: ein nachgiebiges Trennelement (Membran 9 oder Blase 23), das auf seiner einen Seite mit dem Meerwasser in Kontakt steht, und einen Kolben 5, der 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 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 22 (siehe auch Fig. 4) beaufschlagt ist, wodurch das Medium 29 unter einer Vorspannung steht. Der Vorspannungsdruck ist gering- fügig größer als der Umgebungsdruck, z. B. 0,5 bis 10 bar, so dass 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. 3 zeigt einen Schaltplan einer Druckkompensationseinrichtung, wie z. B. auch nach Fig. 1, jedoch mit zwei Membranspeichern 2a, 2b und drei Kolbenspeichern 3a, 3b, 3c, die jeweils parallel zueinander angeordnet und geschaltet sind. Auf diese Weise wird ein größeres Volumen der Innenräume der Membranspeicher 2a, 2b und der Kolbenspeicher 3a, 3b, 3c verwirklicht.

Die Fig. 4 veranschaulicht eine konstruktive Ausführungsform einer Druckkompensationseinrichtung 1, insbesondere auch gemäß des in Fig. 1 dargestellten Schaltplans. Die Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Speicher 2 mit dem flexiblen Wandbereich 4 und der Kolbenspeicher 3 nach Art eines kompakten Zylinders ausgebildet sind, wodurch eine besonders platzsparende Bauweise verwirklicht ist. Die Druckkompensationseinrichtung 1 ist hohlzylinderartig derart gestaltet, dass ein innen liegender Blasenspeicher 2 von einem außen liegenden Kolbenspeicher 3 umgeben ist. Wie Fig. 4 veranschaulicht, besteht der Kolbenspeicher 3 aus einem Zylinderrohr 14 und einem Kolben 5 als Trennelement. An einer ersten Stirnseite 14.1 des Zylinderrohrs 14 ist ein Verschlussdeckel 15 vorhanden, der eine zentrale durchgehende Öffnung 16 aufweist. An der anderen zweiten Stirnseite 14.2 des Zylinderrohrs 14 ist eine zentrale durchgehenden Öffnung 18 vorhanden, die mit dem innenliegenden Fluidbereich mündet. Der Kolben 5 ist mit Dichtungen 19 gegen die Innenmantelfläche 14.3 des Zylinderrohrs 14 abgedichtet. Aus der der Öffnung 16 zugewandten Fläche des Kolbens 5 wächst ein erster Hohlzylinder 20 heraus, aus der der Öffnung 18 zugewandten Fläche des Verschlussdeckels 15 wächst ein weiter Hohlzylinder 21 heraus, deren offene Enden einander überlappen. Zwischen dem außen liegenden ersten Hohlzylinder 20 und der Innenmantelfläche 14.3 ist eine Druckfeder 22 angeordnet, die sich mit dem einen Ende am Verschlussdeckel 15 und mit dem anderen Ende am Kolben 5 abstützt. In dem von den Hohlzylindern 20 und 21 gebildeten Innenhohlraum befindet sich eine Blase 23, z. B. aus einem Elastomer, eines Blasenspeichers 2, die als Trennwand dient. Die Blase 23 weist zwei (axial) gegenüberliegende Endbereiche auf, wobei - jeweils in einem Abstand - die Endbereiche dem Kolben 5 bzw. dem Verschlussdeckel 15 und der Mittelbereich den Hohlzylindern 20, 21 derart gegenüberliegen, dass ein Zwischenraum 11 gebildet ist. Der untere Endbe- reich der Blase 23 geht in einen hohlzylinderartig durchgehenden Anschluss 24 mit einer Öffnung 34 für den Durchtritt von Seewasser (erstes Medium 27) über, der die Öffnung 16 durchgreift. Die Funktionsweise ist, dass ein mit Druck belastetes erstes Medium 27 (Seewasser) die Blase 23 füllt, welche sich unter dem Druck weitet und so wiederum ein zweites Medium 28 außerhalb der Blase 23 verdrängt. Dieses Medium 28 wiederum ist zwischen der Blase 23 und dem Kolben 5 verspannt und treibt durch das Weiten der Blase 23 und das Medium 28 diesen in axiale Richtung (Funktion Zylinder). Der Kolben 5 dichtet zum Zylinderrohr 14 mittels einer Kolbendichtung 19 zusätzlich ab (redundant). Der Kolben 5 ist mit einer Druckfeder 22 vorbelastet und sorgt so für eine Vorspannung des Systems gegenüber dem Druck vom ersten Medium 27. Somit ist (ausgangsseitig) ein Medium auf der Kolbenseite, welches ein drittes Medium 29 oder auch das gleiche Medium wie das zweite Medium 28 sein kann, ge- trennt vom und mit einer Vorspannung gegenüber dem ersten Medium 27 belastet.

Optional kann eine Absicherung der Druckkompensation vor möglichem Austritt von erstem Medium 27 durch Beschädigung der Blase 23 bei voller Entladung der Vorspannung (Kolben 5 in Endstellung) sowie bei Druckausgleich, z. B. Undichtigkeit der Kolbendichtung 19, vor- gesehen sein. Der Kolben 5 der Druckkompensation bewegt sich durch die Feder 22 in Endstellung und verschließt so die Öffnung 18 am Ausgang durch eine (ringförmige) Dichtung 25 am Kolben 5. Hierbei greift bevorzugt ein zylinderförmiger Ansatz 30 am Kolben 5 formschlüssig in die Öffnung 18 ein. Weiterhin kann optional eine Absicherung durch einen zusätzlichen Dichtring 31 am Kolben 5 vorhanden sein, welcher z.B. durch Kontakt mit einem anderen Medium, außer dem Be- triebsfluid bzw. Übertragungsfluid, quillt. Das Quellen des Dichtrings 31 hat einen Form- schluss zur Folge, welcher eine Dichtheit zwischen Kolben 5 und dem Zylinderrohr 14 herstellt.

Die Druckkompensation dient zum Ausgleich zweier Drücke in einem System, welche mit Medien arbeiten, die getrennt voneinander genutzt werden, wie z. B. Öl und Wasser. Durch diese Druckkompensation kann mittels der Feder 22 eine Seite mit höherem Druck vorgespannt werden, um so ein Eindringen des anderen Mediums mit geringerem Druck ins Sys- tem zu verhindern. Zudem ist die Trennung redundant, da hier zwei verschiedene Verfahren einer Trennung von liquiden oder gasförmigen Medien in Reihe angeordnet sind, ohne größeren Raumbedarf zu fordern. Fig. 5 zeigt eine Anordnung für eine Mehrzahl Druckkompensationseinrichtungen 1 ( z.B. gemäß Fig. 4) in einem gemeinsamen Halteelement. Die Druckkompensationseinrichtungen 1 sind in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet. Dadurch wird ein größeres Volumen für die Druckkompensation (Redundanz) verwirklicht. Ein Hohlzylinder 32 nach Art einer Trommel - in Fig. 5 zur Hälfte aufgeschnitten - weist einen Zylindermantel 32.1 (Hohlzylinderwand) und einen Zylinderinnenraum 32.2 auf. Den Zylindermantel 32.1 durchdringt eine Mehrzahl von in Längsrichtung parallel zur Mittelachse ausgerichtete durchgehende Bohrungen 33.1, 33.2, in die jeweils eine Druckkompensationseinrichtung 1 formschlüssig eingesteckt ist. In Fig. 5 ist nur eine in einer Bohrung 33 angeordnete Druckkompensationseinrich- tung 1 - zur Hälfte aufgeschnitten - dargestellt. Der Hohlzylinder 32 ist als Trommel ähnlich einem Revolvermagazin gebildet.

Die Druckkompensationseinrichtung 1 nach Fig. 5 kann verwendet werden, um eine integrierte hydraulische Stellachse 17 (Elektromotor, Pumpe, Zylinderkompensation) in ihrem vom Öl gefüllten Gehäuse mit Umgebungsdruck (Wasserdruck) zu beaufschlagen. Die (mehreren) Druckkompensatoren 1 sind dazu in einer Art Trommel untergebracht. Durch die zentrale Öffnung bzw. den Zylinderinnenraum 32.2 der Trommel kann der Zylinder oder eine Stange des Zylinders geführt sein, was eine platzsparende integrierte Bauweise ermöglicht.

Bezugszeichenliste

I Druckkompensationseinrichtung

2, 2a, 2b Speicher mit flexiblem Wandbereich 2.1 erster Innenraum

2,2 zweiter Innenraum

3, 3a bis 3c Kolbenspeicher

3.1 erster Innenraum

3.2 zweiter Innenraum

4 flexibler Wandbereich

5 Kolben

6 Trennlinie

7 Seewasserbereich

8 Fluidbereich

9 Membran

10, 10a, 10b Weggeber

II Zwischenraum

12 erste Grenze

13 zweite Grenze

14 Zylinderrohr

14.1 erste Stirnseite

14.2 zweite Stirnseite

14.3 Innenmantelfläche

15 Verschlussdeckel

16 Öffnung

17 Stellachse

18 Öffnung

19 Dichtung

20 erster Hohlzylinder

21 zweiter Hohlzylinder

22 Druckfeder

23 Blase

24 Anschluss

25 Dichtung

26 Dichtung erstes Medium zweites Medium drittes Medium

Ansatz

Dichtring

Hohlzylinder

Zylindermantel

Zylinderinnenraum

Bohrungen

Öffnung

Filter