Kolbenabdichtung für Druckspeicher Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenabdich tung für Druckspeicher, bei denen in einem Zylinder ein Kolben verschieblich gelagert ist.
Die ideale Kolbenabdichtung für einen Druckspei cher hat sich widersprechende Eigenschaften, indem sie nämlich einmal die Gaskammer gegenüber der Flüssig keitskammer abdichten muss, während sie gleichzeitig die bei der Bewegung des Kolbens entstehende Rei bung auf einem Minimum halten muss, um die Trägheit des Kolbens auf einem Minimum zu halten.
Die Abdichtung hält die Flüssigkeit von der Gas kammer und das Gas von der Flüssigkeitskammer fern. In die Gaskammer eintretende Flüssigkeit erfordert in sofern Arbeit, als die Flüssigkeit durch Reinigen ent fernt werden muss, und es biegt auf der Hand, dass man solche Arbeiten auf einem Minimum halten will. Gas (im allgemeinen Luft), welches in die Flüssigkeits kammer eindringt, tritt in das System ein, an das der Druckspeicher angeschlossen ist und durch diesen Ein tritt von unerwünschtem Gas in das hydraulische System wird die Funktion der gesamten Anlage nachteilig be einträchtigt.
Um den Verschleiss der Abdichtungen und um den Widerstand des Kolbens auf einem Minimum zu halten, sollten die Kolbenabdichtungen minimale Rei bung haben, wenn sie auf der Innenwand des Zylinders des Druckspeichers gleiten.
Es ist eine Kolbenabdichtung bekannt, bei der der Kolben eine umlaufende Nut und umlaufend in dieser einen O-Ring aufweist, längs dessen Aussenseite ein mit einem Teil seines Querschnittes aus der Nut heraus ragender Polytetrafluoräthylenring angeordnet ist, dessen Breite gleich der Nutbreite ist und dessen Innenseite ein Paar zu seiner Hauptachse schwach geneigte Kegel flächen aufweist, die zu seiner Hauptsymmetrieebene spiegelbildlich angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus gehend von dieser Kolbenabdichtung die eingangs ge nannte ideale Kolbenabdichtung zu schaffen, die eine gute Abdichtung trotz geringer Reibung zwischen Kol ben und Zylinder-Innenwand ermöglicht.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass die beiden Kegelflächen mit Bezug auf den Meridianschnitt des Polytetrafluoräthylenringes V-förmig zusammen stossen und dass in der Aussenseite dieses Ringes sym metrisch zu seiner Hauptsymmetrieebene zwei Umfangs nuten vorgesehen sind, dass der Durchmesser des Quer schnittes des O-Ringes grösser ist als die zur gleich zeitigen blossen Berührung der beiden Kegelflächen und des Grundes der umlaufenden Nut durch den O-Ring erforderliche Durchmessergrösse,
so dass der O-Ring zwischen den genannten Flächen zusammengequetscht ist und dass der Polytetrafluoräthylenring im Meridian schnitt um den O-Ring abgebogen ist, wodurch die äusseren Kanten seiner Umfangsnuten in innige Berüh rung mit der Innenwand des Zylinders gedrückt sind.
Durch das Zusammenquetschen des O-Ringes steht die gesamte Kolbenabdichtung unter einer Verspannung, so dass der Polytetrafluoräthylenring immer eng an der Innenwand des Zylinders anliegt und eine gute Ab dichtung bewirkt. Die Umfangsnuten üben mit ihren Kanten eine reinigende oder schabende Wirkung aus und nehmen gleichzeitig Flüssigkeit auf, die als Schmier mittel wirkt. Damit wird einerseits die Abdichtwirkung erhöht, während anderseits die Reibung auf einen nied rigen Wert eingestellt wird.
Das Abbiegen des Poly- tetrafluoräthylenringes um den O-Ring hat den Vorteil, dass er mit seinem durch den O-Ring fast unmittelbar abgestützten Mittelabschnitt am stärksten an der Innen wand des Zylinders anliegt, während seine an seine Stirnflächen angrenzenden Endabschnitte radial nach innen abgebogen werden. Hierdurch wird das Risiko ausgeschaltet, dass sich das Material der Endabschnitte in den Ringspalt zwischen Innenwand des Zylinders und Aussenfläche des Kolbens hineinquetscht und dort zerstört wird.
Am Beispiel des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Erfindungsgegenstand nun weiter erläutert. Dabei ist: Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Druckspeicher, Fig. 2 eine vergrösserte Teilansicht aus Fig. 1 mit der Darstellung des O-Ringes und des Polytetrafluor- äthylenringes, Fig. 2A eine Teilansicht ähnlich Fig. 2,
in der ein durchgebogener Polytetrafluoräthylenring vergrössert dargestellt ist, Fig. 3 eine Aufsicht auf den Polytetrafluoräthylen- ring und Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3. Fig. 1 zeigt den Druckspeicher 10. Der Kolben 11 befindet sich in dem Zylinder 12 an einer beliebigen Stelle zwischen den Endkappen 13.
Die Gaskammer 14 liegt auf der einen und die Flüssigkeitskammer 15 ist auf der anderen Seite des Kolbens 11. Dichtungen 16 dichten die Endkappen 13 ab. Da die Endkappen 13 ortsfest sind, bieten die Dichtungen 16 hier keine be sonderen Probleme.
Die Abdichtung wird durch die auf dem Kolben 11 befindlichen Dichtungen erzielt.
Jede Dichtung besteht aus einem O-Ring 19, der mit einem Polytetrafluoräthylenring 20 in Berührung steht, wie es Fig. 2 am deutlichsten zeigt. Der O-Ring 19 liegt vollsändig in einer Nut 21 im Kolben 11. Der Polytetrafluoräthylenring 20 liegt teilweise in der Nut 21 und steht teilweise über diese über und berührt somit die Innenwand 22 des Zylinders 12.
Die Ab messungen der Nut 21, des O-Ringes 19 und des Poly- tetrafluoräthylenringes 20 sind so gewählt, dass der O-Ring 19 nach der Montage zwischen dem Polytetra fluoräthylenring 20 und dem Grund 23 der Nut 21 zusammengequetscht wird. Der zusammengedrückte O-Ring 19 bildet dann eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen der Nut 21 und dem Polytetrafluoräthylen- ring 20.
In den Fig. 3 und 4 wird der Polytetrafluoräthylen- ring 20 in der Form gezeigt, die er vor der Montage und Verwendung hat. Bei der Montage und im Betrieb wird er etwas verformt.
In die tragende Aussenseite 26 des Polytetrafluor- äthylenringes 20 sind zwei Umfangsnuten 25 hinein geschnitten. Die äusseren Kanten 22 der Stirnflächen des Polytetrafluoräthylenringes 20 sind abgeschrägt. Die inneren Kegelflächen 28, die sich in Berührung mit dem O-Ring 19 befinden, bilden ein flaches V.
Die Abmessungen des Kolbens 11 und des Poly- tetrafluoräthylenringes 20 können beträchtlich schwan ken und hängen zum grossen Teil von der jeweiligen Anwendung ab. Die optimale Wandstärke des Poly- tetrafluoräthylenringes 20 beträgt für die meisten An wendungen 0,76-0,86 mm.
Polytetrafluoräthylen neigt bei Druck zum Fliessen. Die abgeschrägten Kanten 27 des Polytetrafluoräthylen- ringes 20 verhindern, dass die am stärksten zum Fliessen neigenden Ecken in den Raum zwischen dem Kolben 11 und dem Zylinder 12 hineinfliessen.
Die V-förmig zusammenstossenden Kegelflächen 28 verhindern ein Hinauswandern des Polytetrafluoräthylenringes 20 aus der Nut 21 des Kolbens 11. Zusätzlich erleichtern die abgeschrägten Kanten 27 und die Kegelflächen 28 die Montage des Polytetrafluoräthylenringes 20 und des O-Ringes 19,
wenn der Kolben 11 zu Beginn des ganzen in den Zylinder 12 hineingeschoben wird. Die abge schrägten Kanten 27, die durch Herunterschneiden von der tragenden Aussenseite 26 des Polytetrafluoräthylen- ringes 20 gebildet werden, verringern die auf den Kol- ben 11 ausgeübte Reibungskraft und verkürzen somit die Ansprechzeit des Speichers 10.
Die Abnahme der mit den abgeschrägten Kanten 27 bewirkten Reibungs- kraft ergibt sich auch noch daraus, dass der Polytetra fluoräthylenring 20 nicht mehr extrudieren oder aus einanderfliessen kann, da solche durch Auseinander fliessen gebildeten Materialabschnitte die Gleitreibung ganz wesentlich erhöhen.
Die Umfangsnuten 25 dienen weiter noch zur Ver minderung der Gleitreibung, da sie die tragende Aussen seite 26 verkleinern, die an der Zylinderinnenwand 22 anliegt. Weit wichtiger ist jedoch noch, dass die Um fangsnuten 25 die Schmierung für den Polytetrafluor- äthylenring 20 aufnehmen und damit ebenfalls zur Ver minderung der Reibung dienen. Die in den Umfangs nuten 23 befindliche Schmierung ist nur eine kleine Menge der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 15.
Schon nach wenigen Hüben zu Beginn des Betriebes wird etwas Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer 15 in die Umfangsnuten 25 hineinfliessen, wird in diesen gehalten und bildet damit die gewünschte Schmierung.
Wie in Fig. 2A dargestellt ist, wird sich der Poly- tetrafluoräthylenring 20 unter dem Druck des O-Ringes 19 etwas durchbiegen. Diese Durchbiegung des Poly- tetrafluoräthylenringes 20 führt zu einer Erscheinung, die man in starker Vereinfachung eine Vierecken- berührung zwischen dem Polytetrafluoräthylenring 20 und der Innenwand 22 nennen kann. Die vier Ecken sind mit 15a, 15b, 15c und 15d bezeichnet.
Die Eck berührungen an den Ecken 25a und 25d ergeben einen beträchtlichen örtlichen Druck, der diese Ecken 25a und 25d sehr dicht an die Innenwand 22 anpresst. Wenn sich somit der Polytetrafluoräthylenring 20 be wegt, wird z. B. die Ecke 25a die Innenwand 22 des Zylinders 12 von jeglicher Flüssigkeit säubern und nur einen schwachen Film zurücklassen. Auf diese Weise tritt nur ein sehr schwaches Durchlecken von Flüssig keit in die Gaskammer 14 auf.
Es bleibt jedoch ge nügend Flüssigkeit übrig und wird durch die Nuten 25 zur Verfügung gestellt, so dass an dem Flächenabschnitt zwischen den Ecken 25b und 25c eine nur geringe Reibung mit der Innenwand 22 vorliegt.
Aus Fig. 2A erkennt man, dass das unter Druck- einwirkung entstehende Umbiegen des Polytetrafluor- äthylenringes 20 um den O-Ring 19 bewirkt, dass sich die den beiden abgeschrägten Kanten 27 am nahesten liegenden Abschnitte der tragenden Aussenfläche 26 etwas von der Innenwand 22 des Zylinders 12 lösen.
Infolge dieser Durchbiegung wird die tragende Aussenfläche<B>26'</B> auf einen Drittel oder weniger herab gesetzt und der Flächendruck, der auf die mit der Innenwand 22 in Berührung liegenden Teile der Aussen fläche 26 ausgeübt wird, erhöht sich. Dadurch wird der Druck zwischen den Ecken 25a, 25d und der Innenwand 22 äusserst gross. Das heisst, dass diese Ecken 25a, 25d schnell in eine sehr enge Anlage mit der Innenwand 22 gebracht werden.
Diese Eckberührung mit der sich daraus ergebenden engen Anlage könnte ohne die beiden Umfangsnuten 25 nicht erreicht werden. Somit sind die beiden Umfangsnuten 25 wesentlich für einen ordnungsgemässen Betrieb. Es ist weiter wesent lich, dass sich die beiden Umfangsnuten 25 auf beiden Seiten der Symmetrieebene A-A des Polytetrafluor- äthylenringes 20 befinden. Diese Symmetrieebene geht durch die Mitte des O-Ringes 19 durch.