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.
Piston seal for pressure accumulator The invention relates to a piston seal device for pressure accumulator, in which a piston is slidably mounted in a cylinder.
The ideal piston seal for a pressure accumulator has contradicting properties in that it has to seal the gas chamber against the liquid, while at the same time it has to keep the friction generated during the movement of the piston to a minimum in order to reduce the inertia of the piston To keep the minimum.
The seal keeps the liquid from the gas chamber and the gas away from the liquid chamber. Liquid entering the gas chamber requires work insofar as the liquid must be removed by cleaning, and it is obvious that such work is to be kept to a minimum. Gas (generally air), which penetrates into the liquid chamber, enters the system to which the pressure accumulator is connected and through this an undesired gas enters the hydraulic system, the function of the entire system is adversely affected.
In order to keep the wear of the seals and the resistance of the piston to a minimum, the piston seals should have minimal friction when they slide on the inner wall of the cylinder of the accumulator.
A piston seal is known in which the piston has a circumferential groove and a circumferential O-ring in this, along the outside of which a polytetrafluoroethylene ring protruding from the groove with part of its cross section is arranged, the width of which is equal to the groove width and the inside of which is arranged a pair of conical surfaces slightly inclined to its main axis, which are arranged in mirror image to its main plane of symmetry.
The invention is based on the object, starting from this piston seal, to create the initially ge called ideal piston seal that allows a good seal despite low friction between the piston and the cylinder inner wall.
This object is achieved by the invention in that the two conical surfaces meet in a V-shape with reference to the meridional section of the polytetrafluoroethylene ring and that two circumferential grooves are provided symmetrically to its main plane of symmetry on the outside of this ring, that the diameter of the cross section of the O- Ring is larger than the diameter size required for the simultaneous mere contact of the two conical surfaces and the base of the circumferential groove by the O-ring,
so that the O-ring is squeezed together between the surfaces mentioned and that the polytetrafluoroethylene ring is bent in the meridian section around the O-ring, whereby the outer edges of its circumferential grooves are pressed into intimate contact with the inner wall of the cylinder.
By squeezing the O-ring, the entire piston seal is under tension, so that the polytetrafluoroethylene ring always lies tightly against the inner wall of the cylinder and creates a good seal. The circumferential grooves exercise a cleaning or scraping effect with their edges and at the same time absorb liquid that acts as a lubricant. This increases the sealing effect on the one hand, while on the other hand the friction is set to a low value.
Bending the polytetrafluoroethylene ring around the O-ring has the advantage that its central section, which is almost directly supported by the O-ring, rests most strongly on the inner wall of the cylinder, while its end sections adjoining its end faces are bent radially inward . This eliminates the risk that the material of the end sections will be squeezed into the annular gap between the inner wall of the cylinder and the outer surface of the piston and destroyed there.
The subject matter of the invention will now be explained further using the example of the exemplary embodiment shown in the drawing. 1 shows a longitudinal section through a pressure accumulator, FIG. 2 shows an enlarged partial view from FIG. 1 with the illustration of the O-ring and the polytetrafluoroethylene ring, FIG. 2A shows a partial view similar to FIG. 2,
in which a bent polytetrafluoroethylene ring is shown enlarged, FIG. 3 shows a plan view of the polytetrafluoroethylene ring and FIG. 4 shows a section along the line 4-4 in FIG. 3. FIG. 1 shows the pressure accumulator 10. The piston 11 is located in FIG the cylinder 12 at any point between the end caps 13.
The gas chamber 14 is on one side and the liquid chamber 15 is on the other side of the piston 11. Seals 16 seal the end caps 13. Since the end caps 13 are stationary, the seals 16 do not present any special problems here.
The seal is achieved by the seals located on the piston 11.
Each seal consists of an O-ring 19 which is in contact with a polytetrafluoroethylene ring 20, as Fig. 2 shows most clearly. The O-ring 19 lies completely in a groove 21 in the piston 11. The polytetrafluoroethylene ring 20 lies partially in the groove 21 and partially protrudes over it and thus touches the inner wall 22 of the cylinder 12.
The dimensions of the groove 21, the O-ring 19 and the polytetrafluoroethylene ring 20 are selected so that the O-ring 19 is squeezed together between the polytetrafluoroethylene ring 20 and the base 23 of the groove 21 after assembly. The compressed O-ring 19 then forms an effective seal between the groove 21 and the polytetrafluoroethylene ring 20.
In FIGS. 3 and 4, the polytetrafluoroethylene ring 20 is shown in the form it has prior to assembly and use. It is slightly deformed during assembly and operation.
Two circumferential grooves 25 are cut into the supporting outer side 26 of the polytetrafluoroethylene ring 20. The outer edges 22 of the end faces of the polytetrafluoroethylene ring 20 are beveled. The inner conical surfaces 28, which are in contact with the O-ring 19, form a flat V.
The dimensions of the piston 11 and of the polytetrafluoroethylene ring 20 can vary considerably and depend to a large extent on the particular application. The optimal wall thickness of the polytetrafluoroethylene ring 20 is 0.76-0.86 mm for most applications.
Polytetrafluoroethylene tends to flow under pressure. The beveled edges 27 of the polytetrafluoroethylene ring 20 prevent the corners which have the greatest tendency to flow from flowing into the space between the piston 11 and the cylinder 12.
The conical surfaces 28 abutting in a V-shape prevent the polytetrafluoroethylene ring 20 from migrating out of the groove 21 of the piston 11. In addition, the beveled edges 27 and the conical surfaces 28 facilitate the assembly of the polytetrafluoroethylene ring 20 and the O-ring 19,
when the piston 11 is pushed into the cylinder 12 at the beginning of the whole. The beveled edges 27, which are formed by cutting down from the supporting outer side 26 of the polytetrafluoroethylene ring 20, reduce the frictional force exerted on the piston 11 and thus shorten the response time of the accumulator 10.
The decrease in the frictional force caused by the beveled edges 27 also results from the fact that the polytetrafluoroethylene ring 20 can no longer extrude or flow from one another, since such material sections formed by flowing apart increase the sliding friction quite significantly.
The circumferential grooves 25 also serve to reduce the sliding friction Ver, since they reduce the load-bearing outer side 26, which rests against the inner wall 22 of the cylinder. It is much more important, however, that the circumferential grooves 25 absorb the lubrication for the polytetrafluoroethylene ring 20 and thus also serve to reduce friction. The lubrication located in the circumferential grooves 23 is only a small amount of the liquid in the liquid chamber 15.
After just a few strokes at the start of operation, some liquid will flow from the liquid chamber 15 into the circumferential grooves 25, will be held in these and thus form the desired lubrication.
As shown in FIG. 2A, the polytetrafluoroethylene ring 20 will bend slightly under the pressure of the O-ring 19. This bending of the polytetrafluoroethylene ring 20 leads to a phenomenon which, to simplify matters, can be called a square contact between the polytetrafluoroethylene ring 20 and the inner wall 22. The four corners are labeled 15a, 15b, 15c and 15d.
The corner contacts at the corners 25a and 25d result in a considerable local pressure which presses these corners 25a and 25d very tightly against the inner wall 22. Thus, if the polytetrafluoroethylene ring 20 moves, z. B. the corner 25a clean the inner wall 22 of the cylinder 12 of any liquid and leave only a weak film. In this way, there is only a very slight leakage of liquid into the gas chamber 14.
However, sufficient liquid remains and is made available by the grooves 25, so that there is only little friction with the inner wall 22 at the surface section between the corners 25b and 25c.
From FIG. 2A it can be seen that the bending over of the polytetrafluoroethylene ring 20 around the O-ring 19 under the action of pressure causes the sections of the supporting outer surface 26 that are closest to the two beveled edges 27 to move somewhat from the inner wall 22 of the Loosen cylinder 12.
As a result of this deflection, the load-bearing outer surface <B> 26 '</B> is reduced to a third or less and the surface pressure that is exerted on the parts of the outer surface 26 that are in contact with the inner wall 22 increases. As a result, the pressure between the corners 25a, 25d and the inner wall 22 becomes extremely high. This means that these corners 25a, 25d are quickly brought into very close contact with the inner wall 22.
This corner contact with the resulting close contact could not be achieved without the two circumferential grooves 25. Thus the two circumferential grooves 25 are essential for proper operation. It is also essential that the two circumferential grooves 25 are located on both sides of the plane of symmetry A-A of the polytetrafluoroethylene ring 20. This plane of symmetry goes through the center of the O-ring 19.