Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher mit einem in einem Zylinder verschiebbar geführten Trennorgan, das ein Arbeitsmedium von einem unter Druck stehenden Gas trennt.
Bei Druckspeichern unterscheidet man zwei verschiedene Bauarten, von denen die eine als Trennorgan eine Membrane oder Blase besitzt, die bei Veränderung der Druckverhältnisse im Druckspeicher einer erheblichen Verformung unterworfen ist und bei sehr hohen Drücken nicht mehr anwendbar ist. Bei der zweiten Bauart für hohe Drücke besteht daher das Trennorgan aus einem im Zylinder verschiebbar geführten Kolben, bei dem jedoch wegen der hohen Drücke die Abdichtung ein Problem darstellt, das sich bei einer Gasblase nicht stellt.
Bei den bekannten Druckspeichern der letztgenannten Art, bei denen sich auf dereinen Seite des Kolbens ein unter Druck stehendes Gas und auf der anderen Seite das Arbeitsmedium wie beispielsweise Öl befindet, liess sich wegen des schwierigen Abdichtproblems nicht verhindern dass Gas in das Öl übertritt, wodurch die Zuverlässigkeit der unter Verwendung eines derartigen Druckspeichers betriebenen Aggregate nicht hundertprozentig gewährleistet werden konnte. Bei vielen Anwendungsfällen für solche Druckspeicher, die beispielsweise bei Bahnanlagen oder Förderanlagen zum Einsatz kommen, ist die Zuverlässigkeit jedoch von entscheidender Bedeutung. Es ist jedoch auch mit den bezüglich Materialwahl und Konstruktion bisher besten Dichtungen für den Kolben eines Druckspeichers bis jetzt noch nicht gelungen, diese Zuverlässigkeit zu erreichen.
Dabei ist das Problem der Abdichtung weniger akut, wenn auf der einen Seite des Kolbens der Druck des vorgespannten Gases und auf der anderen Seite der Öldruck herrscht, da bei gleichem Druck auf beiden Seiten an der Dichtung kein Druckgefälle vorhanden ist, vielmehr ist das Problem der Abdichtung besonders dann akut, wenn bei Drucklosigkeit auf der Seite ein grosses Druckgefälle abzudichten ist.
Diese Situation liegt beispielsweise auch dann vor, wenn derartige Druckspeicher im vorgespannten Zustand, d. h. mit einem unter Druck stehenden Gas auf der einen Seite des in der Endstellung befindlichen Kolbens, über längere Zeit gelagert werden sollen, um sie im Bedarfsfall in ein hydraulisches System einzuschalten, wobei die Druckspeicher in diesem Zustand auf Lager gehalten werden, damit am Einsatzort nicht jeweils eine Füllanlage zum Vorspannen des Druckspeichers mit Stickstoff, welcher als Gas verwendet wird, notwendig ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand daher darin, einen Druckspeicherzu schaffen, bei dem das Problem der Abdichtung in jedem Betriebsfall zuverlässig gelöstist. Dies wird bei dem Druckspeicher der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Trennorgan aus mindestens zwei längsverschieblich geführten Kolben besteht, zwischen denen sich ein seitlich von der Zylinderwand eingeschlossenes Dichtmedium mit einer grösseren Viskosität als die des Arbeitsmediums befindet. Als Arbeitsmedium wird in der Regel Öl verwendet und das Dichtmedium besteht dann zweckmässig aus Fett, das eine wesentlich höhere Viskosität als Öl besitzt.
Wenn die eine Seite des aus zwei Kolben bestehenden Trennorgans vom Gasdruck und die andere Seite vom Öldruck beaufschlagt wird, so herrscht auch im hochviskosen Dichtmedium dazwischen der gleiche Druck und ein Gasverlust kann über die an jedem der Kolben am Aussenumfang ausserdem noch vorhandene Dichtung nicht eintreten. Von besonderem Vorteil ist aber der Umstand, dass bei einem auf der Ölseite drucklosen Druckspeicher, der nur das vorgespannte Gas enthält, an der Dichtung des der Gasseite zugewandten Kolbens kein Druckgefälle abzudichten ist, da das zwischen den Kolben befindliche, hochviskose Dichtmedium hinter der Dichtung unter dem gleichen Druck steht wie das Gas vor der Dichtung.
Ein Druckgefälle besteht nur bei der Dichtung an dem der Ölseite zugewandten Kolben, doch ist hier das vor diesem Kolben befindliche, hochviskose Dichtmedium ungleich leichter abzudichten als das einen einteiligen Kolben von dieser Seite beaufschlagende Gas.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes rein beispielsweise dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt den Druckspeicher im Längsschnitt mit verschiedenen Stellungen des Doppelkolbens.
Der Druckspeicher weist ein Zylinderrohr 1 auf, das an den gegenüberliegenden Enden durch Endplatten 2 und 3 und zum Festhalten derselben dienende, auf das Zylinderrohr aufgeschraubte Muttern 4 und 5 abgeschlossen ist. Über eine Bohrung 6 in der Endplatte 2 ist der Druckspeicher an ein Drucksystem angeschlossen. In der Endplatte 3 am gegenüberliegenden Ende ist ein Gasventil 7 eingeschraubt, durch das der Druckspeicher mit unter Druck stehendem Gas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllt wird.
Innerhalb des Zylinderrohres 1 sind als Trennorgan zwischen dem auf der rechten Seite befindlichen Gas 8 und dem auf der linken Seite in der unteren Hälfte der Schnittzeichnung befindlichen Arbeitsmedium 9, das vorzugsweise Öl ist, zwei Kolben 10 und 11 längsverschieblich geführt. Der Kolben 10 besitzt eine Innenbohrung 12, und der Kolben 11 ist mit einem im Durchmesser dem Durchmesser dieser Innenbohrung entsprechenden Teil in dieserInnenbohrung 12 geführt und mit einem anderen Teil an der Zylinderwand des Zylinderrohrs 1 geführt.
Diese Konstruktion ist gewählt, weil die beiden Kolben
10 und 11 eine bestimmte Länge haben müssen, damit sie sich im Zylinderrohr 1 nicht verkanten, da eine zusätzliche Führung durch eine Kolbenstange nicht vorhanden ist, und man erreicht durch das Ineinandersetzen der beiden Kolben, wobei der eine Kolben teilweise zur Führung des anderen dient, dass die
Baulänge des Druckspeichers insgesamt kürzer gehalten werden kann. Der Kolben 10 besitzt am Aussenumfang zwei
Gleitführungen 13 und zwischen diesen eine dynamische Dichtung 14. Der Kolben 11 besitzt am Aussenumfang des abgesetzten und in der Innenbohrung 12 des Kolbens 10 geführten Teils sowie am Aussenumfang des an derZylinderwand anliegenden Teils je eine Gleitführung 15 und am Aussenumfang des letztgenannten Teils eine dynamische Dichtung 16.
Zwischen den beiden Kolben 10 und 11 befindet sich ein Dichtmedium 17, das eine wesentlich höhere Viskosität als das Arbeitsmedium besitzt und vorzugsweise aus Fett besteht.
Dieses Dichtmedium 17 befindet sich auch innerhalb der Innenbohrung 12 zwischen den beiden Kolben, wobei ein oder mehrere Druckausgleichsbohrungen 18 die beiden getrennten das Dichtmedium enthaltenden Räume verbinden.
An der dem Arbeitsmedium zugewandten Stirnseite des Kolbens 10 befindet sich ferner noch eine ringförmige Dichtung
19, die in der Endstellung des Kolbens gegen die Endplatte 2 anliegt und eine statische Abdichtung darstellt, die dann noch zusätzlich zur Funktion kommt, wenn die Öheite des Druckspeichers drucklos ist bzw. der Druckspeichervorgespannt, d.h.
nur das unter einem bestimmten Druck stehende Gas enthaltend, über längere Zeit gelagert werden soll.
Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Doppelkolbens mit einem Dichtmedium zwischen zwei getrennten Kolben besteht darin, dass eine einwandfreie Gasabdichtung damit gewährleistet werden kann. Wenn das Arbeitsmedium Öl in den Druckspeicher gepumpt wird, so verschiebt sich der Doppelkolben 10, 11 aus der Endstellung, in der er, wie in der oberen Hälfte der Zeichnung dargestellt ist, gegen die Endplatte 2 anliegt, gegen den Druck des vorgespannten Gases nach rechts in eine Stellung gemäss der unteren Hälfte der Schnittdarstellung, wobei der Druck des Gases sich entsprechend erhöht.
In einer solchen Stellung des Doppelkolbens ist der Druck in allen drei Medien Gas, Öl und Dichtmedium gleich gross, so dass an den Dichtungen 14 und 16 am Umfang der Kolben 10 und 11 kein Druckgefälle besteht und wegen des zwischen den beiden Kolben befindlichen, hochviskosen Dichtmediums auch kein Gasverlust auftritt. Wenn sich nur das unter Druck stehende Gas und kein Öl im Druckspeicher befindet, so steht der Doppelkolben gegen die auf der linken Seite der Zeichnung befindliche Endplatte 2 an. Die Dichtung 16 am Umfang des Kolbens 11 hat in diesem Fall aber trotzdem kein Druckgefälle abzudichten, da das davor befindliche, hochviskose Dichtmedium 17 unter dem gleichen Druck steht wie das Gas, so dass auch in diesem Fall eine einwandfreie Abdichtung des Gases gewährleistet ist.
Es besteht allerdings in diesem Fall ein Druckgefälle bei der Dichtung 14 am Aussenumfang des Kolbens 10, jedoch nicht zwischen dem Gas und der drucklosen Seite, sondern zwischen dem hochviskosem Dichtmedium und der drucklosen Seite. Dieses Dichtmedium aber gewährleistet wie erwähnt eine einwandfreie Gasabdichtung. Ausserdem ist in der Endstellung noch die zusätzliche Dichtung 19 an der Stirnseite des Kolbens 10 wirksam. Das eingangs erwähnte Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Druckspeicher unter Aufrechterhaltung des Vorspanndrucks auch über längere Zeit lagern zu können, ist damit erreicht.
The invention relates to a pressure accumulator with a separating element which is guided displaceably in a cylinder and separates a working medium from a pressurized gas.
In the case of pressure accumulators, a distinction is made between two different types, one of which has a membrane or bladder as a separating element, which is subject to considerable deformation when the pressure conditions in the pressure accumulator change and can no longer be used at very high pressures. In the second design for high pressures, the separating element therefore consists of a piston guided displaceably in the cylinder, in which, however, due to the high pressures, the sealing is a problem that does not arise with a gas bubble.
In the known pressure accumulators of the last-mentioned type, in which there is a pressurized gas on one side of the piston and the working medium such as oil on the other side, it was not possible to prevent gas from entering the oil because of the difficult sealing problem The reliability of the units operated using such a pressure accumulator could not be guaranteed one hundred percent. In many applications for such pressure accumulators, which are used, for example, in railway systems or conveyor systems, reliability is of decisive importance. However, it has not yet been possible to achieve this reliability with the best seals for the piston of a pressure accumulator in terms of material choice and construction.
The problem of sealing is less acute if there is the pressure of the pretensioned gas on one side of the piston and the oil pressure on the other, since there is no pressure gradient on both sides of the seal at the same pressure Sealing is particularly acute when there is a large pressure gradient to be sealed when there is no pressure on the side.
This situation also applies, for example, when such pressure accumulators are in the preloaded state, i.e. H. with a pressurized gas on one side of the piston in the end position, are to be stored for a long time in order to switch them on to a hydraulic system if necessary, the pressure accumulators being kept in stock in this state so that they are not always on site a filling system for preloading the pressure accumulator with nitrogen, which is used as a gas, is necessary.
The object on which the present invention is based was therefore to create a pressure accumulator in which the problem of sealing is reliably solved in every operational situation. This is achieved according to the invention in the pressure accumulator of the type mentioned in that the separating element consists of at least two longitudinally displaceable pistons, between which there is a sealing medium enclosed laterally by the cylinder wall with a greater viscosity than that of the working medium. As a rule, oil is used as the working medium and the sealing medium then expediently consists of grease, which has a significantly higher viscosity than oil.
If one side of the separating element, which consists of two pistons, is acted upon by gas pressure and the other side by oil pressure, the same pressure prevails between the highly viscous sealing medium and gas loss cannot occur via the seal that is also present on each of the pistons on the outer circumference. Of particular advantage, however, is the fact that, in the case of a pressure accumulator which is pressureless on the oil side and only contains the pretensioned gas, no pressure gradient has to be sealed at the seal of the piston facing the gas side, since the highly viscous sealing medium located between the pistons is below the seal is the same pressure as the gas in front of the seal.
There is only a pressure drop at the seal on the piston facing the oil side, but the highly viscous sealing medium in front of this piston is much easier to seal than the gas acting on a one-piece piston from this side.
Further advantages and details of the invention emerge from the following description and the drawing, in which an exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown purely by way of example. The drawing shows the pressure accumulator in a longitudinal section with different positions of the double piston.
The pressure accumulator has a cylinder tube 1 which is closed at the opposite ends by end plates 2 and 3 and nuts 4 and 5 screwed onto the cylinder tube and serving to hold them in place. The pressure accumulator is connected to a pressure system via a bore 6 in the end plate 2. A gas valve 7 is screwed into the end plate 3 at the opposite end, through which the pressure accumulator is filled with pressurized gas, preferably nitrogen.
Within the cylinder tube 1, two pistons 10 and 11 are guided longitudinally displaceably as a separating element between the gas 8 on the right-hand side and the working medium 9, which is preferably oil, located on the left-hand side in the lower half of the sectional drawing. The piston 10 has an inner bore 12, and the piston 11 is guided in this inner bore 12 with a part corresponding in diameter to the diameter of this inner bore and guided with another part on the cylinder wall of the cylinder tube 1.
This design is chosen because of the two pistons
10 and 11 must have a certain length so that they do not tilt in the cylinder tube 1, as there is no additional guide through a piston rod, and you can achieve by fitting the two pistons, with one piston partially serving to guide the other, that the
Overall length of the accumulator can be kept shorter. The piston 10 has two on the outer circumference
Sliding guides 13 and a dynamic seal 14 between them. The piston 11 has a sliding guide 15 on the outer circumference of the offset part guided in the inner bore 12 of the piston 10 and a sliding guide 15 on the outer circumference of the part resting against the cylinder wall, and a dynamic seal 16 on the outer circumference of the latter part .
Between the two pistons 10 and 11 there is a sealing medium 17 which has a significantly higher viscosity than the working medium and which preferably consists of grease.
This sealing medium 17 is also located within the inner bore 12 between the two pistons, with one or more pressure compensation bores 18 connecting the two separate spaces containing the sealing medium.
An annular seal is also located on the end face of the piston 10 facing the working medium
19, which in the end position of the piston rests against the end plate 2 and represents a static seal that also comes into operation when the pressure accumulator is unpressurized or the pressure accumulator is pretensioned, i.e.
containing only the gas under a certain pressure, is to be stored for a long time.
The advantage of the double piston described above with a sealing medium between two separate pistons is that a perfect gas seal can be guaranteed. When the working medium oil is pumped into the pressure accumulator, the double piston 10, 11 moves out of the end position in which it rests against the end plate 2, as shown in the upper half of the drawing, against the pressure of the preloaded gas to the right into a position according to the lower half of the sectional view, the pressure of the gas increasing accordingly.
In such a position of the double piston, the pressure in all three media gas, oil and sealing medium is the same, so that there is no pressure gradient at the seals 14 and 16 on the circumference of the pistons 10 and 11 and because of the highly viscous sealing medium located between the two pistons there is also no loss of gas. If there is only the pressurized gas and no oil in the pressure accumulator, the double piston is against the end plate 2 located on the left side of the drawing. The seal 16 on the circumference of the piston 11 does not have to seal a pressure gradient in this case, however, since the highly viscous sealing medium 17 in front of it is under the same pressure as the gas, so that in this case, too, perfect sealing of the gas is guaranteed.
In this case, however, there is a pressure gradient at the seal 14 on the outer circumference of the piston 10, but not between the gas and the pressureless side, but between the highly viscous sealing medium and the pressureless side. However, as mentioned, this sealing medium ensures a perfect gas seal. In addition, the additional seal 19 on the end face of the piston 10 is also effective in the end position. The aim of the present invention mentioned at the outset of being able to store a pressure accumulator for a long time while maintaining the preload pressure is thus achieved.