DE10160425C2 - Kolbenspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenspeicher mit einem Gehäuse und ei­ nem in diesem einen gasseitigen Raum von einem fluidseitigen Raum tren­ nenden Kolben, der in Axialrichtung bewegbar ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Für die Erhaltung der Funktionsfähigkeit derartiger Speicher ist die Gas­ dichtheit über einen großen Temperaturbereich von besonderer Bedeutung. Während beim Normalbetrieb bei herrschendem Fluiddruck und im Druck­ gleichgewicht befindlichem Kolben die Gasdichtheit unkritisch ist, ergeben sich bei fluidseitig entleertem Speicher, wenn sich der Kolben in seiner dem kleinsten Volumen des fluidseitigen Raumes entsprechenden Endlage be­ findet, Probleme hinsichtlich der Gasdichtheit. Bei nur von der Gasseite her druckbelastetem Kolben sind selbst bei sorgfältiger Ausbildung der Kolben­ dichtungen Gasverluste möglich, so dass eine Lagerung von mit Gas- Vorfülldruck versehenen Kolbenspeichern in entleertem Zustand über lange Zeiträume hin nicht möglich ist.

Durch die DE 24 19 224 A ist ein gattungsgemäßer Druckflüssigkeitsspei­ cher (Kolbenspeicher) bekannt mit einem aus einem Mantel und einer End­ kappe bestehenden Gehäuse und einem in diesem, einen gasseitigen Raum von einem fluidseitigen Raum trennenden Kolben, der axial bewegbar ist, mit
mindestens einem Dichtungsring aus einem elastomeren Werkstoff, der bei der dem kleinsten Volumen des fluidseitigen Raumes entsprechen­ den Endlage des Kolbens durch diesen gegen eine, den fluidseitigen Raum abschließende Endkappe (Gehäusedeckel) abdichtend anlegbar ist, mit
einem als Ringnut ausgeführten Sitz für den Dichtungsring, der diesen gegen Axialbewegungen formschlüssig sichernde Abstützflächen auf­ weist, und mit
einer die Axialbewegung des Kolbens derart begrenzenden Anschlag­ einrichtung, dass der Kolben in der Endlage mit einer axialen Dichtkraft vorgegebener Größe am Dichtungsring anliegt.

Aufgrund dieser bekannten Anordnung ist bei in der Endlage befindlichem Kolben ein elastomeres Dichtelement, also eine Weichdichtung, beispiels­ weise aus einem Gummiwerkstoff, unter vorgewählter Dichtkraft in Anlage sowohl am Kolben als auch am Gehäusedeckel. Dabei ist die Stärke der Belastung des Dichtelementes durch die die Endlage des Kolbens definie­ rende Anschlageinrichtung auf einen optimalen Wert einstellbar, bei dem sich unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Dichtelementes eine Flächenpressung ergibt, die eine völlige Gasdichtheit über lange Zeit­ räume hinweg sicherstellt. Ohne Verlust der Funktionsbereitschaft kann daher der erfindungsgemäße Kolbenspeicher in entleertem Zustand jahre­ lang gelagert werden. Aufgrund der an die Eigenschaften des elastomeren Dichtelementes optimal angepaßten Flächenpressung ist die Gasdichtheit über einen sehr hohen Temperaturbereich gewährleistet, der bis zu einem Tiefstwert von minus 40°Celsius reichen kann.

Dadurch, dass außerdem der Sitz des Dichtelementes bei der bekannten Lösung Abstützflächen aufweist, die das Dichtelement gegen Axialbewe­ gungen formschlüssig sichern, ist zudem die Gefahr vermieden, dass es zu einem Herausziehen des Dichtelementes aus dem Sitz kommen kann, wenn sich die Kolben beispielsweise nach einer langen Lagerzeit, während deren es zu einem Verkleben mit dem Dichtelement gekommen ist, wieder aus seiner Endlage heraus bewegt. Andererseits ist durch die Anschlagein­ richtung, welche die Höchstbelastung des Dichtelementes auf einen festge­ legten Wert begrenzt, ein Verdrücken des elastomeren, also weichen Dich­ telementes verhindert.

Bei der bekannten Lösung, bei der das Gehäuse ein Zylinderrohr bildet, ist unter anderem der den fluidseitigen Abschluß bildende Gehäusedeckel zweiteilig ausgebildet und durch eine Schraubverbindung auf ein Außen­ gewinde am Ende des Zylinderrohr-Gehäuses aufgeschraubt. Die dahinge­ hende Befestigungslösung über eine Schraubverbindung führt grundsätzlich zu Dichtigkeitsproblemen und ist auch teuer und aufwendig in der Herstel­ lung. Um die dahingehenden Nachteile zu vermeiden, wäre es wün­ schenswert, den genannten Gehäusedeckel endseitig am Gehäuse über ein Schweißverfahren festzulegen; allein käme es dann aufgrund der eingeleite­ ten Schweißwärme anstelle der Verbindung zu einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung des Dichtelementes oder gar zu dessen Beschädigung, da das dahingehende Dichtelement unmittelbar gegenüberliegend zu der dahinge­ henden Schweißverbindung angeordnet ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der beschriebenen Vorteile im Stand der Technik einen Kolbenspeicher derart weiter zu verbessern, dass er nicht nur seine Gasdichtheit beibehält, auch bei entleertem, mit Gasvorfülldruck ver­ sehenem Speicher über sehr lange Zeiträume, sondern dass auch sicherge­ stellt ist, dass bei einer Verbindung des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse über ein Schweißverfahren die eingebrachte Schweißwärme die Dichtung nicht schädigen kann. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Kolbenspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Gehäusedeckel mit dem Zylinderrohr durch Schweißen verbunden ist und dass sich die Schweißstelle in einem axialen Abstand von dem am in­ neren Fortsatz des Gehäusedeckels befindlichen Sitz für das Dichtelement befindet, ist eine Anordnung gefunden, dass bei am Gehäusedeckel befind­ lichem Sitz des Dichtelementes die Schweißnaht an einer Stelle ausgeführt wird, die einen ausreichenden axialen Abstand vom Sitz des Dichtelemen­ tes besitzt. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass Schweißwärme zu einer Beeinträchtigung oder Schädigung des Dichtelementes führen kann.

Dies gilt auch für Ausführungsbeispiele, bei denen alternativ der Sitz für das Dichtelement am Kolben vorgesehen ist, und zwar in jeder seiner Verfahr­ stellungen, da der notwendige axiale Abstand wiederum über den nach innen in das Gehäuse eingreifenden Fortsatz vorgegeben ist. Im übrigen ist die Lage der Schweißnaht am Gehäusedeckel insoweit auch unkritisch, weil der Kolben während des Schweißvorganges vom Gehäuse­ deckel weggedrückt werden kann.

Bei am Kolben oder am Gehäusedeckel befindlichem Sitz für das Dichte­ lement kann dieser durch eine Ringnut gebildet sein, deren Seitenwände die Abstützflächen zur formschlüssigen, axialen Sicherung des Dichtele­ mentes bilden. Bei am Gehäusedeckel befindlichem Sitz kann die Ringnut in einen sich in das Zylinderrohr erstreckenden, axialen Fortsatz des Ge­ häusedeckels eingearbeitet sein, wobei die dem Kolben zugewandte Sei­ tenwand der Ringnut in einem Abstand vom Zylinderrohr endigt, so dass ein Ringraum gebildet wird, in den sich ein axial vorspringender, endseiti­ ger Ringkörper des Kolbens bei dessen Endlage hinein erstreckt und am Dichtelement anliegt.

Bei am Kolben ausgebildeter Ringnut als Sitz für das Dichtelement kann die dem Gehäusedeckel benachbarte Seitenwand der Ringnut ebenfalls in ei­ nem Abstand vom Umfang des Kolbens endigen, so dass wiederum ein Ringraum gebildet wird, in den ein am Gehäusedeckel axial vorspringender Ringkörper bei der Endlage des Kolbens eingreift und am Dichtelement an­ legt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen halbseitig und abgebrochen gezeichneten Längsschnitt nur des fluidseitigen Endbereiches eines Ausführungsbeispieles des erfin­ dungsgemäßen Kolbenspeichers und

Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlichen Schnitt eines zweiten Ausführungsbei­ spieles des Kolbenspeichers.

Fig. 1 zeigt einen im Zylinderrohr 2 des Speichergehäuses axial bewegba­ ren Kolben 4 in einer Endlage, die dem kleinsten Volumen des fluidseitigen Raumes 6 des Kolbenspeichers entspricht, wobei der Kolben 4 an einen Gehäusedeckel 8 angenähert ist. Dieser ist mit dem fluidseitigen Ende des Zylinderrohres 2 über eine Schweißnaht 10 verbunden.

Der Kolben 4, der mittels an seinem Umfang befindlichen Dicht- und Füh­ rungsleisten 12 an der Innenwand des Zylinderrohres 2 geführt ist, liegt in seiner in Fig. 1 dargestellten Endlage mit einem endseitigen, axial vorsprin­ genden Ringkörper 14 an einem elastomeren Dichtelement an, bei dem es sich beim vorliegenden Beispiel um einen weichen Dichtring 16 handelt. Der Dichtring 16 ist am Gehäusedeckel 8 in einem Sitz aufgenommen, der durch eine Ringnut 18 gebildet ist. Diese ist in einem axial vorspringenden, sich ins Innere des Zylinderrohres 2 erstreckenden Fortsatz 20 des Gehäu­ sedeckels 8 in der Nähe von dessen innerem Ende umfangseitig eingearbei­ tet. Die dem Kolben 4 benachbarte Seitenwand 22 der Ringnut 18 endigt in einem Abstand vom Zylinderrohr 2, so dass zwischen dem Fortsatz 20 und dem Zylinderrohr 2 ein Ringraum gebildet wird, in den sich bei der Endlage des Kolbens 4 der an diesem befindliche, axial vorspringende Ringkörper 14 hinein erstreckt, um am Dichtring 16 zur Anlage zu kommen.

Die eingekammerte Anordnung des Dichtringes 16, der durch die Seiten­ wände der Ringnut 18 gegen Axialbewegung formschlüssig gesichert ist, wobei die dem Kolben 4 benachbarte Seitenwand 22 eine Verschiebung in Richtung auf den Kolben 4 verhindert, bietet die Gewähr, dass auch nach längerer Anlage des Ringkörpers 14 am Dichtring 16, wo ein Ankleben an den Berührungsflächen eintreten könnte, kein Herausziehen des Dichtrin­ ges 16 beim Zurückfahren des Kolbens 4 stattfinden kann.

Um andererseits ein Verdrücken des elastomeren, also nachgiebigen Dichtringes 16, beispielsweise aus einem Gummiwerkstoff, durch das An­ drücken des Ringkörpers 14 zu vermeiden, ist eine Anschlageinrichtung vorgesehen, die die Endlage des Kolbens 4 so definiert, dass der Ringkörper 14 mit einer Dichtkraft vorbestimmter Größe am Dichtring 16 anliegt, so dass eine für die Gasdichtheit optimale Flächenpressung erreicht wird. Beim vorliegenden Beispiel ist die Anschlageinrichtung durch eine an dem dem Gehäusedeckel 8 zugewandten Ende des Kolbens 4 vorgesehene Stufe 24 gebildet, die eine an den vorspringenden Ringkörper 14 anschließende, ebene Ringfläche 26 bildet, die als Anlagefläche in Zusammenwirkung mit der zugewandten Endfläche des Fortsatzes 20 des Gehäusedeckels 8 die Anschlageinrichtung bildet.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Beispiel dadurch, dass der Sitz für den elastomeren Dichtring 16 nicht am Gehäusedeckel 8 sondern am Kolben 4 vorgesehen ist. Der Sitz für den Dichtring 16 ist wiederum durch eine Ringnut 19 gebil­ det, deren eine Seitenwand, und zwar bei dem Beispiel von Fig. 2 die dem Gehäusedeckel 8 benachbarte Seitenwand 28, wiederum in einem Abstand vom Zylinderrohr 2 endigt, so dass an der Endfläche des Kolbens 4 ein Ringraum gebildet wird, in den sich bei der Endlage des Kolbens 4 ein Ringkörper 30, der am Gehäusedeckel 8 axial vorspringend ausgebildet ist, hinein erstreckt und am Dichtring 16 zur Anlage kommt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring 16 in dem durch die Ringnut 19 ge­ bildeten Sitz gekammert, wobei die Seitenwände der Ringnut 19 wiederum Abstützflächen zur Verhinderung einer Axialbewegung des Dichtringes 16 bilden und insbesondere die Seitenwand 28 der Ringnut 19 ein Herauszie­ hen des Dichtringes 16 beim Zurückbewegen des Kolbens 4 verhindert, falls ein Verkleben an der Berührungsfläche mit dem Ringkörper 30 erfolgt sein sollte.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist eine die Endlage des Kolbens 4 definierende Anschlageinrichtung vorgesehen, so dass wiederum die opti­ male Flächenpressung bei der Anlage zwischen Ringkörper 30 und Dich­ tring 16 bei der Endlage des Kolbens 4 erreicht wird. Die Anschlageinrich­ tung ist durch eine eine Anlagefläche 32 bildende Stufe am Gehäusedeckel 8 gebildet. Diese Anlagefläche 32 hat die Form einer sich an den Ringkör­ per 30 anschließenden, axial zurückgesetzen ebenen Ringfläche, auf der sich bei der Endlage des Kolbens 4 ein Endflächenbereich des Kolbens 4 abstützt.

Claims (5)

1. Kolbenspeicher mit einem Gehäuse und einem in diesem einen gassei­ tigen Raum von einem fluidseitigen Raum (6) trennenden Kolben (4), der in Axialrichtung bewegbar ist, mit
mindestens einem elastomeren Dichtelement (16), das bei der dem kleinsten Volumen des fluidseitigen Raumes (6) entsprechenden End­ lage des Kolbens (4) durch diesen gegen einen den fluidseitigen Raum (6) abschließenden Gehäusedeckel (8) abdichtend anlegbar ist, mit
einem Sitz (18; 19) für das Dichtelement (16), der dieses gegen Axialbewegungen formschlüssig sichernde Abstützflächen (22; 28) aufweist, und mit
,, einer die Axialbewegung des Kolbens (4) derart begrenzenden An­ schlageinrichtung (24; 26; 32), dass der Kolben (4) in der Endlage mit einer axialen Dichtkraft vorgegebener Größe am Dichtelement (16) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gehäusedeckel (8) mit dem Zylinderrohr (2) durch Schwei­ ßen verbunden ist und dass sich die Schweißstelle (10) in einem axialen Abstand von dem am inneren Fortsatz (20) des Gehäusedec­ kels (8) befindlichen Sitz (18) für das Dichtelement (16) befindet oder in einem axialen Abstand von dem Sitz (19) des Dichtelements (16) am Kolben (4) bedingt durch den inneren Fortsatz (20).

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Zylinderrohr (2) aufweist, in dessen Innenraum ein axialer Fortsatz (20) des den fluidseitigen Raum (6) abschließenden Gehäuse­ deckels (8) eingreift, und dass der Sitz für das Dichtelement (16) durch eine in den Umfang des Fortsatzes (20) eingearbeitete Ringnut (18) ge­ bildet ist, deren Seitenwände (22) die Abstützflächen bilden und deren dem Kolben (4) zugewandte Seitenwand (22) in einem Abstand vom Zylinderrohr (2) endigt, so dass ein Ringraum gebildet wird, in den sich ein axial vorspringender, endseitiger Ringkörper (14) des Kolbens (4) bei dessen Endlage hinein erstreckt und am Dichtelement (16) anliegt.

3. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäusedeckel (8) zugewandte Ende des Kolbens (4) eine sich an den Ringkörper (14) anschließende Stufe (24) zur Bildung einer Anlage­ fläche (26) aufweist, die in Zusammenwirkung mit der zugewandten Endfläche des Gehäusedeckels (8) die Anschlageinrichtung bildet.

4. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Sitz für das Dichtelement durch eine Ringnut (19) gebildet ist, die außenumfangseitig in den Kolben (4) in der Nähe von dessen dem Gehäusedeckel (8) zugewandten Ende eingearbeitet ist und deren Seitenwände (28) die Abstützflächen für das Dichtelement (16) bilden, und dass die dem Gehäusedeckel (8) benachbarte Seitenwand (28) der Ringnut (19) in einem Abstand vom Umfang des Kolbens (4) endigt, so dass ein Ringraum gebildet wird, in den ein am Gehäusedec­ kel (8) axial vorspringender Ringkörper (30) bei der Endlage des Kol­ bens (4) eingreift und am Dichtelement (16) anliegt.

5. Kolbenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäusedeckel (8) eine sich an den Ringkörper (30) anschließende Stu­ fe (32) vorgesehen ist, die zusammen mit der ihr zugewandten Endflä­ che des Kolbens (4) die Anschlageinrichtung bildet.