DE102015218624A1

DE102015218624A1 - Kolbenspeicher

Info

Publication number: DE102015218624A1
Application number: DE102015218624.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Eck; Christoph Passow
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Offenbart wird ein Kolbenspeicher (1) mit einem zylinderförmigen Gehäuse (2), das eine Mantelfläche (4) und mindestens einen Deckel (6) aufweist, und mit einem in dem zylinderförmigen Gehäuse (2) aufgenommenen Kolben (8), der in axialer Richtung (a) von einer ersten Position (P1), insbesondere einer Endposition, in eine zweite von der ersten verschiedenen Position (P2) verfahrbar ist, wobei der Kolben (8) weiterhin mindestens ein lokal dichtendes Dichtelement (22) aufweist, das im Bereich der ersten Position (P1) eine radiale Dichtung zwischen dem Kolben (8) und der Mantelfläche (4) bereitstellt und im Bereich der zweiten Position (P2) im Wesentlichen reibungslos zu der Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) ausgeführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Dichtelement für einen derartigen Kolbenspeicher.
Kolbenspeicher werden üblicherweise eingesetzt, um eine Druckflüssigkeit eines hydraulischen Systems zu speichern und um die Druckflüssigkeit dem hydraulischen System bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen.
Ein derartiger Kolbenspeicher weist üblicherweise ein zylinderförmiges Gehäuse auf, das an beiden Enden mittels Deckel verschlossen ist. In dem Kolbenspeicher ist weiterhin ein Kolben angeordnet, der zwei Arbeitsräume voneinander trennt, wobei einer der Arbeitsräume mit einem kompressiblen Gas, beispielsweise Stickstoff, und der andere Arbeitsraum mit einer Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise mit einem Hydrauliköl, beaufschlagbar ist. Über ein Gasdruckventil wird einer der beiden Arbeitsräume mit dem Gas befüllt, bis der Kolben am flüssigkeitsseitigen Deckel anliegt und der Kolbenspeicher mit dem Gas vorgefüllt ist. In diesem Zustand ist der Gasdruck gleich dem Flüssigkeitsdruck, so dass dieser Zustand auch als ein statischer Zustand bezeichnet werden kann. Wird nun der andere Arbeitsraum mittels einer Pumpe mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wird das Gas im ersten Arbeitsraum komprimiert. Der Kolben verfährt dabei von einer ersten Position in eine zweite Position. Dabei verkleinert sich das Gasvolumen unter gleichzeitigem Druckanstieg, während sich gleichzeitig das Hydraulikvolumen vergrößert. Ist die gewünschte Menge Hydraulikflüssigkeit aufgenommen, wird die Zufuhr, beispielsweise durch Schließen eines entsprechenden Ventils gestoppt, und die Hydraulikflüssigkeit ist in dem Kolben unter Druck gespeichert. Soll die Hydraulikflüssigkeit dem System wieder zugeführt werden, wird das Ventil geöffnet, und die Hydraulikflüssigkeit wird von dem sich expandierendem Gas im ersten Arbeitsraum in das Hydrauliksystem gedrückt. Dabei muss der vom Gas bereitgestellte Druck größer als der Hydrauliksystemdruck sein, um zum einen das Hydraulikfluid in das Hydrauliksystem zu pressen und zum anderen den Kolben zu bewegen.
Da jedoch, um die beiden Arbeitsräume fluiddicht voneinander abzudichten, zwischen dem Kolben und dem zylinderförmigen Gehäuse Dichtungen, beispielsweise ein oder mehrere O-Ringe angeordnet sind, die üblicherweise radial verpresst sind und sowohl einer dynamischen Abdichtung, während der Bewegung des Kolbens, als auch einer statischen Abdichtung, beim Stillstand des Kolbens, dienen, wird die Kraft, die für die Bewegung des Kolbens notwendig ist, zudem darüber bestimmt, wie groß die Reibung der Dichtungen zwischen Kolben und Zylinder ist. Um jedoch im statischen Zustand eine effektive Abdichtung zwischen den beiden Arbeitsräumen zu erreichen, müssen die Dichtungen mit einer hohen radialen Kraft gegen die Zylinderwand gepresst werden.
Nachteilig bei einer hohen Verpressung der Dichtungen ist jedoch, dass dadurch eine große Reibung und damit eine hohe Hysterese, das heißt, ein verzögertes Ansprechverhalten des Kolbens verursacht wird. Zudem muss der Gasdruck, der für das Zuführen der gespeicherten Hydraulikflüssigkeit benötigt wird, so hoch sein, dass die Reibung der Dichtungen überwunden werden kann. Ein hoher benötigter Gasdruck bedingt jedoch, dass die Pumpe, die die Hydraulikflüssigkeit in den Kolbenspeicher pumpt, eine entsprechende Leistung aufweist. Dadurch werden oft Pumpen benötigt, die unverhältnismäßig groß ausgelegt werden müssen, um den Kolbenspeicher zu befüllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Kolbenspeicher bereitzustellen, der im statischen Zustand eine effektive Abdichtung und während des dynamischen Verfahrens des Kolbens eine geringe Reibung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenspeicher nach Anspruch 1 sowie durch ein lokal dichtendes Dichtelement nach Anspruch 12 gelöst.
Im Folgenden wird ein Kolbenspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse vorgestellt, das eine Mantelfläche und mindestens einen Deckel aufweist. In dem zylinderförmigen Gehäuse ist ein Kolben aufgenommen, der in axialer Richtung von einer ersten Position in eine zweite von der ersten verschiedene Position verfahrbar ist. Dabei handelt es sich bei der ersten Position vorzugsweise um eine Endposition, bei der der Kolben nicht weiter in Richtung des Deckels bewegt werden kann.
Der Kolben trennt vorzugsweise zwei Arbeitsräume voneinander, wobei der erste Arbeitsraum mit einem ersten Fluid und/oder der zweite Arbeitsraum mit einem zweiten Fluid beaufschlagbar ist. Dabei ist eines der Fluide vorzugsweise ein kompressibles Gas, wie beispielsweise Stickstoff, während das andere Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl, eines hydraulischen Systems ist. Somit ist der Kolbenspeicher vorteilhafterweise als ein hydropneumatischer Speicher ausgebildet ist, der die Kompressibilität des Gases zur Flüssigkeitsspeicherung nutzt.
Bei dem für ein Hydrauliksystem verwendeten Kolbenspeicher wird vorzugsweise der erste Arbeitsraum mit dem kompressiblen Gas vorgefüllt, so dass der Kolben im Wesentlichen an dem Deckel des zylinderförmigen Gehäuses oder an einem Kraftbeaufschlagungselement, das weiter unten beschrieben wird, anliegt. In diesem Zustand entspricht der Druck des kompressiblen Gases vorzugsweise im Wesentlichen dem Druck des Hydraulikfluids, so dass dieser Zustand auch als ein statischer Zustand bezeichnet werden kann. Bei Beaufschlagung des zweiten Arbeitsraumes mit dem Hydraulikfluid bewegt sich der Kolben entlang eines Verfahrweges, der dabei als eine Vielzahl von zweiten Positionen verstanden werden kann, die sich jeweils mit der Zeit ändern. Während der Bewegung des Kolbens wird das Gas komprimiert, wobei sich dessen Volumen verringert und sich gleichzeitig dessen Druck erhöht. Ist die gewünschte Menge Hydraulikfluid aufgenommen, wird die Zufuhr, beispielsweise durch Schließen eines entsprechenden Ventils gestoppt, und das Hydraulikfluid ist in dem Kolben unter Druck gespeichert. Soll das Hydraulikfluid dem System wieder zugeführt werden, wird das Ventil geöffnet, und das Hydraulikfluid wird, von dem sich expandierendem Gas im ersten Arbeitsraum, in das Hydrauliksystem gedrückt. Dabei muss der vom Gas bereitgestellte Druck größer als der Hydrauliksystemdruck sein, um zum einen das Hydraulikfluid in das Hydrauliksystem zu pressen und zum anderen den Kolben zu bewegen.
Um im statischen Fall, also dann, wenn der Kolben unbewegt an der ersten Position „ruht“, eine besonders effektive radiale Abdichtung bereitzustellen oder bei Bewegung möglichst wenig Reibung zu verursachen, wird vorgeschlagen, ein lokal dichtendes Dichtelement vorzusehen, das im Bereich der ersten Position eine radiale Dichtung zwischen dem Kolben und der Mantelfläche bereitstellt. Im dynamischen Fall dagegen, also beim Verfahren des Kolbens in eine andere Position weist das Dichtelement dagegen keinen oder nur einen geringen Kontakt und somit eine geringe Reibung zu der Mantelfläche auf. Dadurch kann der Kolben ohne zusätzliche Reibkraftbeaufschlagung bewegt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die den Kolbenspeicher mit Fluid beaufschlagenden Systeme nicht überdimensioniert groß ausgeführt werden müssen, was Kosten und Ressourcen schont. Weiterhin weist der Kolbenspeicher aufgrund der geringen Reibung eine verringerte Hysterese auf, so dass auch, eine Verzögerung des Ansprechverhaltens des Kolbens effektiv reduziert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das lokal dichtende Dichtelement im Bereich der ersten Position über eine axiale Kraftbeaufschlagung radial derart deformierbar, dass es dichtend an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses anliegt. Dabei erfolgt die axiale Kraftbeaufschlagung vorzugsweise aus Richtung des Deckels des zylinderförmigen Gehäuses. Das Dichtelement kann vorzugsweise als ein deformierbarer Elastomer ausgebildet sein, wobei die Wahl des Elastomers je nach Art des Kolbenspeichers in Abhängigkeit von einer Arbeitsumgebung und/oder von der Temperatur, etc. erfolgen kann. Wird beispielsweise als Arbeitsumgebung ein Hydrauliköl verwendet, ist es bevorzugt, das Dichtelement aus Acryl-Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) auszubilden. Soll das Dichtelement zudem bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, ist es bevorzugt, das Dichtelement aus hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) auszubilden. Daneben bieten sich beispielsweise auch Fluor-Kautschuk oder Polyurethan als Werkstoffe an.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn die axiale Kraftbeaufschlagung von einem Kraftbeaufschlagungselement bereitgestellt ist, welches das lokal dichtende Dichtelement im Bereich der ersten Position derart mit einer axialen Kraft beaufschlägt, dass sich dieses radial deformiert und die Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses dichtend kontaktiert. Das Kraftbeaufschlagungselement ist dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem Deckel des zylinderförmigen Gehäuses und dem Kolben angeordnet. Dabei kann es sich bei dem Kraftbeaufschlagungselement um ein feststehendes Element handeln, oder um ein Zustellelement, das sich mechanisch gegen das lokal dichtende Dichtelement bewegt.
Des Weiteren kann das Kraftbeaufschlagungselement am Kolben und/oder an dem lokal dichtenden Dichtelement angeordnet sein. So kann der Kolben und/oder das lokal dichtende Dichtelement beispielsweise eine Dichtlippe, einen Vorsprung und/oder eine Auskragung aufweisen, die das lokal dichtende Dichtelement derart mit einer axialen Kraft beaufschlägt, dass dieses sich deformiert und im Wesentlichen radial gegen die Mantelfläche abdichtet.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass das Kraftbeaufschlagungselement an dem Deckel und/oder an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses angeordnet ist. Dabei kann es sich bei dem Kraftbeaufschlagungselement um den Deckel und/oder die Mantelfläche selbst handeln oder alternativ um ein Zwischenelement, beispielsweise einen Vorsprung und/oder eine Auskragung, das an dem Deckel und/oder der Mantelfläche angeordnet ist. Das Zwischenelement kann dabei wiederum integral mit dem Deckel und/oder der Mantelfläche ausgebildet sein, beispielsweise um Montagezeiten zu verkürzen, oder alternativ als separates Element ausgebildet sein, was unter anderem den Vorteil bietet, dass es austauschbar ist.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das lokal dichtende Dichtelement mindestens eine Dichtwulst auf, die, insbesondere im Bereich der ersten Position, bei einer axialen Kraftbeaufschlagung radial derart deformierbar ist, dass sie die Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses dichtend kontaktiert. Vorteilhafter Weise dichtet die Dichtwulst aufgrund ihrer Form zusätzlich in axialer Richtung, insbesondere gegen den Deckel des zylinderförmigen Gehäuses oder gegen das Kraftbeaufschlagungselement ab. Dadurch kann eine sehr effektive Dichtwirkung bereitgestellt werden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das lokal dichtende Dichtelement mindestens eine Auskragung aufweist, die an dem lokal dichtenden Dichtelement selbst, beispielsweise an der Dichtwulst angeordnet sein kann. Durch die Auskragung kann zum Beispiel eine axiale Bewegung in eine radiale Deformation übersetzt werden. So kann zum Beispiel im Bereich der ersten Position eine axiale Kraftbeaufschlagung auf die Auskragung erfolgen, wodurch die Dichtwulst nach radial außen gegen die Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses gedrückt wird und abdichtet. Dadurch kann sich eine radial wirkende Dichtung ähnlich der Wirkweise eines O-Ringes bilden.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das lokal dichtende Dichtelement, im Querschnitt, zumindest einen ersten und einen zweiten Schenkel auf, die winkelig angestellt sind. Dabei erstreckt sich der erste Schenkel vorzugsweise vom Kolben in Richtung Deckel und der zweite Schenkel winkelig vom ersten Schenkel in Richtung Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses. Weiterhin ist bevorzugt, wenn der erste und/oder der zweite Schenkel bei einer axialen Kraftbeaufschlagung radial derart deformierbar sind, dass der zweite Schenkel die Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses dichtend kontaktiert.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Kolben topfförmig, mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, ausgebildet. Dabei weist der topfförmige Kolben vorzugsweise einen Topfboden und einen Topfrand auf. Weiterhin ist bevorzugt, wenn sich der Topfrand in Richtung komprimierbares Fluid, vorzugsweise in Richtung Gas, erstreckt, da dadurch eine Maximierung des Gasvolumens, und damit eine Erhöhung der Speicherkapazität des Kolbenspeichers, möglich ist. Außerdem ist bevorzugt, wenn das lokal dichtende Dichtelement in einem Bereich des Topfbodens, vorzugsweise in Richtung Flüssigkeit, angeordnet ist.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kolben mindestens ein permanent dichtendes Dichtelement auf, das immer, also während des gesamten Verfahrweges des Kolbens und auch im Bereich der ersten Position radial dichtend an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses anliegt. Vorzugsweise besteht das permanent dichtende Dichtelement ebenfalls aus einem Elastomer. Des Weiteren ist bevorzugt, wenn das permanent dichtende Dichtelement am Topfrand des Kolbens angeordnet ist.
Weiterhin ist bevorzugt, wenn das lokal dichtende Dichtelement und das mindestens eine permanent dichtende Dichtelement als integrale Dichtanordnung ausgebildet sind, wodurch sich eine einfache Herstellung und Montage ergibt. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Dichtelemente separat auszubilden. Die Dichtungsanordnung aus dem lokal dichtenden Dichtelement und dem permanent dichtenden Dichtelement bieten insbesondere im statischen Zustand den Vorteil, dass eine Permeation des Gases in den anderen Arbeitsraum deutlich verringerbar ist, was vor allem bei einer langen Lagerung eines mit einem kompressiblen Fluid vorgefüllten Kolbenspeichers vorteilhaft ist.
Das nur lokal dichtende Dichtelement und/oder das permanent dichtende Dichtelement können über Form- und/oder Kraft- und/oder Stoffschluss mit dem Kolben verbunden sein, wobei ein Vulkanisieren bevorzugt ist.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein lokal dichtendes Dichtelement für einen Kolbenspeicher mit den oben genannten Merkmalen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und in den Zeichnungen angegeben. Dabei ist eine Kombination der Merkmale in der Beschreibung sowie in den Zeichnungen rein exemplarisch und es ist für den Fachmann klar, dass die Merkmale nicht zwangsläufig in der angegebenen Kombination vorliegen müssen, sondern auch einzeln oder anders miteinander kombiniert vorliegen können, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.
Im Folgenden wird das Prinzip der Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist dabei rein exemplarischer Natur und soll nicht den Rahmen der Erfindung festlegen. Dies gilt insbesondere für in Kombination dargestellte Merkmale, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als einzeln stehende Merkmale realisiert werden können. Der Schutzbereich der Anmeldung ist allein über die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigt:
1: schematische Schnittansichten durch einen Teil eines Kolbenspeichers in verschiedenen Betriebszuständen.
Im Folgenden werden gleiche bzw. funktionell gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematische Schnittansichten durch einen Teil eines Kolbenspeichers 1 in verschiedenen Betriebszuständen P1 und P2, wobei die 1a einen Endzustand P1 und die 1c eine Momentaufnahme eines Bewegungszustands P2 des Kolbenspeichers 1 zeigt. Bei den 1b und 1d handelt es sich jeweils um eine Detailansicht der in den 1a bzw. 1c gezeigten Betriebszustände.
Ein Kolbenspeicher 1 weist üblicherweise ein zylinderförmiges Gehäuse 2 mit einer Mantelfläche 4 und beidseitigen Deckeln auf, wobei in den Darstellungen der 1 nur ein Deckel 6 gezeigt ist. Weiterhin zeigt 1, dass in dem zylinderförmigen Gehäuse 2 ein in axialer Richtung a verfahrbarer Kolben 8 aufgenommen ist, der dazu ausgelegt, zwei Arbeitsräume 10, 12 voneinander zu trennen, wobei der erste Arbeitsraum 10 mit einem kompressiblen Gas und der zweite Arbeitsraum 12 mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Die Hydraulikflüssigkeit kann mit einem hydraulischen System in Verbindung stehen, so dass der Kolbenspeicher 1 als hydropneumatischen Speicher ausgebildet sein kann, der die Kompressibilität des Gases zur Flüssigkeitsspeicherung nutzt.
Dabei zeigen die 1a und 1b einen Kolben 8 im Endzustand P1, bei dem sich der Kolben 8 nicht weiter in Richtung Deckel 6 bewegen kann. In diesem Zustand P1 ist der Arbeitsraum 10 vorzugsweise mit dem Gas in etwa maximal vorgefüllt. Dabei entspricht ein Druck des kompressiblen Gases in etwa einem Druck der Hydraulikflüssigkeit, so dass die Position P1 auch als ein statischer Zustand bezeichnet werden kann. In den 1c und 1d ist dagegen eine Momentaufnahme eines Bewegungszustands P2 des Kolbens 8 gezeigt, bei dem der Kolben 8 in eine andere Position als den Endzustand P1 verfährt.
Der Kolben 8 ist vorzugsweise topfförmig ausgebildet, um ein maximales Gasvolumen bereitzustellen. Dabei weist der topfförmige Kolben 8 einen Topfboden 14 und einen Topfrand 16 auf, wobei ein offenes Ende 18 des Topfrands 16 dem Arbeitsraum 10 zugewandt ist.
Weiterhin zeigt 1, dass am Topfrand 16 des Kolbens 8 ein Dichtelement 20 angeordnet ist, das den Arbeitsraum 10 von dem Arbeitsraum 12 fluiddicht abtrennt. Bei dem Dichtelement 20 handelt es sich um eine permanent dichtende Dichtung, die an allen Positionen, die der Kolben 8 einnehmen kann, radial dichtend an der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 anliegt. Das Dichtelement 20 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet.
Wie in 1 weiterhin dargestellt, weist der Kolben 8 des vorgestellten Kolbenspeichers 1 im Bereich des Topfbodens 14 ein weiteres Dichtelement 22 auf, bei dem es sich um ein lokal dichtendes Dichtelement handelt, das erfindungsgemäß im Endzustand P1 radial dichtend an der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 anliegt, wie in 1a und in 1b gezeigt. Bei der Bewegung des Kolbens 8, siehe 1c und 1d, ist das lokal dichtende Dichtelement 22 dagegen im Wesentlichen kontaktlos, also reibungslos zur Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 ausgebildet. Somit verbleibt im Zustand P2 ein Spalt 24 zwischen dem lokal dichtenden Dichtelement 22 und der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2, wie insbesondere in der 1d gezeigt. Auch das lokal dichtende Dichtelement 22 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet.
Um die nur lokale Abdichtung bereitzustellen, wird das lokal dichtende Dichtelement 22 im Endzustand P1 über eine axiale Kraftbeaufschlagung F_a radial derart deformiert, dass es dichtend an der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 anliegt. Dabei erfolgt die axiale Kraftbeaufschlagung F_a, wie in den 1a und 1b gezeigt, über den Deckel 6 des zylinderförmigen Gehäuses 2, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Kraftbeaufschlagungselement wirkt. Generell kann es sich bei dem Kraftbeaufschlagungselement um ein feststehendes Element handeln, das zwischen dem Kolben 8 und dem Deckel 6 angeordnet ist, oder um ein Zustellelement, das sich mechanisch gegen das lokal dichtende Dichtelement 22 bewegt. Weiterhin ist es auch möglich, das Kraftbeaufschlagungselement an der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 und/oder am Kolben 8 und/oder am lokal dichtenden Dichtelement 22 selbst anzuordnen.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels weist das lokal dichtende Dichtelement 22 eine Dichtwulst 26 auf, die sich bei einem Kontakt mit dem Deckel 6 derart deformiert, dass sie, wie in 1a und 1b gezeigt, eine Verformung nach radial außen erfährt, gegen die Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 gedrückt wird, und gegen diese abdichtet. Aufgrund ihrer Form kann die Dichtwulst 26 dabei gleichzeitig in axialer Richtung gegen den Deckel 6 des zylinderförmigen Gehäuses 2 abdichten.
Für die axiale Kraftbeaufschlagung weist das illustrierte Dichtelement 22, wie insbesondere in den 1c und 1d dargestellt, weiterhin eine Auskragung 28 auf, die eine axiale Bewegung in eine radiale Deformation übersetzen kann. Dadurch kann sich eine radial wirkende Dichtung ähnlich der Wirkweise eines O-Ringes bilden.
Wie in 1 weiterhin dargestellt, können das permanent dichtende Dichtelement 20 und das lokal dichtende Dichtelement 22 auch als integrale Dichtanordnung 30 ausgebildet sein. Dabei ist das permanent dichtende Dichtelement 20 am Topfrand 16 und das lokal dichtende Dichtelement 22 im Bereich des Topfbodens 14 angeordnet. Weiterhin kann sich zudem außenseitig am Kolben 8 ein Zwischenstück 32 von dem permanent dichtenden Dichtelement 20 bis zu dem lokal dichtenden Dichtelement 22 erstrecken, so dass eine besonders effektive Abdichtung bereitstellbar ist, mit der eine Permeation des Gases durch die Dichtungsanordnung 30 signifikant verringerbar ist. Dabei ist das Zwischenstück 32, wie in 1 gezeigt, sowohl im Endzustand P1 als auch während der Bewegung des Kolbens 8 kontaktlos zu der Mantelfläche 4 des zylinderförmigen Gehäuses 2 ausgebildet, so dass keine zusätzliche Reibung entsteht.
Zusammenfassend kann mit Hilfe des vorgestellten Kolbenspeichers ein Kolbenspeicher mit einem zylinderförmigen Gehäuse bereitgestellt werden, der eine effektive Abdichtung bei einer statischen Position, insbesondere bei einem Endzustand, des Kolbens, bereitstellt, und der gleichzeitig bei einer Bewegung des Kolbens, eine geringe Reibung aufweist. Dabei weist der vorgestellte Kolbenspeicher ein lokal dichtendes Dichtelement auf, das in dem statischen Zustand dichtend an einer Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses anliegt, während es bei einer Bewegung des Kolbens kontaktlos zu der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses ausgebildet ist. So kann mit Hilfe des vorgestellten lokal dichtenden Dichtelements ein Kolbenspeicher bereitgestellt werden, bei dem eine Permeation des Gases effektiv verringert ist, so dass der Kolbenspeicher, beispielsweise bei vorgefülltem Gas, über lange Zeit lagerbar ist. Ein weiterer Vorteil des vorgestellten Kolbenspeichers ist eine Verringerung von Stick-slip sowie eine stützende Funktion des lokal dichtenden Dichtelements, so dass der Kolben in einfacher Weise innerhalb des zylinderförmigen Gehäuses zentrierbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Kolbenspeicher
2: zylinderförmiges Gehäuse
4: Mantelfläche
6: Deckel
8: Kolben
10, 12: Arbeitsraum
14: Topfboden
16: Topfrand
18: offenes Ende
20, 22: Dichtelement
24: Spalt
26: Dichtwulst
28: Auskragung
30: Dichtungsanordnung
32: Zwischenstück
a: axiale Richtung
F_a: axiale Kraftbeaufschlagung
P1: Endzustand
P2: Momentaufnahme eines Bewegungszustands des Kolbens

Claims

Kolbenspeicher (1) mit einem zylinderförmigen Gehäuse (2), das eine Mantelfläche (4) und mindestens einen Deckel (6) aufweist, und mit einem in dem zylinderförmigen Gehäuse (2) aufgenommenen Kolben (8), der in axialer Richtung (a) von einer ersten Position (P1), insbesondere einer Endposition, in eine zweite von der ersten verschiedenen Position (P2) verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) weiterhin mindestens ein lokal dichtendes Dichtelement (22) aufweist, das im Bereich der ersten Position (P1) eine radiale Dichtung zwischen dem Kolben (8) und der Mantelfläche (4) bereitstellt und im Bereich der zweiten Position (P2) im Wesentlichen reibungslos zu der Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) ausgeführt ist.
Kolbenspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lokal dichtende Dichtelement (22) im Bereich der ersten Position (P1) über eine axiale Kraftbeaufschlagung (F_a) radial derart deformierbar ist, dass es dichtend an der Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) anliegt.
Kolbenspeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Kraftbeaufschlagung (F_a) von einem Kraftbeaufschlagungselement bereitgestellt ist.
Kolbenspeicher (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungselement am Kolben (8) und/oder an dem lokal dichtenden Dichtelement (22) angeordnet ist.
Kolbenspeicher (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftbeaufschlagungselement an dem Deckel (6) und/oder an der Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) angeordnet ist.
Kolbenspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokal dichtende Dichtelement (22) mindestens eine Dichtwulst (26) aufweist, die sich bei einer axialen Kraftbeaufschlagung (F_a) radial derart deformiert, dass die Dichtwulst (26) die Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) dichtend kontaktiert.
Kolbenspeicher (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokal dichtende Dichtelement (22) zumindest einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, die winkelig angestellt sind, wobei der erste Schenkel sich vom Kolben in Richtung Deckel (6) erstreckt und der zweite Schenkel sich winkelig vom ersten Schenkel in Richtung Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) erstreckt, und wobei der erste und/oder der zweite Schenkel bei einer axialen Kraftbeaufschlagung (F_a) radial derart deformierbar sind, dass der zweite Schenkel die Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) dichtend kontaktiert.
Kolbenspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) topfförmig, mit einem im Wesentlichen U-förmig Querschnitt, ausgebildet ist.
Kolbenspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) mindestens ein weiteres permanent dichtendes Dichtelement (20) aufweist, das an allen Positionen (P1; P2) eines Verfahrwegs des Kolbens (8) dichtend an der Mantelfläche (4) des zylinderförmigen Gehäuses (2) anliegt.
Kolbenspeicher (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das lokal dichtende Dichtelement (22) und das mindestens eine permanent dichtende Dichtelement (20) einstückig ausgebildet sind.
Kolbenspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) einen ersten (10) von einem zweiten (12) Arbeitsraum abtrennt, wobei der erste Arbeitsraum (10) mit einem ersten Fluid, insbesondere einem Gas, beaufschlagbar ist und/oder der zweite Arbeitsraum (12) mit einem zweiten Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, beaufschlagbar ist.
Lokal dichtendes Dichtelement (22) für einen Kolbenspeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.