DE1090469B

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Publication number: DE1090469B
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Description

In der deutschen Patentschrift 887 132 ist ein hydropneumatischer Energiespeicher, insbesondere ein öipneumatischer Energiespeicher, beschrieben, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse und einem darin verschiebbaren Freikolben, der eine mit komprimiertem Gas gefüllte Kammer von einer Kammer trennt, in die eine unter Druck stehende Flüssigkeit eingeführt werden kann, und der eine aus einem Ring aus verformbarem Material gebildete Dichtung hat, die in einer Aufnahme am Umfang des Kolbens liegt und ständig der Einwirkung einer Feder ausgesetzt ist, die zwischen einer Scheibe und einem gegen die freie Fläche des Ringes anliegenden Ringkörper liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Energiespeicher zu verbessern. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der .in der obigen Patentschrift beschriebene Speicher bei normalem Betrieb ein einwandfreies Abdichten zwischen dem komprimierten Gas und der Flüssigkeit bewirkt.

Es wurde jedoch festgestellt, daß der Kolben bei gewissen Anwendungsarten am Ende seines Hubes durch den Flüssigkeitsdruck gegen den Boden des Gehäuses zur Anlage gebracht werden kann.

Der Dichtungsring kann aber in dieser Koltbenlage einem sehr hohen Druck ausgesetzt sein, der ihn aus seinem Sitz drückt. Außerdem kann der Dichtungsring durch den Ringkörper abgeschert werden, wenn das Druckgleichgewicht zwischen den beiden Kolbenflächen wiederhergestellt ist und der Ringkörper wieder seine normale Lage einnimmt.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Mängel.

Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck ein hydropneumatischer Energiespeicher, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse und einem darin verschiebbaren und mit einem Ansatz versehenen Freikolben, der eine mit komprimiertem Gas gefüllte Kammer von einer Flüssigkeitskammer trennt und einen verformbaren, in einer Aufnahme am Umfang des Kolbens liegenden Dichtungsring hat, der ständig der AVirkung einer zwischen einer auf dem Kolbenansatz in Richtung auf den Dichtungsring beweglichen Scheibe und einem gegen die freie Fläche des Ringes anliegenden Ringkörper angeordneten Feder ausgesetzt ist, in der Weise ausgebildet, daß zwischen dem Ringkörper und der Scheibe ein Anschlag .längsbeweglich angeordnet ist, der beim Anliegen des Kolbenansatzes an den gasseitigen Zylinderkopf eine durch den Flüssigkeitsdruck bewirkte Verschiebung des Dichtungsringes und somit des Ringkörpers begrenzt, während ein zweiter Anschlag zwischen dem Zylinderkopf und der Scheibe so angeordnet ist, daß er beim Anliegen des Kolbenansatzes an den Zylinderkopf die Scheibe stützt.

Hydropneumatischer Energiespeicher

Anmelder: Jean Louis Gratzmuller, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68, und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22, Patentanwälte

Beansprudite Priorität: Frankreidi vom 10. August 1955

Jean Louis Gratzmuller, Paris, ist als Erfinder genannt worden

Dabei könnte dadurch, daß die Scheibe bei einer vorzugsweisen Ausführungsform des Kolbens ihrerseits nur gegen eine ringförmige, von einer verminderten mittleren Umfangszone begrenzte Anlagefläche liegt, diese unter der Einwirkung des durch den Anschlag auf eine in der Nähe ihres äußeren Umfanges gelegene Ringzone ausgeübten Druckes verformt werden.

Es können Mittel vorgesehen werden, die ein solches Verformen der Scheibe verhindern. Eine zweckmäßige Atisführungsform der Erfinidung ist deshalb so ausgebildet, daß der normale axiale Abstand zwischen der dem Zylinderkopf zugekehrten Seite der Scheibe und der Endfläche des Kolbenansatzes kleiner ist als der axiale Abstand zwischen dem Zylinderkopf und der Anschlagfläche des zweiten Anschlages, so daß bei Annäherung des Kolbens an den Zylinderkopf die Scheibe auf dem zweiten Anschlag anliegt, bevor der Kolbenansatz mit dem Zylinderkopf in Berührung kommt.

Die beiden Anschläge verhindern also, daß der Ring aus seinem Sitz gedrückt und die Scheibe verformt wird.

Trotzdem würden diese Anschläge in der Endlage des Kolbens allein nicht ausreichen, um zu verhindern, daß der Ring dem ganzen aus der Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes auf den Kolben herrührenden Druck ausgesetzt ist, der den Ring zerquetschen könnte.

Es können daher Mittel vorgesehen werden, die verhindern, daß der Ring diesem ganzen unmittelbar

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auf den Zylinderkopf übertragenen Druck ausgesetzt wird, so daß der Ring dann nur noch dem Flüssigkeitsdruck auf seine eigene Ringfläche ausgesetzt ist.

Nach einer vorzugsweisen Ausführungsfortn wird dies durch eine Anordnung der verschiedenen An-Schläge erreicht, die so ist, daß die Summe der Höhen des Ringkörpers, der Scherbe und der beiden Anschläge geringer ist als der Abstand, der die freie Fläche des Ringes von der Fläche des Kolbenansatzes trennt, die sich gegen den Zylinderkopf legen kann, derart, daß der auf den Kolben am Ende seines Hubes ausgeübte Flüssigkeitsdruck unmittelbar durch den Kolben und den Kolbenansatz auf den Zylinderkopf übertragen wird und der Ring mar dem auf seinen Querschnitt einwirkenden Druck unterworfen ist.

. Die Erfindung sei an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt eines Speichers mit einer erfindungsgetnäßen Gestaltung und

Fig. 2 einen Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform.

In Fig. 1 bedeutet 1 einen Ring aus verformbarem, elastischem Material, etwa aus synthetischem Gummi, der in einer in dem Kolben 16 vorgesehenen und auf der einen Seite von einer ebenen Schulter 5 und an der anderen Seite von einer zylindrischen Wand 7 begrenzten Aufnahme angeordnet ist. Der Ring 1 liegt mit seiner äußeren zylindrischen Fläche gegen die innere Wand des Zylinders 8. Der Ring wird in einem zusammengedrückten Zustand durch einen Ringkörper 2, dessen Radius etwas kleiner ist als der der Aufnahme, in der der Ring liegt, und der einen Flansch Za hat, in seinem Sitz gehalten. Der Ringkörper 2 wird mittels einer zwischen ihm und einer gegen einen Haltering 9 liegenden Scheibe 4 angeordneten Feder 3 in Richtung auf den Ring 1 gedrückt. Der Zylinderkopf auf der Gasseite ist mit 12 bezeichnet. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird an dem dem durch den Zylinderkopf 12 begrenzten Ende gegenüberliegenden Emde 15 des Zylinders zugeführt, so daß der Flüssigkeitsdruck auf die Fläche 10 des Kolbens 16 wirkt.

Wenn die Fläche 11 des Kolbenansatzes 6 gegen den Zylinderkopf 12 anliegt und der Flüssigkeitsdruck allmählich ansteigt, versucht die Flüssigkeit, zwischen dem Ring 1 und dem Boden 5 seines Sitzes einzudringen, den Ring aus seinem Sitz zu treiben und dabei die Feder 3 zusammenzudrücken. Erfindungsgemäß wird der Ring 1 entgegen diesem Druck mittels eines Anschlages zwischen dem Ringkörper 2 und der Scheibe 4 in seinem Sitz gehalten, wobei der Anschlag in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Form eines zylindrischen Fortsatzes 13 am Ringkörper 2 hat, der sich von dem eigentlichen Ringkörper 2 aus in Richtung auf den Zylinderkopf 12 erstreckt. Die der Scheibe 4 zugekehrt liegende Fläche des Fortsatzes 13 iat einen geringen, vorbestimmten Abstand von der Scheibe -4, so daß sie sich nach einer gewissen Ver-Schiebung gegen die Scheibe 4 legt.

Um zu verhindern, daß der Ring 1 aus seinem Sitz gedrückt wird, würde es an und für sich ausreichen, venn die Endfläche des zylindrischen Abschnittes 13 'on dem Ring 1 gegen die Scheibe 4 gedrückt würde. Tedoch würde dann eine Verformungder nur mit einer deinen zentralen ringförmigen Zone gegen den Halteing 9 liegenden Scheibe 4 eintreten können. Um diese /erformung zu vermekien, ist erfindungsgemäß ein weiter Anschlag vorgesehen, gegen den sich eine ringförmige Zone der Scheibe 4 legt, die der gegen den Anschlag 13 liegenden Zone auf ihrer anderen Seite entspricht. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist dieser Anschlag ein Rand 14 am Zylinderkopf 12.

Nun würde aber der Ring 1, wenn der Koliben auf seinem Weg in Richtung auf das Ende des Speichers nur durch die Anschläge 13 und 14 angehalten würde, den ganzen auf die Fläche 10 des Kolbens ausgeübten Druck auszuhalten haben und Gefahr laufen, zerquetscht zu werden. Um diese Gefahr auszuschalten, sollen die beiden Anschläge nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so angeordnet sein, daß sie gewisse Bedingungen erfüllen:

Wenn a die Höhe des Anschlages 14, b der Abstand zwischen der von der Feder 3 abgewandten Fläche derScheibe4 und der Fläche 11 des Kolbenansatzes 6, d die Dicke der Scheibe 4, e die Gesamthöhe des zylindrischen Abschnittes des Ringkörpers 2 und c der Abstand ist, der die gasseitige Fläche des Ringes 1 von der Fläche 11 des Kolbenansatzes 6 trennt, so muß a wenigstens gleich b sein, und die erste Bedingung lautet:

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, legt sich die Scheibe 4 gegen den Rand 14, bevor das Ende 11 des Kolbenansatzes 6 sich gegen den Zylinderkopf 12 legt, so daß eine Verformung der Scheibe 4 verhindert wird.

Um ein Zerquetschen des Ringes 1 zu vermeiden, genügt es, wenn eine zweite Bedingung, und zwar

c> a + d + e,

erfüllt wird.

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, stößt das Ende 11 des Kolbenansatzes 6 gegen den Zylinderkopf 12, bevor der Ring 1 unter Zwischenschaltung der Teile 13 und 4 (mit der Höhe e bzw. d) gegen den Rand 14 (mit der Höhe ß) angedrückt wird, was verhindert, daß er den ganzen Flüssigkeitsdruck aushalten muß und von diesem zerquetscht wird.

Tatsächlich wird der Ring also nur gegen den Rand 14 gedrückt, und zwar ausschließlich durch Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes gegen seine eigene Fläche, nachdem das Teil 2, 13 einen zusätzlichen Weg entgegen der Wirkung der Feder 3 zurückgelegt hat.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, in der der Anschlag 13 nicht mehr ein Fortsatz des Ringkörpers 2 in Richtung auf den Zylinderkopf 12, sondern ein zylindrischer Abschnitt 13 a ist, der einen Ansatz an der Scheibe 4 in Richtung auf den Ringkörper 2 bildet, während der Anschlag 14, der in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aus einem Rand des Zylinderkopfes 12 gebildet wurde, jetzt ein zylindrischer Abschnitt 14 a ist, der einen Ansatz an der Scheibe 4 in Richtung auf den Zylinderkopf 12 bildet. Für den in der obenerwähnten Patentschrift beschriebenen Kolben genügt es also, wenn statt der Scheibe 4 ein Rohr 13 c, 14 c mit einer inneren ringförmigen Schulter 4 vorgesehen wird. In ähnlicher Weise ist an dem Rohr 13a, 14a eine äußere Schulter 4a vorhanden, die die Berührungsfläche zwischen dem Rohr und der Zylinderwand 8 verkleinert, wobei diese Berührungsfläche bei der Führung des Kolbens im Zylinder mitwirkt.

Die Arbeitsbedingungen der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, die gleichzeitig verhindert, daß der Ring 1 aus seinem Sitz gedrückt oder zerquetscht

Claims

wird und die Scherbe 4 verformt wird, sind die gleichen wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Wenn der Kolbenansatz 6 gegen den Zylinderkopf gebracht wird, kommt erst eine Berührung zwischen der Fläche des Anschlages 14ο und dem Zylinderkopf 12 zustande, wonach die Fläche 11 des Kolbens den Zylinderkopf berührt, während die Feder 3 etwas zusammengedrückt wird. Der Ringkörper 2 liegt unter dem auf die Fläche des Ringes 1 ausgeübten Flüssigkeitsdruck gegen den Anschlag 13 ο an. Außerdem besteht der Ring 1 aus mehreren Ringen 1 α bis 1 d. Der Ring 1 b ist aus synthetischem Gummi mit verhältnismäßig geringer Härte und dient als eigentliche Dichtung. Die Ringe la und ic, die eine größere Härte haben und zu beiden Seiten des Ringes 1 b liegen, verhindern, daß das Material des Ringes 1 b •entweder in Richtung auf den Zylinderkopf 12, wenn der Kolben gegen diesen Zylinderkopf liegt und der Flüssigkeitsdruck mit maximaler Kraft auf die Dichtung einwirkt, oder in Richtung auf den Boden des Sitzes der Ringe, wenn der Kolben am Ende seines Hubes gegen den entgegengesetzten Zylinderkopf zu liegen kommt, fließt. Die Abdichtung wird also in beiden Endstellungen des Kolbens 16 ohne Verformung des Ringes 1 b bewirkt. Schließlich ist ein Ringle? aus Antifriktionsmetall im Boden der Nut angeordnet, damit der vorzugsweise aus hartem Stahl bestehende Kolben 16 den vorzugsweise aus Flußstahl bestehenden Zylinder 8 nicht kratzt. Auf diese Weise wird der Kolben durch den Ringld und den ringförmigen Ansatz 4 ο am Rohr 13 a geführt. Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil für den Antrieb hydraulisch betätigter Hochleistungs-, insbesondere Hochspannungsschalter verwenden. Daneben kommt ihre Anwendung unter anderem auch für hydraulisch wirkende Andrehvorrichtungen für Brennkraftmaschinen in Betracht. Patentansprüche:

1. Hydropneumatischer Energiespeicher, 'bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse und einem darin verschiebbaren und mit einem Ansatz versehenen Freikolben, der eine mit komprimiertem Gas gefüllte Kammer von einer Flüssigkeitskammer trennt und einen verformbaren, in einer Aufnahme am Umfang des Kolbens liegenden Dichtungsring hat, der ständig der Wirkung einer zwischen einer auf dem Kolbenansatz in Richtung auf den Dichtungsring beweglichen Scheibe und einem gegen die freie Fläche des Ringes anliegenden Ringkörper angeordneten Feder ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkörper (2) und der Scheibe (4) ein Anschlag (13) längsbeweglich angeordnet ist, der beim Anliegen

des Kolbenansatzes (6) an den gasseitigen Zylinderkopf (12) eine durch den Flüssigkeitsdruck bewirkte Verschiebung des Dichtungsringes (1) und somit des Ringkörpers begrenzt, während ein zweiter Anschlag (14) zwischen dem Zylinderkopf und der Scheibe so angeordnet ist, daß er beim Anliegen des Kolbenansatzes an den Zylinderkopf die Scheibe stützt.

2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der normale axiale Abstand (b) zwischen der dem Zylinderkopf (12) zugekehrten Seite der Scherbe (4) und der Endfläche

(11) des Kolbenansatzes (6) kleiner ist als der axiale Abstand (a) zwischen dem Zylinderkopf und der Anschlagfläche des zweiten Anschlages (14), so daß bei Annäherung des Kolbens an den Zylinderkopf die Scheibe auf dem zweiten Anschlag anliegt, bevor der Kolbenansatz mit dem Zylinderkopf in Berührung kommt.

3. Energiespeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Höhen des Ringkörpers (2), der Scheibe (4) und der beiden Anschläge (13, 14) geringer ist als der Abstand (c), der die freie Fläche des Ringes (1) von der Fläche (11) des Kolbenansatzes (6) trennt, die sich gegen den Zylinderkopf (12) legen kann, derart, daß der auf den Kolben am Ende seines Hubes ausgeübte Flüssigkeitsdruck unmittelbar durch den Kolben und den Kolbenansatz auf den Zylinderkopf übertragen wird und der Ring nur dem auf seinen Querschnitt einwirkenden Druck unterworfen ist.

4. Energiespeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag (13) aus einem zylindrischen Körper besteht, der eine Verlängerung des Ringkörpers in Richtung auf die Scheibe (4) ist, während der zweite Anschlag (14) aus einem vorgezogenen Rand am Zylinderkopf

(12) besteht.

5. Energiespeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag ein an der Scheibe (4) vorhandener, sich von der Scheibe in Richtung auf den Ringkörper (2) erstreckender zylindrischer Körper (13 a) ist, während der zweite Anschlag ein an der gleichen Scheibe vorhandener, sich in Richtung auf den Zylinderkopf (12) erstreckender zylindrischer Körper (14 a) ist.

6. Energiespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anschläge bildenden zylindrischen Körper (13 a, 14a) eine äußere Schulter (4 a) haben, die die Führung des Kolbenansatzes (6) im Zylinder (8) über eine verminderte Anlagefläche bewirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 887 132.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen