DE19740150A1 - Kolbenspeicher mit Tiefenfiltrationsdichtung - Google Patents
Kolbenspeicher mit TiefenfiltrationsdichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher mit einem innerhalb eines Spei
chergehäuses längsverfahrbaren Trennkolben, der eine Fluidseite des Speichers
von seiner Gasseite über eine Dichteinrichtung dichtend trennt.
Dahingehende Kolbenspeicher sind in einer Vielzahl von Bauarten bekannt.
Die wesentlichen Bestandteile eines Kolbenspeichers sind das äußere, das
Speichergehäuse bildende Zylinderrohr, weshalb die Kolbenspeicher auch mit
Zylinderspeicher bezeichnet sind, der Trennkolben mit dem Dichtungssystem
in Form an seinem Außenumfang angebrachter Dichtungsringe sowie die
stirnseitigen Verschlußdeckel, die gleichzeitig auch den Flüssigkeits- bzw.
Gasanschluß beinhalten. Dem Speichergehäuse kommen dabei im wesentli
chen zwei Aufgaben zu; zum einen dient es der Aufnahme des inneren Druc
kes und zum anderen bewirkt es die Führung des Trennkolbens, der das Trenn
element zwischen Gas- und Fluidseite darstellt.
An den Einsatz von dahingehenden Zylinder- oder Kolbenspeichern werden
hohe Anforderungen an die Funktionstüchtigkeit gestellt, und zwar über weite
Temperaturbereiche, beispielsweise zwischen -40°C bis + 150°C. Es hat sich
nun in Prüfstandsversuchen gezeigt, daß dahingehende Speicher hinsichtlich
des Langzeitverhaltens nicht zufriedenstellend funktionieren, da bei bekannten
Speichern häufig Gas zur Öl- oder Fluidseite hin entweicht, wenn auf der
Fluidseite kein Druck ansteht.
Es hat sich insbesondere in der Praxis und bei Versuchen gezeigt, daß beim
Einsatz dahingehender Kolbenspeicher in Verwendungsbereichen, wo auf der
Fluidseite eine Verschmutzung entsteht, beispielsweise in Form von Metallparti
keln, wie er bei Getriebekonstruktionen grundsätzlich auftritt, die Dichtungen
insbesondere in Form von Elastomerdichtungen des Dichtsystemes zerstört
werden, so daß es insgesamt zu deren Undichtigkeit kommt und zu einem
Unbrauchbarwerden des gesamten Speichers und damit eventuell in Verbin
dung stehender hydraulischer Systeme und Einrichtungen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Kolbenspeicher zu schaffen, der auch unter Extrembedingun
gen bei langen Einsatzzeiten und bei Auftreten von Verschmutzung im Be
triebsmedium seine Dichtigkeit behält und sicherstellt, daß in keinem Betriebs
zustand Gas zur Fluidseite hin entweichen kann. Eine dahingehende Aufgabe
löst ein Kolbenspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Dicht
einrichtung ein Trennmittel mit Tiefenfiltrationseigenschaften aufweist, werden
auftretende Verschmutzungen, insbesondere in Form der Metallpartikel, vor
den eigentlichen Dichteinrichtungen quasi aus dem Fluid ausgefiltert, so daß
die Dichtungen hiervon nicht mehr betroffen sind und durch den Tiefenfilter
gereinigtes Fluid ohne Beeinträchtigung gegenüber der Gasseite des Speichers
abdichten können. Die Schmutzaufnahmekapazität des Filtermediums wird
nicht erschöpft, da das Öl, das zwischen Tiefenfilter und Elastomerdichtung
gelangt, nicht ausgetauscht wird. Das Filter hat Langzeitwirkung.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Kolbenspeichers besteht
das Trennmittel aus einem Filz, insbesondere in Form mindestens eines Filzrin
ges. Filz steht hierbei im Sinne der Erfindung für ein verdichtetes Gelege mit
regelloser Anordnung von Fasern, insbesondere von Natur- und Chemiefasern.
Es kann sowohl Nadelfilz als auch Walkfilz eingesetzt werden, bei dem die
Anfangswatte ähnliche Faserschicht mittels Filznadeln mit Widerhaken ver
schlungen wird bzw. bei dem Faservliese durch Druck und Bewegung unter
Wärme und Feuchtigkeit verfestigt werden. Des weiteren können Webfilzmate
rialien eingesetzt werden aus gewebten, gewalkten und verfilzten Stoffen.
Vorzugsweise wird das Filzmaterial derart gewählt, daß eine gute Filtration und
insbesondere Tiefenfiltrationseigenschaft wie vorstehend angegeben gewähr
leistet ist. Das Trennmittel stellt dem Grunde nach also eine Art Filtrationsmedi
um dar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kolbenspeichers ist das Trennmittel mit Tiefenfiltrationseigenschaft als Teil der
Dichteinrichtung zur Fluidseite hin zuletzt angeordnet und die sonstigen Teile
der Dichteinrichtung in Richtung der Gasseite sind außenumfangsseitig am
Trennkolben angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Filzring optimal
die Lebensdauer der Dichtungen verlängern kann.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kolbenspeichers ist auf der Gasseite des Speichers ein zweiter Trennkolben
angeordnet, wobei ein zwischen den beiden Trennkolben angeordneter Zwi
schenraum mit einem Dichtmedium befüllt ist, das unter der Einwirkung der
beiden Trennkolben vorgespannt ist, die über einen Kraftspeicher aufeinander
zu bewegbar sind. Hierdurch ist eine Art variabler zweiteiliger Trennkolben
gegeben mit einer dazwischenliegenden Gasbarriere, die verhindert, daß die
kleinen Gasmoleküle bei entspannter Ölseite nicht durch das ansonsten dichte
Dichtungssystem in Form der außenumfangsseitig angeordneten Dichtringe der
Trennkolben kriechen können, was langfristig die Funktionssicherheit des
Kolbenspeichers beeinträchtigen würde.
Der in dem Zwischenraum entstehende Druck des Dichtmediums über den
Kraftspeicher, der auf die beiden über diesen Kraftspeicher zwangsgekoppelten
Trennkolben einwirkt, ist derart gewählt, daß er immer höher ist als ein im
Betrieb erreichbarer Druck auf der Gas- oder Fluidseite. Somit spielt der Be
triebszustand des Kolbenspeichers für die Dichteinrichtung keine Rolle, da die
kritische Gasdichtung immer unter einem der Vorspannung des Kraftspeichers
entsprechenden Druck steht. Ein Gasverlust auf der Gasseite des Speichers ist
damit ausgeschlossen, solange das Dichtmedium in dem Zwischenraum zwi
schen den beiden Trennkolben und über diese vorgespannt vorhanden ist,
wobei die eigentlichen Dichtungen vor Beschädigungen durch das Dichtmittel
mit der Tiefenfiltrationseigenschaft geschützt sind und somit ein derart effekti
ves Gesamt-Dichtsystem realisiert ist, das allen Anforderungen gerecht wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Kolbenspeicher anhand der Zeich
nung näher erläutert.
Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig. 1 einen Längsausschnitt des Kolbenspeichers;
Fig. 2 eine geänderte Ausführungsform des Kolbenspeichers nach der
Fig. 1.
Der Kolbenspeicher nach der Fig. 1 weist einen innerhalb eines Speichergehäu
ses 10 längsverfahrbaren ersten Trennkolben 12 auf, der eine Fluidseite oder
Ölseite 14 von einer Gasseite 16 trennt. Das Speichergehäuse 10 ist zylindrisch
ausgebildet, wobei die endseitigen Verschlußdeckel mit dem Gas- oder Flüssig
keitsanschluß der einfacheren Darstellung wegen in der Figur weggelassen sind.
Die Befüllung auf der Gasseite 16 erfolgt in der Regel mit Stickstoff als Arbeits
gas und auf der Fluidseite 14 ist Hydrauliköl bevorratet. Damit zwischen diesen
beiden angesprochenen Druckräumen ein möglichst ausgeglichenes Druckni
veau vorliegt, besteht grundsätzlich die Forderung, daß die Reibung zwischen
der als Ganzes mit 18 bezeichneten Dichteinrichtung und der Innenwand des
Speichergehäuses 10 während der Kolbenbewegung sehr klein ist. Aus diesem
Grunde ist in der Regel die Oberfläche auf der Innenseite des Zylinderrohres,
das das Speichergehäuse 10 bildet, feinstbearbeitet.
Das konventionelle Dichtungssystem des Speichers besteht aus üblichen Ring-
oder O-Ring-Dichtungen 20, die in Außenumfangsnuten 22 außenumfangsseitig
in dem Trennkolben 12 eingelassen sind. Des weiteren weist die Dichteinrich
tung 18 ein Trennmittel 24 mit Tiefenfiltrationseigenschaft auf, das ebenfalls in
einer Außenumfangsnut 22 des Trennkolbens 12 aufgenommen ist. Das Trenn
mittel 24 besteht dabei aus einem Filz, insbesondere in Form eines Filzringes.
Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, ist das Trennmittel 24 mit der Tiefenfiltra
tionseigenschaft als Teil der Dichteinrichtung 18 zur Fluidseite 14 hin zuletzt
angeordnet und die sonstigen bereits angesprochenen Teile der Dichteinrich
tung 18 in Form der Ringdichtungen 20 sind in Richtung der Gasseite 16 und
von der Fluidseite 14 weg außenumfangsseitig am Trennkolben 12 angeordnet.
Zwischen den beiden Dichtringen 20 ist längs des Trennkolbens 12 ein Füh
rungsband 26 in üblicher Bauart angeordnet, das der einfacheren Darstellung
wegen nicht gezeigt ist, das aber ebenfalls von einer Außenumfangsnut 22 des
Trennkolbens 12 aufgenommen ist. Der Trennkolben 12 ist in der Art eines
zylindrischen Kolbens mit mittiger zylindrischer Innenausnehmung 28 ausge
bildet, die sich zur Gasseite 16 hin öffnet und einen Teil derselben darstellt.
Die weitere Ausführungsform eines Kolbenspeichers nach der Fig. 2 wird im
folgenden nur noch insofern erläutert, als sie sich wesentlich von der Ausfüh
rungsform nach der Fig. 1 unterscheidet, wobei für dieselben Bauteile dieselben
Bezugsziffern verwendet werden, so daß insofern getroffene Ausführungen auch
auf die nachfolgende Ausführungsform zutreffen.
In Richtung der Gasseite 16 des Speichers ist gemäß der Ausführungsform nach
der Fig. 2 neben dem ersten Trennkolben 12 ein weiterer zweiter Trennkolben
30 angeordnet, wobei ein zwischen diesen beiden Trennkolben 12, 30 angeord
neter Zwischenraum 32 mit einem Dichtmedium befüllbar ist.
Das Dichtmedium, das in der Regel ein hochviskoses Öl ist, ist unter der
Einwirkung der beiden Trennkolben 12, 30 vorgespannt, die über einen Kraft
speicher 34 aufeinander zu bewegbar gehalten sind. Die beiden Trennkolben
12, 30 sind von einer Verbindungsstange 36 durchgriffen und als Kraftspeicher
34 ist eine Druckfeder vorgesehen, die sich mit einem Ende am Boden 38
innerhalb der Innenausnehmung 28 des ersten Trennkolbens 12 abstützt und
mit dem anderen Ende stützt sich die Druckfeder an einer festliegenden ringför
migen Halteplatte 40 am oberen freien Ende der Verbindungsstange 36 ab. Das
Dichtmedium kann auch aus einem Trenngas bestehen oder aus einem Arbeits
fluid, wie es auf der Fluidseite 14 eingesetzt ist.
An den Stellen des Durchgriffes der Verbindungsstange 36 weisen die beiden
Trennkolben 12, 30 jeweils eine Ringnut 42 auf, die der Aufnahme zweier nicht
näher dargestellter Dichtringe dienen, um den Zwischenraum 32 gegenüber der
Fluidseite 14 sowie der Gasseite 16 im Innenbereich abzudichten. Die Verbin
dungsstange 36 ist, soweit sie die Druckfeder durchgreift, mit dieser in der
Innenausnehmung 28 des ersten Trennkolbens 12 mittig geführt. Das dem
ersten Trennkolben 12 abgewandte Ende der Verbindungsstange 28 ist dem
gegenüber fest mit dem zweiten Trennkolben 30 verbunden.
Als Zuführleitung 44 ist am Boden 38 der Innenausnehmung 28 des ersten
Trennkolbens 12 ein Längskanal angeordnet, der parallel zu der Längsachse der
Verbindungsstange 36 verläuft. Die Zuführleitung 44 weist im Bereich des
Bodens 38 einen Abschmiernippel 46 auf, über den sowie über die Zuführ
leitung 44 das hochviskose Dichtmedium in den Zwischenraum 32 einpreßbar
ist. Der Einpreßdruck ist dabei derart gewählt, daß der in dem Zwischenraum
32 entstehende Öldruck hervorgerufen durch die Vorspannung der gegenein
ander verspannten Trennkolben 12, 30 höher ist als ein im Betrieb dieses
Kolbenspeichers erreichbarer Druck auf der Gasseite 16 oder der Fluidseite 14.
Mit der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung ist eine wirksame Dichtvorrichtung
gegeben, die auch über lange Zeiträume hinweg verhindert, daß Gas zur
Ölseite hin entweichen kann, was ansonsten zu einem Funktionsverlust des
Speichers führt. Diese hochdichtende Anordnung wird noch dadurch unter
stützt, daß, wie bei der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform, in Richtung
zur Fluidseite 14 hin zuletzt außenumfangsseitig am ersten Trennkolben 12 der
Filzring 24 angeordnet ist. Sämtliche vorbeschriebenen Dichtungsteile können
auch kombiniert eingesetzt werden und sowohl übereinander als auch hinter
einander Mehrfachanordnungen aufweisen.
Aufgrund der Tiefenfiltrationswirkung des Filzes ist jedenfalls auch bei er
schwerten Einsatzbedingungen im Getriebebereich eine funktionssichere Be
triebsweise des Speichers auch über lange Betriebszeiten hinweg sicher er
reicht.
Claims (8)
1. Kolbenspeicher mit einem innerhalb eines Speichergehäuses (10) längs
verfahrbaren Trennkolben (12), der eine Fluidseite (14) des Speichers von
seiner Gasseite (16) über eine Dichteinrichtung (18) dichtend trennt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (18) ein Trennmittel
(24) mit Tiefenfiltrationseigenschaft aufweist.
2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Trennmittel (24) aus einem Filz, insbesondere in Form mindestens eines
Filzringes, besteht.
3. Kolbenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trennmittel (24) mit der Tiefenfiltrationseigenschaft als Teil der Dicht
einrichtung (18) zur Fluidseite (14) hin zuletzt angeordnet ist und die
sonstigen Teile der Dichteinrichtung (18) in Richtung der Gasseite (16)
außenumfangsseitig am Trennkolben (12) angeordnet sind.
4. Kolbenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die son
stigen Teile der Dichteinrichtung (18) aus Gummi- oder Elastomerdichtun
gen (20) gebildet sind und daß zwischen den Dichtringen (20) längs des
Trennkolbens (12) ein Führungsband (26) angeordnet ist, das die Längs
führung des Trennkolbens (12) innerhalb des Speichergehäuses (10)
unterstützt.
5. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der Gasseite (16) des Speichers ein zweiter Trennkolben
(30) angeordnet ist und daß ein zwischen den beiden Trennkolben (12, 30)
angeordneter Zwischenraum (32) mit einem Dichtmedium befüllt ist, das
unter der Einwirkung der beiden Trennkolben (12, 30) vorgespannt ist, die
über einen Kraftspeicher (34) aufeinander zu bewegbar sind.
6. Kolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß minde
stens einer der Trennkolben (12) eine Zuführleitung und Entgasungsboh
rung (44) für das Dichtmedium aufweist, die in den Zwischenraum (32)
mündet.
7. Kolbenspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Trennkolben (12, 30) von einer Verbindungsstange (36) durch
griffen sind und daß als Kraftspeicher (34) eine Druckfeder vorgesehen ist,
die sich mit einem Ende an dem ersten Trennkolben (12) und mit dem
anderen Ende an der Verbindungsstange (36) abstützt.
8. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Dichtmedium ein hochviskoses Öl ist, das Betriebsme
dium oder Gas ist.
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