DE19740150A1 - Kolbenspeicher mit Tiefenfiltrationsdichtung - Google Patents

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.