DE2019407B2 - Trennkolben fuer hydropneumatische Energiespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trennkolben für einen hydropneumatischen Druckspeicher, bestehend aus zwei koaxial zueinander angeordneten Teilen, die zwischen sich eine ringförmige Dichtung unter Vorspannung einschließen, von denen das erste Kolbenteil zwei den Arbeitsräumen des Speichers zugewandte Stirnflächen aufweist, wobei dessen eine Stirnfläche den Querschnitt des Speicherbehälters voll ausfüllt, während dessen andere Stirnfläche diesen nicht wesentlich unterschreitet, und das zweite Kolbenteil vom Medium des der kleineren Stirnfläche des ersten Kolbenteils benachbarten Arbeitsraumes auf einer der Differenz der Stirnflächen des ersten Kolbenteils entsprechende Druckfläche beaufschlagt ist.

Ein bekannter Trennkolben dieser genannten Art nach der DT-PS 8 87 132 ist so angeordnet, daß die den Querschnitt voll ausfüllende Srirnfiächt des Kolbens dem ölraum zugewandt ist. während d^:-c andere, den Querschnitt nicht voll ausfüllende Stirnfläche des Kolbens dem Gasraum zugewandt ist Die Dichtungspressung wird bei diesem Trennkolben mechanisch durch eine Manschette bewirkt, die über eine Druckfeder angedrückt gehalten ist.

Bei Druckänderungen im ölraum wird der Kolben nachgeführt, wobei die mechanische Dichtungspressung eine ausreichende Abdichtung gewährleistet Bei sehr schnellen, schlagartigen Druckentlastungen im ölraum vermag jedoch die Feder allein die Nachführung der Anpreßmanschette nicht mit ausreichender Sicherheit zu bewirken. In diesem Fall tritt eine Verminderung der Flächenpressung der Dichtung ein, so daß eine einwandfreie Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung Hegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für hydropneumatische Druckspeicher so auszubilden, daß bei durch den Betrieb bedingten Druckdifferenzen Ajas : Pöl > 1 die der Gasseite zugewandte Kolbendichtung eine verstärkte Anpressung an die Behälterwand erfährt.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung vor, daß die den ganzen Behälterquerschnitt ausfüllende Stirnfläche des ersten Kolbenteils dem Gasraum zugewandt ist und daß das zweite Kolbenteil einen Bund aufweist der bei einer Lagerung des Speichers ohne Flüssigkeitsdruck, jedoch mit vorgespannter Gasfüllung am Speicherboden anliegt.

Diese Merkmale ermöglichen nicht nur eine höhere Flächenpressung der Dichtung bei plötzlicher Druckabnahme im ölraum, sondern auch dann, wenn der Öldruck im entladenen Zustand des Druckspeichers praktisch NULL ist.

Es ist zwar auch schon aus der DT-AS 11 16 950 ein Trennkolben bekannt, bei dem die den ganzen Behälterquerschnitt ausfüllende Stirnseite eines Trennkolbens dem Gasraum zugewandt ist. Bei diesem bekannten Trennkolben ist jedoch zwischen einer ersten und einer zweiten Dichtung ein Ringraum angeordnet, der ein Überströmen von Medien aus dem einen Druckraum in den anderen verhindern soll. Diese Anordnung bedingt jedoch wegen des vorgesehenen Ringraumes im Augenblick einer schlagartigen Druckentlastung im ölraum keine erhöhte Dichtungspressung. Diese Dichtungspressung ist vielmehr allein von dem Druck in diesem genannten Ringraum abhängig bzw. verringert sich sogar bei schlagartiger Druckentlastung. Bei einem weiteren Beispiel aus der DT-AS 11 16 950 liegen die beiden Teile des Trennkolbens am flüssigkeitsseitigen Anschlag des Druckspeichers an, wenn der Öldruck gegen NULL geht, und der Ringraum verhindert auch dann eine erhöhte Dichtungspressung, weil beide Dichtungen in diesem Zustand mechanisch entlastet sind. Es ist deshalb von Bedeutung, daß die Dichtungen nicht allein mechanisch durch Federn od. dgl. eingespannt werden. Die Erfindung zeigt die Möglichkeit auf, eine Beaufschlagung der Dichtungen durch den jeweils höher belasteten Druckraum zu gewährleisten. In der letztgenannten bekannten Druckschrift ist dieses Problem nicht angesprochen.

Zur Anwendung der Erfindung bei einem Trennkolben, der in an sich bekannter Weise mit einer mit Trennmittel gefüllten Kammer versehen ist, ist vorgesehen, daß eine Verbindungsbohrung zwischen der Lösungs- oder Trennmittelkammer und dem Ringraum der vorgespannten Dichtung vorhanden ist und das zweite Kolbenteil eine weitere Dichtung aufweist.

Um auch bei mehrteiligen Dichtungen die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen, ist vorzusehen, daß mindestens einer der Dichtungsteile als Stützring ausgebildet ist.

Die beiden Koibenteile eims erfindungsgemäßen Trennkolbens können in an sich bekannter Weise mittels einer Feder miteinander verspannt sein. In diesem Fall ist zweckmäßig vorgesehen, daß die zwischen den Kolbenteilen angeordnete Dichtung unter der Vorspannung dieser Feder steht. Selbstverständlich kann die genannte Dichtung auch unter Eigenspannung an der Speicherwandung gehalten sein.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale sichert auf jeden Fall auch bei Auftreten von Druckschwingungen und bei der Lagerung des Speichers mit drucklosem Flüssigkeitsraum eine erhöhte Flächenpressung der Dichtung.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

A b b. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt und

A b b. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt.

In A b b. 1 ist mit 1 ein Teilstück des Druckbehälters eines hydropneumatischen Energiespeichers dargestellt, zwischen dessen Druckflüssigkeitsseite 2 und se-ner Druckgasseite 3 ein Trennkolben 4 dichtend und in Axialrichtung beweglich eingesetzt ist. Der Körper des Trennkolbens 4 besteht aus einer druckflüssigkeitsseitigen Hälfte 5 und einer druckgasseitigen Hälfte 6, wobei zwischen beiden Hälften 5,6 eine Dichtung 7 angeordnet ist. Die Dichtung 7 setzt sich beispielsweise zusammen aus einem großvolumigen elastischen oder plastischen Ringkörper Ta, zwei druckfesten Stützringen Tb, Tc und einem eigentlichen Dichtring Td, wobei wenigstens einer der Ringe Tb, Tc, Td oder ein zwischen diesen Ringen angeordneter, nicht dargestellter Zwischenring aus einem Werkstoff mit inkorporiertem Trockenschmier- oder Gleitmittel bestehen kann.

Die druckgasseitige Hälfte 6 des Trennkolbens 4 weist druckflüssigkeitsseitig einen Ansatz 8 auf, an dessen äußerem Ende ein Sprengring 9 sowie eine Anschlagscheibe 10 angeordnet sind.

Zwischen einer Schulter 11 der drut kflüssigkeitsseitigen Kolbenhilfte 5 und der Anschlagscneibe 10 ist eine weitere Anschlagscheibe 12 sowie eine Druckfeder 13 eingespannt. Die druckflüssigkeitsseitige Kolbenhälfte

5 des Trennkolbens 4 besitzt einen Bund 14, dessen Anschlagfläche 15 bei völliger Verschiebung des Trennkolbens 4 in Richtung Druckflüssigkeitssieite 2 an einer nicht dargestellten Begrenzung des Druckbehälters 1 zur Anlage kommt.

Der Bund 14 der druckflüssigkeitsseitigen Kolbenhälfte 5 des Trennkolbens 4 trägt eine Abstreifeinrichtung 16, deren Abstreiflippe 17 an der Wandung des Druckbehälters 1 anliegt und in die Richtung der Druckflüssigkeitsseite 2 des hydropneumatischen Energiespeichers weist.

Die Dichtung 7 ist an der Trennfuge 18 zwischen den beiden Kolbenhälften 5,6 mittels eines Ringes 19 abgestützt. Innerhalb der druckflüssigkeitsseitigen Trennkolbenhälfte 5 bzw. der druckgasseitigen Kolbenhälfte

6 ist ein Druckausgleichskanal 20 bzw. 21 vorgesehen, so daß die der Druckflüssigkeitsseite 2 des hydropneumatischen Energiespeicher zugewandte Stirnfläche 22 der gasseitigen Kolbenhälfte 6 mit Ausnahme ihrer von der Dichtung 7 beaufschlagten Fläche 23 unmittelbar und völlig von dem jeweiligen Druck der Druckflüssigkeitsseite 2 des Energiespeichers beaufschlagt wird.

Eine mit einem Lösungsmittel für die Betriebsflüssigkeit des Energiespeiche-s oder mit einem anderen Trennmittel angefüllte Kammer 24 ist in den Trennkolben 24 eingearbeitet und wird nach außen begrenzt durch die Wandung des Druckbehälters i sowie abgedichtet mittels der Dichxungen / und 25. Zwischen der Kammer 24 und dem Ringraum der Dichtung 7 erstreckt sich eine Verbindungsbohrung 26.

In A b b. 2 wurden für die entsprechenden Bauelemente gleiche Bezeichnungen wie in A b b. 1 gewählt, so daß sich eine detaillierte Beschreibung der A b b. 2 erübrigt

Die Funktion des Erfindungsgegenstandes wird an Hand der A b b. 1 und A b b. 2 erläutert:

Während des Betriebes eines hydropneumatischen Energiespeichers herrscht bei Vernachlässigung der Reibung des TrennkoJbens 4 und bei langsamer und zü giger Volumenänderung auf der Flüssigkeitsseite 2 des Speichers auf beiden Seiten des Trennkolbens 4, d. h. in den Speicherseiten 2 und 3 der gleiche Druck. Die Dichtung 7 wird wegen der Vorspannung der Druckfeder 13 ständig mit einer über dem jeweiligen Betriebsdruck liegenden Pressung an die Wandung des Druckbehälters 1 angepreßt. Der über dem Betriebsdruck liegende Pressungsanteil kann relativ gering sein, da kein nennenswerter Differenzdruck zwischen den Behälterseiten 2 und 3 bzw. zwischen der Kammer 24 und der Druckgasseite 3 auftritt.

Bei einer plötzlichen, stoßartigen Entnahme von Flüssigkeit aus der Druckflüssigkeitsseite 2 des Speichers entsteht auf Grund der Trägheit des Trennkolbens 4 sowie der Reibung der Dichtung 7 ein Differenzdruck zwischen den Seiten 2 und 3 des Speichers, wobei der höhere Druck in der Druckgasseite 3 ansteht und der Trennkolben 4 in Richtung der Druckflüssigkeitsseite 2 beschleunigt wird. Wegen der direkten gasseitigen Druckbeaufschlagung der Kolbenhälfte 6 und der unmittelbaren flüssigkeitsseitigen Druckbeaufschlagung der größtmöglichen Fläche (gesamte Fläche 22 abzüglich Fläche 23) dieser die Dichtung 7 gasseitig abstützenden Kolbenhälfte 6 über den Druckausgleichskanal 20,21 ergibt sich hier eine hohe Beschleunigungskraft, die ihrerseits wiederum zu einer höheren Pressung in der Dichtung 7 führt, da während der Beschleunigung anfänglich eine entsprechend höhere Dichtungsreibung überwunden werden muß und auch die Dichtung 7 selbst beschleunigt wird. Diese höhere Pressung ist um so größer, je höher der Differenzdruck zwischen den Seiten 2 und 3 des Speichers und damit auch je höher die jeweilige Beschleunigung des Trennkolbens 4 in Richtung Druckflüssigkeitsseite 2 des Speichers ist.

Auf diese Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Trennkolben erreicht, daß sich die Pressung der Dichtung 7 selbsttätig an den jeweiligen Differenzdruck anpaßt und damit beim Betrieb eines solchen Speichers unabhängig von der Art der Flüssigkeitsentnahme eine einwandfreie Abdichtung bei geringstmöglicher Reibung des Trennkolbens 4 ergibt.

Wird bei einem Speicher mit einem Trennkolben nach A b b. 1 oder A b b. 2 der Druck auf der Flüssigkeitsseite 2 abgelassen und auf der Gasseite 3 beibehalten, so verschiebt sich der Trennkolben 4 völlig in Richtung der Druckflüssigkeitsseite 2 des Speichers und der Bund 14 legt sich mit seiner Anschiagfläche 15 an den nicht dargestellten Speicherboden bzw. an eine ebenfalls nicht dargestellte Begrenzung des Druckbehälters

1 an. Bei diesem Speicherzustand ist die größtmögliche, der Druckflüssigkeitsseite 2 des Speichers zugewandte Fläche (gesamte Fläche 22 abzüglich Fläche 23) der die Dichtung gasseitig abstützenden Kolbenhälfte 6 nicht abgestützt. Da die auf die Dichtungspressung einwirkende Vorspannung der Druckfeder 13 sowie die gasseitige Druckbeaufschlagung der Kolbenhälfte 6 erhalten bleibt und die druckmittelseitige Abstützung der Kolbenhälfte 6 nur auf der von der Dichtung 7 beaufschlagten Fläche 23 erfolgt, ergibt sich bei diesem Speicherzustand eine extrem hohe Pressung der Dichtung 7, so daß selbst eine hohe Gasvorspannung in der Druckgasseite 3 über lange Zeit sicher abgedichtet wird.

Die in Richtung Druckflüssigkeitsseite 2 des Energie-Speichers weisende Ahstreiflippe 17 der Abstreifeinrichtung 16 streift bei jeder Bewegung des Trennkolbens 4 in Richtung der Druckflüssigkeitsseite 2 die aus der Hydraulik-Anlage stammenden Fremdkörper von der entsprechenden Wandung des Druckbehälters 1 ab, bevor solche Fremdkörper zwischen Behälterwandung und Trennkolben 4 eingeklemmt werden und zu Riefenbildung und Dichtungsverschleiß führen können.

Ist bei einem Trennkolben nach A b b. 1 die Kammer 24 bei der Montage oder auf Grund sonstiger Umstände völlig mit einem Lösungsmittel für die Betriebsflüssigkeit oder einem anderen Trennmittel gefüllt worden, so erfolgt bei der betriebsmäßigen Erwärmung des Speichers eine Druckerhöhung in der Kammer 24. Der Druck in der Kammer 24 kann je nach Umständen und Füllungsgrad über den jeweiligen Druck in den Druckseiten 2 bzw. 3 ansteigen, da die Kammer 24 mittels der Dichtungen 7 und 25 von den Druckseiten 2, 3 abge trennt ist. Die entsprechend A b b. 1 vorgesehene Ver bindungsbohrung 26 bewirkt eine unmittelbare Druck beaufschlagung des Ringes 19 und damit auch der Dich tung 7 mit dem Druck der Kammer 24.

Übersteigt nun der Druck in der Kammer 24 dei jeweiligen Betriebsdruck in den Seiten 2 und 3 um ein« bestimmte, konstruktiv festgelegte Größe, so wird di< druckgasseitige Hälfte 6 des Trennkolbens 4 relativ zi der entsprechenden druckflüssigkeitsseitigen Hälfte ί auf Grund des übermäßigen Druckes in der Kammer 2' und der damit zusammenhängenden erhöhten Pressung in der Dichtung 7 entgegen der Kraft der Druckfedei 13 in Richtung der Druckgasseite 3 verschoben. Hierbe kann der übermäßige Druck aus der Kammer 24 übei die Verbindungsbohrung 26, die Trennfuge 18 und der Druckausgleichskanal 20,21 in die Druckflüssigkeitssei te 2 des hydropneumatischen Energiespeichers entwei chen, wodurch ein Blockieren des Trennkolbens 4 we gen in bezug auf den jeweiligen Betriebsdruck über höhten Druck in der Kammer 24 und damit verbünde ner überhöhter Pressung der Dichtungen 7 und 25 si eher verhindert wird.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die Aus führungsbeispiele entsprechend A b b. 1 und A b b. 2 insbesondere kann auch die mit einem Lösungs- odei Trennmittel angefüllte Kammer 24 von zwei Dichtun gen (ähnlich Dichtung 7) begrenzt sein, wobei beispiels weise beide Dichtungen durch Federkraft und vom je weiligen Druck der Druckgasseite des hydropneumati sehen Energiespeichers beaufschlagt sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Trennkolben für einen hydropneumatischen Druckspeicher, bestehend aus zwei koaxial zueinander angeordneten Teilen, die zwischen sich eine ringförmige Dichtung unter Vorspannung einschließen, von denen das erste Kolbenteil zwei den Arbeitsräumen des Speichers zugewandte Stirnflächen aufweist, wobei dessen eine Stirnfläche den Querschnitt des Speicherbehälters voll ausfüllt, während dessen andere Stirnfläche diesen nicht wesentlich unterschreitet, und das zweite Kolbenteil vom Medium des der kleineren Stirnfläche des ersten Kolbenteils benachbarten Arbeitsraumes auf einer der Differenz der Stirnflächen des ersten Kolbenteils entsprechenden Druckfläche beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den ganzen Behälterquerschnitt ausfüllende Stirnfläche (6a) des ersten Kolbenteils (6) dem Gasraum (3) zugewandt ist und daß das zweite Kolbenteil (5) einen Bund (14) aufweist, der bei einer Lagerung des Speichers ohne Flüssigkeitsdruck, jedoch mit vorgespannter Gasfüllung am Speicherboden anliegt.

2. Trennkolben nach Anspruch 1 mit einer Kammer, die mit einem Trennmittel gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsbohrung (26) zwischen der Lösungs- oder Trennmittelkammer (24) und dem Ringraum der vorgespannten Dichtung (7) vorgesehen ist und das zweite Kolbenteil (5) eine weitere Dichtung (25, Ϊ6) aufweist.

3 Trennkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kolbenteilen (5,6) angeordnete Dichtung (7) aus mehreren Teilen (7a. 7b, 7c) besteht, von denen mindestens einer als Stützring (7b, 7c; 19) ausgebildet ist.

4. Trennkolben nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide KoI-beniieile (5, 6) mittels einer Feder (13) miteinander verspannt sind.

5. Trennkolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kolbenteilen angeordnete Dichtung (7) unter der Vorspannung der Feder (13) steht.

6. Trennkolben nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (7) unter Eigenspannung an der Speicherwandung (1) angedrückt gehalten ist.