DE2222416C3 - Dichtungsanordnung für den Kolben eines hydropneumatischen Speichers - Google Patents

Description

beitsmedium trennt und eine beim Aufsitzen des g]_ms möglich ist.

Kolbens auf dem Boden der Flüssigkeitsseite .

wirksame Bodendichtung vorgesehen ist, da- 10 Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, die Rei-

durchgekennzeichnet, daßdie Kolben- bung einer Kolbendichtung möglichst klein zu machen

dichtung (14, 15; Ua, ISa) eine an sich be- und den bei den meisten Kolbenspeichern vorhande-

kannte Ringkombination aus einem vorzugsweise nen Öltransport in den Gasraum auf ein Minimum

aus PTFE bestehenden Dichtungsring (14, 14 α) zu beschränken.

und einem Elastomer-Andrückring (15, 15 a) ist. 15 Zur Lösung dieser Aufgabe wurde erfindungs-

daß der Dichtungsring so geformt ist, daß die gemäß ein Dichtungswerkstoff mit sehr kleiner Rei-

größte Anpressung an die Zylinderwand an des- bung und einer besonders ausgebildeten Anpreßzone

sen axialen Außenkanten erfolgt und daß der des Dichtringes angewandt, die alle bislang an KoI-

Kolben (1) eine unmittelbar neben einem an sich benspeichern auftretenden Nachteile vermeidet und

bekannten, in eine entsprechende Ausnehmung ao eine wesentlich längere Laufzeit bis zu einer Über-

im Zylinderboden (18) eingreifenden Absatz (21) holung gewährleistet. Die Verwendung dieses Dich-

angeordnete Ringnut (16) aufweist, die die Bo- tungswerkstoffes hat allerdings zur Folge, daß für das

dendichtung (17) aufnimmt und über Ausgleichs- Aufsitzen des Kolbens während und außerhalb des

bohrungen (19,19', 20, 200 mit Druckräumen zu Betriebes eine zusätzliche Bodendichtung vorgesehen

beiden Seiten der Bodendichtung verbunden ist. *5 werden muß. Diese wird auch von anderen Anwendern dieses Werkstoffes beschrieben. So zeigt die DT-OS 1 625 994 eine Kolbendichtung, die für den Stillstand eine zusätzliche Bodendichtung besitzt, und

zwar im Zylinderdeckel auf der Seite des Arbeits-

30 mediums, auf die der Kolben am Ende seines Hubes aufsitzt und damit eine zusätzliche Abdichtung des Kolbens gegen den Gasdruck schafft. Die hier ge-

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher mit zeigte Bodendichtung hat zwei große Nachteile:

einer besonders ausgebildeten Kolbenabdichtung. _{γ Wird diese Dichtung in} der gezeigten Anordnung

Kolbenspeicher haben auf der einen Seite eine 35 _{sehr rasc}h durch die auftretenden Druckverhält-

Gasfullung, die durch den Kolben von den Arbeits- _{nisse aus der Nut ver}drängt werden, und

medium, meist Hydrauliköl oder Wasser, getrennt _{2 ist beim gezeigten} Durchmesserverhältnis von

wird. Im Betrieb unterscheidet sich der Druck im ' _Bode;idichtungen und Kolben ein Wiederanfah-

Gasraum von dem Druck im Arbeitsraum bei hon- _{ren nach dnem Aufsitzen des Kolben}s nur mit

zontaler Lage des Speichers nur um den Betrag zur 40 _{dem vorgese}henen Rückschlagventil möglich.
Überwindung der Kolbenreibung. Bei vertikaler Ar-

beitslage kommt noch der Einfluß des Kolben- Aus der US-PS 3 418 001 ist eine Kolbendichtung gewichts hinzu. Für einen guten Wirkungsgrad eines mit U-förmigem Querschnitt aus Teflon mit hinterSpeichers ist die Druckdifferenz auf ein Minimum legtem Quadring bekannt, die kleinste Reibung und zu bringen, d. h. die Kolbenreibung sowie Kolben- 45 lange Lebensdauer besitzen soll. Bei Verwendung gewicht sind so klein wie möglich zu halten. einer solchen Dichtung an einem Arbeitskolben Es gibt eine große Anzahl von Kolbenspeicheraus- kommt es jedoch nicht auf die Verhinderung einer führungen, die mit herkömmlichen Dichtungen wie Schleppwirkung an, was die angefasten Kanten des Nutring, O-Ring, Kolbenring, Manschette und ahn- Teflon-Ringes zum Ausdruck bringen,
liehen Dichtungen arbeiten und bei denen die von 50 Eine gute Dichtung soll nach der OE-PS 268 797 den Herstellern solcher Dichtungen empfohlenen ein PTFE-Ring mit zwei Umfangsnuten und abge-Einbauweisen angewandt werden. schrägten Außenkanten ergeben, wobei ein O-Ring Bei der Verwendung handelsüblicher Dichtungen die Mittelpartie des Dichtringes besonders stark anist die Reibung meist erheblich, so daß mit einem preßt und die Umfangsnuten zur besseren Schmieschlechten Wirkungsgrad zu rechnen ist. Als weiterer 55 rung dienen sollen. Dieser PTFE-Ring erfordert aber Nachteil tritt bei handelsüblichen Dichtungen mehr einen erheblichen Aufwand bei der Herstellung, er oder weniger eine Schleppwirkung der Dichtung, ver- soll für Kolbenspeicher geeignet sein,
ursacht durch die Kolbenbewegung, hinzu, die be- In der FR-PS 1175 504 wird eine Kolbendichtung wirkt, daß insbesondere bei hohen Kolbengeschwin- speziell für Stoßdämpfer gezeigt, die einen sogenanndigkeiten sich zwischen Kolbendichtung und Zylin- 60 ten Quadring als Anpreßring für eine ringförmige derwand ein Schmierfilm bildet, der zwar die Rei- Teflon-Dichtung aufweist. Sie wird hier wegen der bung des Kolbens verkleinert, andererseits aber eine großen Temperaturunterschiede bei Kraftfahrzeugen bestimmte ölmenge an der Zylinderwand hinterläßt und der starken Erwärmung besonders bei der Rück- und in den Gasraum fördert, so daß nach einiger stoßdämpfung von Kanonenrohren empfohlen. Auch Laufzeit der Gasdruck ansteigt und der nutzbare 65 die Anwendung einer Dämpfung beim Aufsitzen des Kolbenweg abnimmt. Dieses öl muß dann durch zeit- Kolbens in der Endlage in Form eines konischen Anraubende Arbeiten aus dem ölraum entfernt werden, satzes am Kolben, der in eine entsprechende Bohrung was eine Betriebsstörung bedeutet. des Zylinderdeckels einfährt, ist durch das DT-Gbm

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1 978 895 bekannt. Hier wird jedoch nur ein ver- porigen Kunststoffschaumstreifen 10 ausgefüllt. Die-

zögertes Aufsetzen des Kolbens auf den Deckel be- ser hat die Aufgabe, bei horizontaler Lage die Zylin-

zweckt. derwand leicht zu schmieren, wozu in den hohlen

Alle geschilderten Nachteil bei der Verwendung Kolben vor der Einführung des Gases eine kleine

einer Kolbendichtung aus P IhH-Werkstoff werden 5 Menge des Arbeitsmediums eingefüllt wird. Außer-

durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anord- dem verkleinert diese gasseitige Schmierung durch

nung der Kolbendichtung vermieden. den Ring 10 die Gasdurchlässigkeit des Dichtringes

Die Dichtung des Kolbens besteht gemäß der Er- in vertikaler und horizontaler Lage des Speichers, findung aus einem geschlossenen Kunststoffring, vor- Eine weitere Nut 11 ist für einen üblichen Abstreifer zugsweise aus PTFE bestimmter Stärke, der durch to 12 vorgesehen, und die eigentlichen Kolbendichtung einen guminiei astischen Andrückring in einer ganz befindet sich in der Nut 13. Sie besteht aus dem bestimmten Weise an die Zylinderwand gedrückt Dichtring 14, der mit einem besonders geformten wird. Der Einsatz von PTFE für den Dichtring ver- gummielastischen Andrückring 15 unterlegt ist, der bürgt eine besonders geringe Reibung und wegen sei- den Dichtring 14 in bestimmter Weise an die Zylinner chemischen Beständigkeit gegenüber sämtlichen 15 derwand drückt. Mit Fig. 2 und 3 wird das Dich-Hydraulik-Medien gute Abdichtv^irkung auf lange tungsprinzip deutlich gemacht. Der Andrückring 15 Zeit durch dauernd scharfe Abstreifkanten des Dicht- besitzt an den Außenseiten je eine WuI; t, die auf den ringes, die nicht durch Quellung oder Abrieb abge- Dichtring 14 so drückt, daß zwei ringförmige Druckrundet werden, was zu einem stärkeren Ölfilm an der zonen an der Außenkante des Dichtrir ges 14 gebil-Zylinderwand und damit zu einer steigenden ölför- ao det werden. Die Außenkanten des Dirntringes müsderung in den Gasraum führen würde. sen hierbei im Bereich dieser Druckzoaen liegen. Auf

Bei üblichen hydraulischen Kolbentrieben ist diese diese Weise entsteht eine Dichtwirkung, die praktisch

Schleppwirkung belanglos, während sie bei Kolben- keine Schleppwirkung auf das Arbeitsmedium ausübt,

speichern wegen der Summierung dieses Effektes je- Dieselbe Dichtwirkung läßt sich auch erreichen,

doch zum vorzeitigen Ausfall des Speichers führt. »5 wenn die Dichtung nach der in F i g. 3 gezeigten Art

Die Verwendung von PTFE bringt allerdings auch ausgeführt wird. Hierbei hat der Dichtring 14 a einen eine Komplikation mit sich, die aber beherrscht wer- bikonkaven Querschnitt, wobei ein O-Ring 15 a die den kann und die Vorteile der PTFE-Dichtung nicht Anpressung der Dichtung in der gewünschten Art beschmälert, wirkt. Auch hierbei erfolgt eine Anpressung des

Beim Aufsitzen des Kolbens auf den Zylinder- 30 Dichtringes an den äußeren Kanten wie im ersten deckel bzw. bei stillgelegtem ölseitig entleertem Spei- Fall und mit derselben Wirkung.
eher drückt der Gasdruck den Kolben auf den Zylin- Am Kolbenboden ist eine Schwalbenschwanznut 16 derdeckel, und die Kolbendichtung muß den vollen für eine O-Ring-Dichtung 17 angeordnet, die beim Gasdruck absperren. Dies ist bei Verwendung von Aufsitzen des Kolbens 1 auf dem Deckel 18 für die PTFE-Dichtungen nicht mit Sicherheit möglich, wes- 35 Stillstandsabdichtung sorgt. Die Nut 16 ist nach beihalb der Kolben eine zusätzliche Dichtung benötigt, den Seiten (Druckräumen) mit Ausgleichsbohrungen auf die er beim Stillstand gedrückt wird, die so- 19, 19' und 20, 20' versehen. Ein kurzer Ansatz 21 genannte Bodendichtung. Damit entsteht zwischen am Kolbenboden bremst die Kolbengeschwindigkeit dem Dichtring und der Bodendichtung ein ringförmi- auf relativ kurzem Weg durch Eintauchen in den ger Druckraum, der entsprechend dem Durchmesser 40 Deckel 18 ab, so daß der Kolben sanft und ohne der Bodendichtung einen höheren Druck als den Gas- metallische Berührung auf der Bodendichtung 17 und druck beim Aufsitzen des Kolbens <. rfährt. dem Deckel 18 aufsitzt.

An Hand der Zeichnung wird dit Ausbildung und In diesem Zustand wirkt der volle Gasdruck auf

Wirkungsweise der Kolbendichtung beispielsweise be- den Kolben, der über den O-Ring gegen den jetzt

schrieben. Es zeigt 45 drucklosen Arbeitsraum 22 abdichtet. Ist diese Boden-

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Kolbenspei- dichtung einwandfrei wird in dem Ringraum zwi-

cher mit Deckel auf der Seite des Arbeitsmediums, sehen der Bodendichtung und dem Abstreifring ein

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Berei- im Verhältnis der Kolbenfläche zu der Ringfläche der

ches »A« der Fig. 1, Bodendichtung erhöhter Druck entstehen. Die Ring-

Fig. 3 eine andere Form der Kolbendichtung. 50 fiäche kann halb so groß wie die Kolbenfläche aus-

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besitzt der Kolben 1 gebildet sein, so daß eine Drucksteigerung auf das

zwei Nuten 2 und 3, in denen Führungsringe 4, 4' Doppelte des Gasdruckes entsteht,

aus PTFE mit überlapptem Stufenschnitt zur Füh- Erfindungsgemäß befindet sich die Schwalben-

rung des Kolbens 1 im Zylinder 5 angeordnet sind. schwanznut 16 der Bodendichtung unmittelbar neben

Eine konische Nut 6 mit Bohrungen 7 und 8 zum 55 dem Ansatz 21 der Dämpfungseinrichtung. Auf diese

Gasraum 9 wird von einem saugfähigen Material, Weise wird eine Beschädigung des O-Ringes 17 durch

vorzugsweise einem elastischen, nichtfasernden, offen- seitliches Einklemmen verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Es sind also zwei sich widersprechende Forderun- Patentanspruch: gen durch die Kolbendichtung zu erfüllen:

1. möglichst kleine Reibung, auch bei kleinen KoI-

Dichtungsanordnung für den Kolben eines bengeschwindigkeiten, was einen bestimmten öl-

hydropneumatischen Speichers, bei der der KoI- 5 g[_m voraussetzt, und

ben mit Dichtungs-, Führungs- und Abstreifrin- 2. möglichst geringe Förderung von Arbeitsmedium

gen ein vorgespanntes Gasvolumen von dem Ar- j_n den Gasraum, was nur durch Fehlen eines öl-