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(11) | EP 0 085 934 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Druckspeicher Pressure accumulator Accumulateur de pression |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckspeicher für Hydraulikanlagen. In Schaltwerken elektrischer Hochspannungsleitungen, bestehend aus einem an seinen beiden Stirnseiten verschlossenen Zylinder, in dem sich ein den Zylinder in zwei Räume teilender fliegender Kolben befindet, wobei der eine Zylinderraum mit dem Leitungssystem des Druckmediums verbunden ist, welches diesen Zylinderraum ausfüllt, während der auf der anderen Seite des Kolbens befindliche Zylinderraum ein Druckpolster aus komprimiertem Gas enthält und an einen Gasdruckerzeuger anschließbar ist, wobei
a) die Stirnwände jeweils als in das Zylinderende einsetzbarer Deckel ausgebildet sind, der mit einer Umfangsfläche an der Innenwand des Zylinders anliegt und mit einem vorspringenden Rand auf der Stirnfläche einer Ausdrehung der Zylinderinnenwand aufgesetzt ist,
b) der Deckel durch einen mit dem Ende des Zylinders koaxial verschraubten Schraubring gehalten ist und
c) der Deckel auf seiner in den Zylinder hineinragenden Umfangsfläche eine Ausdrehung hat, in der eine Ringdichtung aus elastischem Material angeordnet ist.
[0002] Voraussetzung für eine dauerhafte zuverlässige Funktion eines solchen Druckspeichers ist unter anderem eine einwandfreie Abdichtung der Stirnwände in den Zylinderenden. Bei einer bekannten Ausführung solcher Druckspeicher hat der Deckel auf seiner in den Zylinder hineinragenden Umfangsfläche eine Ausdrehung, in der eine Ringdichtung in Form eines O-Ringes aus elastischem Material, z. B. synthetischem Kautschuk, angeordnet ist.
[0003] Die Dichtungen müsen klimabedingten Temperaturschwankungen von ca. -40°C bis +80°C aushalten, und zwar bei Drücken bis zu 375 bar.
[0004] Es gibt zwar Dichtungsstoffe, die innerhalb dieses Temperaturbereichs funktionsfähig bleiben. Sie sind aber nicht für gasförmige Medien bei Drücken bis zu 375 bar geeignet. Das Gas diffundiert bei solchen Drücken - insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen - durch den Werkstoff hindurch. Materialbelastend kommt noch hinzu, daß bei jedem Schaltvorgang in dem Hydrauliksystem des Schaltwerkes Druckschwankungen bis zu 100 bar auftreten können. Solche Druckschwankungen können das Material der Dichtungsringe in seiner Struktur zerstören, wenn nicht bei der Herstellung der Druckspeicher Dichtungsringe mit auch nur geringen Strukturmängeln von vornherein ausgesondert werden.
[0005] Nur wenige Hersteller sind überhaupt in der Lage, Dichtungsringe herzustellen, die solchen Ansprüchen genügen können. Aber auch dabei ist der Anteil der als unbrauchbar auszusondernden Dichtungsringe so hoch, daß die Aussonderung sowohl hinsichtlich der Materialkolsten als auch insbesondere hinsichtlich des hohen manuellen Arbeitsaufwandes für das Ausondern einen ganz beträchtlichen Anteil an den Kosten solcher Druckspeicher ausmachen.
[0006] Es ist ferner folgendes zu berücksichtigen: Bei einem Deckel aus einer Deckelplatte und einem gegen diesen beweglichen Deckelring kann sich der Querschnitt der zwischen diesen beiden Bauteilen befindlichen Ringnut gegen den Widerstand des Dichtungsringes verringern. Bei Verwendung einer Dichtung in der bekannten 0-Ringform ergeben sich daher Schwierigkeiten dadurch, daß eine verhältnismäßig kleine Auflagefläche dem gesamten axial auf die Dichtung wirkenden Druck ausgesetzt ist. Der Dichtungsring verformt sich dann erheblich, wobei die Zylinderwand einem starken radialen Druck ausgesetzt ist, der zur Aufbauchung des Zylinders führen kann.
[0007] Außer an den Dichtungen haben die Druckspeicher praktisch keinen Verschleiß. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiven Mitteln eine neue Dichtung zu schaffen, durch die die vorbeschriebenen Schwierigkeiten hinsichtlich der hohen Materialansprüche zu beseitigen sind.
[0008] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
[0009] Die ringscheibenartige Form des Dichtungsringes hat gegenüber der 0-Ringform den Vorteil, daß der von der Deckelplatte und dem Dekkelring ausgehende Druck auf eine wesentlich größere Fläche gleichmäßig verteilt wird. Die radiale Verformung des Dichtungsringes bei wachsendem Druck im Zylinder wird dadurch in erlaubten Grenzen gehalten, so daß die Gefahr einer Aufweitung der Zylinderwand im Dichtungsbereich nicht mehr besteht.
[0010] Die Stützringe verschließen die Spalten zwischen den Deckelteilen und der Zylinderinnenwand, so daß die Kanten des Dichtungsringes nicht mehr dort hineingepreßt werden können.
[0012] Die Erfindung wird im folgenden anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
[0013] Die Zeichnung stellt einen Axialschnitt durch ein Ende eines erfindungsgemäßen Druckspeichers dar.
[0014] Der Druckspeicher besteht aus einem Zylinder 1, der an beiden Stirnenden jeweils durch eine abnehmbare Stirnwand verschlossen ist. In dem Zylinder befindet sich ein in der Zeichnung nicht dargestellter, den Zylinder in zwei Räume teilender fliegender Kolben. Der eine Zylinderraum ist mit dem Leitungssystem des Druckmediums verbunden. Der auf der anderen Seite des Kolbens befindliche Zylinderraum enthält ein Druckpolster aus komprimiertem Gas und weist eine Anschlußeinrichtung zur Verbindung mit einem Gasdruckerzeuger auf.
[0015] Jede Stirnwand des Zylinders 1 besteht aus einer Deckelplatte 2, einem Deckelring 3 und einem Schraubring 4, der mit dem Endabschnitt 1 a des Zylinders 1, der ein Innengewinde 1c aufweist, verschraubt ist.
[0016] Die Deckelplatte 2 ist in den Zylinder 1 eingesetzt und weist an ihrer Umfangsfläche eine Ausdrehung 2a auf. Der Deckelring 3 hat einen in den Zylinder 1 hineinragenden ringscheibenartigen Ansatz 3a, mit dem er die Deckelplatte 2 in deren Audrehung 2a hineinragend übergreift.
[0017] Der Deckelring 3 hat ferner einen radial vorstehenden Rand 3b, mit dem er auf der Stirnfläche einer Ausdrehung 1 b im Endabschnitt des Zylinders 1 aufsitzt. Der radial äußere Rand der Ausdrehung 2a in der Deckelplatte 2 und der dieser Ausdrehung zugekehrte Rand am ringscheibenartigen Ansatz 3a des Deckelringes 3 sind nach außen abgeschrägt, so daß die Ausdrehung zur Zylinderwand hin auf jeder Seite eine keilförmige Erweiterung aufweist.
[0018] In dem von der Deckelplatte 2 einerseits und dem Deckelring 3 andererseits begrenzten ringnutenförmigen Raum befindet sich ein Dichtungsring 5 in Form einer dicken Ringscheibe aus weichelastischem Material. Diese weist an ihren beiden Außenkanten sowie an ihrer deckelringseitigen Innenwand je eine Ausdrehung 5a, 5b mit quadratischem Querschnitt auf. Die Tiefe der Ausdrehungen 5b an den Außenkanten des Dichtungsringes 5 entspricht jeweils der Tiefe der Abschrägungen am äußeren Rand der Deckelplatte 2 bzw. dem der Deckelplatte 2 zugekehrten Außenrand des Deckelringes 3, so daß die jeweils von den Ausdrehungen 5b im Dichtungsring 5 und den Abschrägungen an der Deckelplatte 2 bzw. dem Deckelring 3 gemeinsam gebildeten Ringnuten keilförmig zur Zylinderwand hin auslaufen.
[0019] In den von der Ausdrehung 5a an der deckelringseitigen Innenkante des Dichtungsringes 5 sowie von den Ausdrehungen 5b an den Außenkanten des Dichtungsringes 5 und den Abschrägungen an den dichtungsringseitigen Außenkanten der Deckelplatte 2 und des Deckelringes 3 jeweils gemeinsam gebildeten Ringnuten sind Stützringe 6, 7, 8 aus einem noch verformbaren, aber im Vergleich zum Dichtungsring 5 wesentlich festeren Material angeordnet, deren Querschnitte jeweils den Querschnitten der Ringnuten entsprechen.
[0020] Die Stützringe können aus Polyacethalharz, aus mit Glasgrieß durchsetztem Polyamid, aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
[0021] Die Mantelfläche der Ausdrehung 2a in der Deckelplatte 2 weist nahe ihrem stirnseitigen Rand eine Ringnut 9 auf, in der ein den Deckelring 3 hintergreifender Segerring 10 angeordnet ist. Die Ringnut 9 ist etwas breiter als der Segerring 10 dick ist. Somit bilden Deckelplatte 2 und Deckelring 3 einen in das Zylinderende 1a eingesetzten Deckel.
a) die Stirnwände jeweils als in das Zylinderende (1 a) eingesetzter Deckel (2, 3) ausgebildet sind, der mit einer Umfangsfläche an der Innenwand des Zylinders (1) anliegt und mit einem vorspringenden Rand (3b) auf der Stirnfläche einer Ausdrehung (1 b) an der Zylinderinnenwand aufgesetzt ist,
b) der Deckel (2, 3) durch einen mit dem Ende (1a) des Zylinders koaxial verschraubten Schraubring (4) gehalten ist und
c) der Deckel (2, 3) auf seiner in den Zylinder hineinragenden Umfangsfläche eine Ausdrehung (2a) hat, in der eine Ringdichtung (5) aus elastischem Material angeordnet ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale und deren Kombination:
d) der Deckel ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, nämlich einer Deckelplatte (2) und einem Deckelring (3);
e) die Deckelplatte (2) weist auf ihrem Umfang eine zur Außenseite hin offene Ausdrehung (2a) auf;
f) der Deckelring (3) besteht aus einer in den Zylinder (1) hineinragenden Ringscheibe (3a), die die Deckelplatte (2) in deren Ausdrehung (2a) hineinragend übergreift und einen radial vorspringenden Rand (3b) hat, mit dem er auf der Stirnfläche einer Ausdrehung (1b) im Endabschnitt des Zylinders (1) aufsitzt;
g) die Mantelfläche der Ausdrehung (2a) in der Deckelplatte (2) weist nahe ihrem stirnseitigen Rand eine Ringnut (9) auf, in der ein den Deckelring (3) hintergreifender Segerring (10) angeordnet ist, wobei die Ringnut (9) etwas breiter als der Segerring (10) dick ist;
h) der radial äußere Rand der Ausdrehung (2a) an der Deckelplatte (2) und der dieser Ausdrehung zugekehrte äußere Rand des Dekkelringes (3) sind abgeschrägt, so daß der von der Deckelplatte (2) einerseits und dem Deckelring andererseits begrenzte ringnutförmige Raum sich zur Zylinderwand hin verbreitert;
i) in dem von der Deckelplatte (2) einerseits und dem Deckelring (3) andererseits begrenzten ringnutförmigen Raum befindet sich ein Dichtungsring (5) in Form einer Ringscheibe aus elastischem Material, die an ihren beiden Außenkanten sowie an ihrer deckelringseitigen Innenkante je eine Ausdrehung (5a, 5b) mit vorzugsweise quadratischem Querschnitt aufweist;
j) die Tiefe der Ausdrehungen (5b) an den Außenkanten des Dichtungsringes (5) entspricht jeweils der Tiefe der Abschrägungen am äußeren Rand der Deckelplatte (2) bzw. an dem der Deckelplatte (2) zugekehrten Außenrand des Deckelringes (3);
k) in den Ringnuten, die von der Ausdrehung (5a) an der Dichtungsring-Innenkante sowie von den Ausdrehungen (5b) an den Außenkanten des Dichtungsringes gemeinsam mit den Abschrägungen an der Außenkante der Deckelplatte (2) und des Deckelringes (3) gebildet werden, sind Stützringe (6, 7, 8) aus einem noch verformbaren, aber im Vergleich zum Dichtungsring (5) erheblich festeren Material angeordnet, deren Querschnitte jeweils den Querschnitten der Ringnuten entsprechen.
(a) each of the front walls being designed as a cover that is inserted into the cylinder end (1a), enganges with a peripheral face portion the inner wall of the cylinder (1) and abuts with a salient skirt (3b) to the edge face of a counterbore (1b) at the inner wall of the cylinder,
(b) the cover (2, 3) being retained by a screw ring (4) that is coaxially screwed to the cylinder end portion,
(c) the cover (2, 3) comprising on its peripheral portion that extends into the cylinder a relief (2a) in which a packing ring (5) of elastic material is arranged,
characterized by the following features and their combination:
(d) the cover is composed of two parts, viz. a cover plate (2) and a cover ring (3);
(e) the cover plate (2) comprises at its periphery a relief (2a) that is open towards the exterior;
(f) the cover ring (3) comprises a ring disk (3a) that reaches over the cover plate (2), extends into its relief (2a) and has a salient skirt (3a) abutting the edge face of a counterbore (1b) in the end portion of the cylinder(1);
(g) near the front edge of the relief (2a) of the cover plate (2), its cylindrical portion includes a ring groove (9) in which a locking ring (10) is arranged so as to undercut the cover ring (3), the ring groove (9) being slightly wider than the locking ring (10) is thick;
(h) the radially outer border of the relief (2a) at the cover plate (2) and the outer border of the cover ring (3) facing this relief are chamfered such that the groove-shaped ring space defined by the cover plate (2) on the one hand and by the cover ring on the other hand widens towards the cylinder wall;
(i) in the groove-shaped ring space defined by the cover plate (2) on the one hand and by the cover ring (3) on the other hand, there is a disk-shaped packing ring (5) of elastic material having recesses (5a, 5b), preferably of rectangular cross section, at either outer edge and at the inner edge facing the cover ring;
(j) the depth of the recesses (5b) at the outer edges of the cover ring (5) corresponds to the respective depths of the chamfers at the outer border of the cover plate (2) and at the outer border of the cover ring (3) facing the cover plate (2);
(k) in the ring spaces formed by the recess (5a) at the inner border of the cover ring and by the recesses (5b) at its outer borders in combination with the chamfers at the outer border of the cover plate (2) and of the cover ring (3), there are arranged supporting rings (6,7,8) of a material apt to be deformed yet, though having considerably more strength than of the packing ring (5), their cross sections corresponding to those of the respective ring spaces.
(a) les deux faces étant configurée chacune comme un couvercle (2, 3) installé dans la face du cylindre (1a), chaque couvercle adhérant avec une surface circonférentielle à la paroi intérieure du cylindre (1) et étant rapporté avec un bord saillant (3b) sur la face d'un alésage (1b) sur la paroi intérieure du cylindre,
(b) le couvercle (2, 3) étant retenu moyennant un anneau fileté (4) vissé coaxialement avec la section finale du cylindre (1);
(c) le couvercle (2, 3) possédant sur sa surface circonférentielle rentrant dans le cylindre, une gorge (2a) où se trouve un anneau d'étanchéité (5) en matérial élastique,
caractérisé par les caractéristiques suivantes et leur combinaison:
(d) le couvercle est composé de deux parties, c'est-à-dire d'une plaque (2) et d'un anneau (3) formant le couvercle;
(e) la plaque du couvercle (2) présente sur sa circonférence une gorge (2a) ouverte sur la face extérieure;
(f) l'anneau du couvercle (3) consiste en un disque annulaire (3a) rentrant dans le cylindre (1), qui déborde sur la plaque du couvercle (2) en rentrant dans sa gorge (2a) et qui possède un bord saillant radialement (3b) avec lequel il est assis sur la face d'un lamage (1 b) dans la section finale du cylindre (1);
(g) la surface latérale de la gorge (2a) dans la plaque du couvercle (2) présente près de son bord orienté vers la face une rainure pour anneaux (9) dans laquelle se trouve un anneau de Seger (10) doublant l'anneau du couvercle (3), la rainure (9) étant une peu plus large que l'épaisseur de l'anneau de Seger (10);
(h) le bord radial extérieur de la gorge (2a) sur la plaque (2) et le bord extérieur de l'anneau (3) tourné vers cet alésage sont chanfreinés, de façon que l'espace en forme de rainure annulaire limité d'une part par la plaque du couvercle (2) et d'autre part par l'anneau du couvercle (3) présente un élargissement vers la paroi du cylindre;
(i) dans l'espace en forme de rainure annulaire limité d'une part par la plaque du couvercle (2) et d'autre part par l'anneau du couvercle (3) se trouve un anneau d'étanchéité (5) en forme d'un disque annulaire en matériel élastique qui présente sur ses bords extérieurs et sur son bord intérieur tourné vers l'anneau du couvercle une encoche (5a, 5b) pour chacun des bords mentionnés à section préférablement carrée;
(j) la profondeur des encoches (5b) sur les bords extérieurs de l'anneau d'étanchéité (5) correspond respectivemant à la profondeur des chanfreins sur le bord extérieur de la plaque du couvercle (2) et sur le bord extérieur de l'anneau du couvercle (3) tourné vers la plaque (2);
(k) dans les rainures annulaires qui sont formées par l'encoche (5a) sur le bord intérieur de l'anneau d'étanchéité et par les encoches (5b) sur les bords extérieurs de l'anneau d'étanchéité en commun avec les chanfreins sur le bord extérieur de la plaque (2) et de l'anneau (3) du couvercle, sont disposées des bagues d'appui (6, 7, 8) d'un matériel encore déformable mais, en comparaison avec l'anneau d'étanchéité (5), beaucoup plus solide, dont les sections respectives correspondent aux sections des rainures pour anneaux.