Druckakkumulator

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckakkumulator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Als Teil eines hydraulischen Kreises hat ein Druckakkumulator die Aufgabe einen ausreichenden Vorrat einer unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit für den hydraulischen Kreis bereitzuhalten und andererseits im hydraulischen Kreis auftretende Druckspitzen zu absorbieren. Derartige Druckakkumulatoren sind in vielerlei Ausführungsformen bekannt. Bei einem bekannten Druckakkumulator ist ein einziger frei fliegend angeordneter Kolbenkopf in dem Gehäuse verschieblich montiert, der die langgestreckte zylindrische Kammer des Gehäuses in eine Gasdruckkammer und eine an das hydraulische System angeschlossene Flüssigkeitskammer unterteilt. Der Kolben weist eine endlose Umfangsausnehmung mit einem Verbindungskanal zwischen dieser Ausnehmung und der die hydraulische Flüssigkeit aufnehmenden Kammer des Druckakkumulators auf. Auf jeder Seite der endlosen Umfangsausnehmung ist ein Dichtring am Umfang des Kolbenkopfes angeordnet, der Kontinuierlich an der Gehäuseinnenfläche abdichtend anliegt. In der Gasdruckkammer kann noch eine Anschlaghülse für den Kolbenkopf vorgesehen sein, welche das Auswandern des Kolbenkopfes in Richtung auf die das Gasventil aufweisende Endkappe begrenzt (vgl. US-A-4186 777).

[0003] Es ist aber auch ein Druckakkumulator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt (vgl. CH-A-591 020). Bei diesem Druckakkumulator weist die Mehrfachkolbenanordnung zwei Kolben auf, von denen der eine eine Ausnehmung und der andere einen Vorsprung aufweist, welche in Längsrichtung des Gehäuses teleskopartig ineinandergreifen. Sie bilden somit einen aus zwei ständig in gegenseitigem Eingriff stehenden Teilen bestehenden Gesamtkolben. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächenbereichen der in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordneten Kolben ist ein allgemein inkompressibles Fluid eingeschlossen. Dieses ist durch umfangsseitige Dichtungsanordnungen an den beiden Kolben gegenüber dem Druckgaskammerbereich wie auch gegenüber dem die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich abgedichtet. Zwar bietet diese Mehrkolbenanordnung- bereits eine Abdichtung zwischen den Kammerbereichen, die ein Auslecken des Druckgases in Richtung auf den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich in gewissen Grenzen hält. Unter kritischen Verhältnissen kann jedoch auch bei dieser Ausbildung des Akkumulators Gas aus dem Druckgaskammerbereich über die Mehrkolbenanordnung hinweg in den anderen Kammerbereich austreten, so daß der Gasdruck absinkt und der Druckakkumulator seine Aufgabe nicht mehr ordnungsgemäß erfüllen kann. Solche Verhältnisse liegen z. B. vor, wenn die Mehrkolbenanordnung an der Endkappe zur Anlage kommt, welche den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich einschließt. In diesem Fall liegen maximale Druckdifferenzen auf beiden Seiten der Mehrkolbenanordnung vor. Kritische Verhältnisse können auch auftreten, wenn der Druckakkumulator in Gebieten mit niedrigen Temperaturen eingesetzt wird. Die Erfahrung zeigt, daß auch hier die Gefahr eines Übertritts des Gases in den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich besonders hoch ist. Dies beruht vermutlich auf einer Abnahme der Flexibilität und Dichtwirkung der Dichtungen an der Mehrkolbenanordnung.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung einen Druckakkumulator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß ein Übertritt von Druckgas in den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich auch unter kritischen Verhältnissen zuverlässig unterbunden wird, so daß der Druckakkumulator auch unter diesen Verhältnissen seine sichere Funktionsweise über lange Betriebszeiten beibehält.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Bei dieser Ausbildung wird das allgemein inkompressible Fluid zwischen zwei voneinander unabhängigen, frei fliegend angeordneten Kolbenköpfen eingeschlossen. Diese stehen somit in keinerlei direkter gegenseitiger Berührung. Die Umfangsausnehmung des an den Druckgaskammerbereich angrenzenden Kolbenkopfes ist aufgrund der Ausbildung mit dem inkompressiblen Fluid gefüllt, das unter dem gleichen Druck wie das inkompressible Fluid zwischen diesem Kolbenkopf und dem in Längsrichtung des Gehäuses unmittelbar folgenden Kolbenkopfes eingeschlossen ist. Da das inkompressible Fluid auch dann wenn die Mehrkolbenanordnung zur Anlage an die Endkappe gelangt, welche den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich abschließt unter annähernd dem gleichen Druck steht der in dem Druckgaskammerbereich herrscht, ist der Druckabfall zwischen dem Druckgaskammerbereich und der Umfangsausnehmung des angrenzenden Kolbenkopfes nahezu gleich Null. Schon von daher hat es das Gas schwierig die zwischen der Ausnehmung und dem Druckgaskammerbereich angeordnete Umfangsdichtung des Kolbenkopfes zu passieren. Gleichschwierig ist das Passieren des zwischen der Umfangsausnehmung und der Rückseite dieses Kolbenkopfes verbleibenden Bereiches, in dem bevorzugt ebenfalls ein Dichtring angeordnet ist. Damit ist es für das Druckgas nahezu ausgeschlossen schon den ersten, an die Druckgaskammer 72 angrenzenden Kolbenkopf zu passieren. Dieser Vorgang wird zusätzlich durch die entsprechende Ausbildung des an den die hydraulische Flüssigkeit enthaltenden Kammerbereich angrenzenden Kolbenkopfes wirksam unterstützt. Man erhält so eine außerordentlich wirksame Abdichtung zwischen den beiden Kammerbereichen des Druckakkumulators. Die Abdichtwirkung ist so ausgezeichnet, daß bevorzugt die Anordnung nach Anspruch 2 ausgebildet sein kann, bei der lediglich zwei Kolbenköpfe vorgesehen sind.

[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

[0008] Es zeigen :

Figur 1 im Längsschnitt einen Druckakkumulator der aus der US-A-4 186 777 bekannten Bauart und

Figur 2 in ähnlicher Darstellsung die ZylinderKolben-Anordnung gemäß der Erfindung.

[0009] In Figur 1 ist ein herkömmlicher Akkumulator gezeigt, der ein Gehäuse 11 aufweist. In diesem ist eine zylindrische Kammer 12 ausgebildet, die an beiden Enden durch Endkappen 27 und 29 verschlossen ist. In der Kammer 12 ist ein Kolben 13 verschieblich montiert. Der Kolben enthält eine ringförmige Ausnehmung 15 und eine Öffnung 17, die von der Ausnehmung zu der rückwärtigen Stirnfläche des Kolbens führt. Abdichtungseinrichtungen sind zwischen dem Kolben 13 und der Wand der zylindrischen Kammer 12 vorgesehen. Hierzu dienen ringförmige Dichtungspackungen 19 und 21, die auf beiden Seiten der Ausnehmung 15 angeornet sind. Der Kolben 13 unterteilt die Kammer 12 in zwei Arbeitskammerabschnitte 23 und 25. Die Stirnkappe oder Abschlußkappe 27 weist eine Ölverbindungsöffnung 39 auf, durch die hydraulisches Fluid in die Kammer 25 und von dieser in das hydraulische System gelangen kann. Die Verschlußkappe 29 am anderen Ende weist ein Druckgasventil 41 auf, durch das Druckgas in die Kammer 23 eingeleitet werden kann.

[0010] Der herkömmliche Akkumulator nach Fig. 1 zeigt eine Tendenz, über die Zeit seinen Gasdruck zu verlieren, und zwar unter bestimmten extremen Bedingungen. Ein möglicher Grund für den Verlust an Gasdruck kann veranlaßt werden dadurch, daß die Gesamtmenge an hydraulischem Vorrat aus der zweiten Kammer 25 ausgestoßen wird, so daß der Kolben 15 an der Verschlußkappe 27 zur Anlage kommt. Dadurch entsteht ein Druckungleichgewicht über die Dichtungspackungen 19 und 21. Dies kann zu einem Verlust an unter Vordruck stehendem Gas in die Ausnehmung 15 führen, mit der Folge, daß der Vorspannungsdruck des Gases abnimmt. Eine andere Möglichkeit kann auftreten, wenn der Akkumulator unter extrem niederen Temperaturen eingesetzt wird. Dadurch vermindert sich die Flexibilität der Dichtungspackungen 19 und 21, so daß die Dichtung ihre Wirkung einbüßt und Gas in die Ausnehmung 15 auslecken kann.

[0011] Es wird nunmehr Bezug genommen auf Figur 2. In dieser ist ein Akkumulator neuer Ausführung gezeigt. Der Akkumulator umfaßt ein Gehäuse 50, das eine zylindrische Kammer 51 begrenzt. Eine Kolbenanordnung 52 besteht aus zwei frei schwimmend angeordneten Kolbenköpfen 52a und 52b. Diese sind in der Zylinderkammer 51 verschiebbar angeordnet. Die Kolben 52a und 52b weisen jeweils auf ihrem Umfang zu der Zylinderwand hin offene endlose Ausnehmungen 54 und 64 auf. Die Kolben besitzen außerdem entsprechende Öffnungen 56 und 66. Diese erstrecken sich von der jeweiligen Ausnehmung 54 und 64 nach rückwärts. Ein erster Dichtungsrindstapel 58 liegt vor der endlosen Ausnehmung 54 und umfaßt einen Packungsring, der zwischen zwei Stützringen abgestützt ist. Ein zweiter Dichtungsstapel 60 umfaßt einen Packungsring, hinter dem ein Stützring liegt. Diese Dichtungspackung ist hinter der Ausnehmung 54 angeordnet. Ein weiterer Dichtungsringstapel 68 liegt vor der endlosen Ausnehmung 64 in dem Kolbenkopf 52b. Ein Dichtungsringstapel 70 liegt hinter der Ausnehmung 54. Die Dichtungsringstapel 68 und 70 sind mit den Dichtungsringstapeln 58 und 60 jeweils übereinstimmend ausgebildet.

[0012] Die Kolbenköpfe 52a und 52b teilen den Akkumulator in einen ersten Kammerabschnitt 72 zur Aufnahme des unter Vordruck stehenden Gases und einen zweiten Kammerabschnitt 74, in dem das hydraulische Fluid aufgenommen wird. Zwischen den Kolbenköpfen 52a und 52b, die im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, ist unter Einbeziehung der Zylinderwand ein allgemein inkompressibles Fluid von relativ hoher Dichte eingeschlossen. Das eingeschlossene Fluid nimmt den Raum zwischen den Kolbenköpfen 52a und 52b vollständig ein, so daß die Kolbenköpfe 52a und 52b eine synchrone oder gemeinsame Bewegung ausführen. Man kann also davon sprechen, daß die Kolbenköpfe 52a und 52b und das eingeschlossene inkompressible Fluid sich in Längsrichtung der Zylinderkammer 51 als Einheit bewegen. Die Enden des Gehäuses 50 sind durch Verschlußkappen 80 und 82 abgedichtet. Die Verschlußkappe 80 ist fest und abdichtend an dem Gehäuse 50 durch entsprechende Maßnahmen, z. B. durch eine Schweißnaht 90 befestigt, um den Kammerabschnitt 72 einzuschließen. Die Verschlußkappe 80 weist ein übliches Gasventil 92 auf, durch das das Vorspannungsgas in den Kammerabschnitt 72 eingeleitet werden kann. Die Verschlußkappe 82 ist an dem Gehäuse 52 mit Hilfe eines Schnappringes 86 in üblicher Weise fest und abdichtend montiert. Ein Dichtringstapel 84, der dem Dichtringstapel 58 entspricht, liegt vor dem Schnappring 86. Eine Öffnung oder Bohrung 88 erstreckt sich durch die Verschlußkappe 82, um das hydraulische Fluid in den Kammerabschnitt 74 einzuleiten bzw. aus diesem in das hydraulische System zu führen.

[0013] Es wird bemerkt, daß dann, wenn der das Gas enthaltende Kammerabschnitt 72 unter Druck versetzt wird und hydraulisches Fluid sich in dem zweiten Kammerabschnitt 74 befindet. Ein Druckausgleich über der Kolbenanordnung 52 vorliegt, wobei das zwischen den Kolbenköpfen 52a und 52b eingeschlossene inkompressible Fluid als Flüssigkeitsdichtung wirksam ist. Hierdurch wird die Möglichkeit des Aussickern von unter Druck stehendem Gas aus der Kammer 72 in den Kammerabschnitt 74 stark reduziert. Es wird auch bemerkt, daß der Vorteil der Verwendung eines allgemein inkompressiblen Fluids auch darin besteht, daß sich dieses der Form des Gehäuses genau anpaßt und dadurch eine Öldichtung bildet, die durch das unter Druck stehende Gas in der Kammer 72 nicht durchdrungen werden kann. Selbst bei niedrigen Temperaturen bleibt die Öldichtung eng an die Form des Gehäuses angepaßt, um die Dichtungsfunktion aufrecht zu erhalten. Auch dann, wenn der Kolben 52b an dem Endverschluß 82 aufgrund vollständiger Entleerung des Kammerabschnittes 74 zur Anlage kommt, bleibt ein Vorspannungsdruck über den zweiten Kolbenkopf aufrechterhalten, so daß auch die Zuverlässigkeit der Dichtung erhalten bleibt. Nachdem der Druckausgleich über die Kolbenanordnung dafür sorgt, daß die Flüssigkeitsdichtung unversehrt bleibt, wird dadurch auch die Möglichkeit des Aussickerns von Gas stark vermindert. Es findet auch ein Druckausgleich über die Abdichtungspackung 58 statt, so daß diese auch wesentlich leichter ihre Dichtungsfunktion beibehalten kann.

[0014] Zur Füllung der Zwischenkammer zwischen den Kolben weist im dargestellten Beispiel der Kolbenkopf 52b eine Füllöffnung in der Stirnfläche 76 auf, die nachträglich durch einen Stopfen 78 druckfest und dicht verschlossen ist.

Ansprüche

1. Druckakkumulator mit einem Gehäuse (51), das eine langgestreckte zylindrische Kammer bestimmt, in der verschieblich eine Mehrkolbenanordnung (52) vorgesehen ist, von der wenigstens zwei in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordnete Kolben zwischen sich ein allgemein inkompressibles Fluid einschließen, jeweils eine umfangsseitige Dichtungsanordnung (54, 58, 60 bzw. 64, 68, 70) aufweisen und die Kammer in einer ersten und einen zweiten Kammerbereich (72 bzw. 74) unterteilen, von denen der erste durch eine ein Gasventil (92) und der zweite durch eine eine Fluidanschlußbohrung (88) aufweisende Endkappe (80 bzw. 82) verschlossen und abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkolbenanordnung (52) aus voneinander unabhängigen, frei fliegend angeordneten Kolbenköpfen (52a, 52b) besteht, die in Längsrichtung des Gehäuses (50) im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, daß der dem ersten Kammerbereich (72) zugewandte Kolbenkopf (52a) eine endlose Umfangsausnehmung (54) mit einem Verbindungskanal (56) aufweist, der sich von der Ausnehmung (54) zu der von dem ersten Kammerbereich (72) abgewandten Seite des Kolbenkopfes (52a) erstreckt, und die ihm zugeordnete Dichtungsanordnung einen Dichtring (58) zwischen der Ausnehmung (54) und dem ersten Kammerbereich (72) aufweist, und daß der dem zweiten Kammerbereich (74) zugewandte Kolbenkopf (52b) eine endlose Umfangsausnehmung (64) mit einem Verbindungskanal (66) aufweist, der sich von der Ausnehmung (64) zu der dem zweiten Kammerbereich (74) zugewandten Seite des Kolbenkopfes (52b) erstreckt und die ihm zugeordnete Dichtungsanordnung einen Dichtring (68) zwischen der Ausnehmung (64) und der von dem zweiten Kammerbereich (74) abgewandten Seite des Kolbenkopfes (52b) aufweist.

2. Druckakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolbenkopf (52a, 52b) einen Dichtring (58, 60 bzw. 68, 70) jeweils auf beiden Seiten der zugehörigen Ausnehmung (54 bzw. 64) aufweist, und daß die Kolbenanordnung (52) lediglich aus zwei im gegenseitigen Längsabstand angeordneten Kolbenköpfen (52a, 52b) besteht.

Claims

1. Pressure accumulator having a housing (50) defining an elongated cylindrical chamber in which a multi-piston arrangement (52) is slidably disposed, with at least two pistons arranged in series in the longitudinal direction of the housing so as to enclose a generally incompressible fluid between them, each piston having a circumferential sealing arrangement (54, 58, 60 and 64, 68, 70, respectively), and so as to divide the chamber into a first and a second zone (72 and 74, respectively), the first of which is closed and sealed by an end cap (80) having a gas valve (92) and the second by an end cap (82) having a fluid connection bore (88), characterised in that the multi-piston arrangement (52) consists of piston heads (52a, 52b) independent of one another and arranged to float freely and which are disposed at a mutual spacing in the longitudinal direction of the housing (50), the piston head (52a) facing the first zone (72) of the chamber has a continuous circumferential recess (54) with a connecting duct (56) extending from the recess (54) to that side of the piston head (52a) which faces away from the first zone (72) of the chamber and the sealing arrangement associated with this piston head has a sealing ring (58) between the recess (54) and the first zone (72) of the chamber, and the piston head (52b) facing the second zone (74) of the chamber has a continuous circumferential recess (64) with a connecting duct (66) extending from the recess (64) to that side of the piston head (52b) which faces the second zone (74) of the chamber and the sealing arrangement associated with this piston head has a sealing ring (68) between the recess (64) and that side of the piston head (52b) which faces away from the second zone (74) of the chamber.

2. Pressure accumulator according to claim 1, characterised in that each piston head (52a, 52b) has a sealing ring (58, 60 and 68, 70, respectively) on both sides in each case of the associated recess (54 and 64, respectively) and the piston arrangement (52) consists solely of two piston heads (52a, 52b) arranged at a mutual longitudinal spacing.

Revendications

1. Accumulateur de pression comportant un carter (51) qui définit une chambre cylindrique allongée dans laquelle il est prévu de façon coulissante un système de piston multiple (52) dont au moins deux pistons disposés l'un derrière l'autre dans la direction longitudinale du carter retiennent entre eux un fluide d'une façon générale incompressible, ces pistons présentant un système d'étanchéité (54, 58, 60 et 64, 68, 70) sur leur face périphérique et subdivisant la chambre en une première et une seconde zones formant chambres (72 et 74), parmi lesquelles la première est fermée au moyen d'un chapeau d'extrémité comportant une soupape à gaz (92) et la seconde au moyen d'un chapeau d'extrémité (80, 82) comportant un perçage de raccordement pour le fluide (88), en étant rendues étanches, caractérisé en ce que le système de piston multiple (52) est constitué par des têtes de pistons (52a, 52b) indépendantes l'une de l'autre et librement flottantes, qui sont disposées selon un certain écartement relatif dans la direction longitudinale du carter (50), en ce que la tête de piston (52a) orientée vers la première zone formant chambre (72) comporte une cavité périphérique sans fin (54) munie d'un canal de communication (56), qui s'étend depuis la cavité (54) jusqu'à la face de la tête de piston (52a) opposée à la première zone formant chambre (72), et dont le système d'étanchéité associé comporte une bague d'étanchéité (58) entre la cavité (54) et la première zone formant chambre (72), et en ce que la tête de piston (52b) orientée vers la seconde zone formant chambre (74) comporte une cavité périphérique sans fin (64) munie d'un canal de communication (66) qui s'étend depuis la cavité (64) jusqu'au côté de la tête de piston (52b) orienté vers la seconde zone formant chambre (74), le système d'étanchéité associé comportant une bague d'étanchéité (68) entre la cavité (64) et le côté de la tête de piston (52b) opposé à la seconde zone formant chambre (74).

2. Accumulateur de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tête de piston (52a, 52b) comporte une bague d'étanchéité (58, 60 et 68, 70) chaque fois sur les deux côtés de la cavité conjuguée (54, 64) et en ce que le système de piston (52) est constitué simplement par deux têtes de pistons (52a, 52b) disposées selon un écartement l'une par rapport à l'autre dans la direction longitudinale.

Zeichnung