Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse und einem darin längsverfahrbar geführten Trennkolben, der zwei Medienräume voneinander separiert und der ein Doppeldichtungssystem aufweist, von dem ein Dichtungssystem dem einen Medienraum und das andere Dichtungssystem dem anderen Medienraum zugewandt ist.

DE 102 48 823 A1 offenbart einen Hydrospeicher in Form eines Kolben speichers mit einem im Speichergehäuse in dessen Axialrichtung bewegba ren, eine Gasseite von einer Fluidseite des Speichergehäuses trennenden Kolben, an dessen Umfang für das Zusammenwirken mit der Wand des Speichergehäuses vorgesehene Führungselemente sowie mehrere Dicht elemente vorhanden sind, wobei in Axialrichtung zu den Führungselemen ten versetzt, in dem zwischen diesen gelegenen Umfangsabschnitt des Kol bens angeordnet, ein Druckausgleichskanal vorgesehen ist, der einen Fluid- weg zwischen der Fluidseite und einem Raum am Kolbenumfang bildet, weicher zwischen dem der Fluidseite nächstgelegenen Führungselement und dem in Axialrichtung nächstfolgenden Dichtelement gelegen ist, wobei im Druckausgleichskanal eine dessen Durchlassquerschnitt verkleinernde Einrichtung in Form einer Blende oder Düse vorgesehen ist.

Der bekannten Lösung liegt die Überlegung zugrunde, dass Schmutzparti kel, die in dem auf der Fluidseite befindlichen Hydrauliköl enthalten sein können, das Langzeitverhalten des Hydrospeichers ebenso negativ beein flussen wie das Betriebsverhalten der Dicht- und Führungssysteme zwi schen Kolbenumfang und der Innenwand des Speichergehäuses. Durch den Druckausgleichskanal im Trennkolben ist den vorstehenden Problemen be gegnet, weil bei den im Betrieb auftretenden Kolbenbewegungen keine Druckdifferenz am Führungselement mehr auftritt und somit auch kein möglicherweise mit Schmutzpartikeln belasteter Volumenstrom erzeugt ist. Da der Durchlassquerschnitt des Druckausgleichskanals über die Blende o- der Düse verkleinert ist, ist darüber hinaus sichergestellt, dass lediglich ein geringes Fluidvolumen am Vorgang des dahingehenden Druckausgleichs beteiligt ist.

Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, dass es bei den hier angesprochenen hydropneumatischen Kolbenspeichern mit Doppeldichtungssystem für den Trennkolben im Betrieb zu einem Druckaufbau zwischen den beiden Dich tungen respektive Dichtungssystemen kommt, der bis zum maximalen Be triebsdruck des Speichers reicht oder durch sog. Pumpeffekte diesen sogar übersteigen kann. In der Folge kann es dann zu unterschiedlichen Effekten, wie Betriebsgeräuschen, und zu einer Extrusion der Dichtungssysteme bis hin zum Klemmen des Kolbens kommen. Die dahingehend auftretenden Probleme sind mit dem anders wirkenden Druckausgleichskanal nach der DE 102 48 823 A1 nicht behoben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Kolbenspeicherlösungen dahingehend weiter zu verbessern, dass es nicht zu dem vorstehend beschriebenen Druckaufbau mit seinen unerwünschten Wirkungen kommen kann. Eine dahingehende Aufgabe ist durch einen Kolbenspeicher mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit gelöst.

Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zwischen den beiden Dichtungssystemen des Doppeldichtungssystems eine Ausgleichseinrichtung zumindest teilweise im Trennkolben aufgenommen ist, die zur Vermeidung eines unerwünschten Druckaufbaues während des Betriebes einen hydrostatischen Druckausgleich zwischen den beiden Dich tungssystemen ermöglicht, kommt es nicht zu dem unerwünschten Druck aufbau mit den beschriebenen nachteiligen Effekten.

Vielmehr erlaubt die erfindungsgemäße Ausgleichseinrichtung zwischen den beiden Dichtungssystemen, dass die Zone des Druckaufbaus zwischen dem einen Dichtungssystem, das dem einen Medienraum mit dem Arbeits gas zugewandt ist, einen Druckausgleich in Richtung der Zone des Druck abbaus zwischen dieser Ausgleichseinrichtung und dem anderen Dich tungssystem erfährt, das dem anderen Medienraum mit der Flüssigkeit regel mäßig in Form von Hydrauliköl zugewandt ist. Entgegen der bekannten Lö sung nach der DE 102 48 823 A1 wird keine Druckdifferenz am flüssig keitsseitigen Führungselement zur Vermeidung des Eindringens von Schmutzpartikeln beseitigt, sondern vielmehr ein echter hydrostatischer Druckausgleich zwischen den beiden Dichtungssystemen des Doppeldich tungssystems herbeigeführt, die zu beiden Endbereichen des Trennkolbens hin sich zwischen den beiden Führungssystemen des Trennkolbens befin den. Durch den hydrostatischen Druckausgleich kommt es mithin nicht mehr zu einem unzulässig hohen Druckaufbau im Betrieb, so dass eine Ge räuschbildung ebenso vermieden ist wie eine Extrusion der Dichtungen und/oder ein Klemmen des Trennkolbens im Speichergehäuse.

Auch bewirkt das Fluid in der Druckaufbauzone eine verbesserte Fluid- Schmierung für das Dichtungssystem, das der Seite des Trennkolbens mit dem Arbeitsgas zugewandt ist, was insbesondere eine Rolle spielt, wenn an stelle von gutschmierenden Flüssigkeiten, wie Hydraulikölen, wasserhaltige Flüssigkeiten, wie HFC, zum Einsatz kommen mit demgegenüber deutlich reduzierter Schmierfähigkeit.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Aus gleichseinrichtung in einer Ringnut des Trennkolbens aufgenommen ist und aus einem umlaufenden Dichtungsring gebildet ist, der mit zwei vorsprin genden Ringsegmenten entlang der Innenseite des Speichergehäuses an liegt, die zwischen sich eine Ringkammer begrenzen, die über mindestens einen Ausgleichskanal mit der Innenseite des Dichtungsringes medienfüh rend verbunden aus dem Dichtungsring austritt. Vorzugsweise ist die Wir kungsweise der Ausgleichseinrichtung vergleichbar einem Rückschlagventil mit drosselnder Wirkung, das aus seiner Schließstellung heraus in Richtung des anderen Medienraums mit der Flüssigkeit öffnet. Dergestalt ist eine flüs sigkeitsseitige Dichtung mit Druckentlastungsfunktion und mit einer überra schend besseren Schmierung für die gasseitige Dichtung des Trennkolbens gegenüber dem Speichergehäuse erreicht.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der jeweilige Kanal des Dichtungsringes, ausgehend von der Ringkammer, um einen fiktiven Neigungswinkel von etwa 30° bis 50°, vorzugsweise von 40°, auf den Stützring und in Richtung des Inneren des Kolbens derjenigen Seite zugeneigt ist, die den anderen Medienraum begrenzt. Dadurch ist das Einströmen des Fluids in den Kanal erleichtert, was die angestrebte Kom pensation des Druckes zwischen den drei Dichtungsringen der verschiede nen Dichtungssysteme erleichtert. Das Dichtungsdesign lässt einen minima len Flüssigkeitsübertritt in den Zwischenraum zwischen den Dichtungen zu; gewährleistet jedoch einen sicheren Abbau von sich aufbauenden Drücken zwischen diesen Dichtungen. Insoweit ist mit dem erfindungsgemäßen Kol benspeicher auch erreicht, höhere Geschwindigkeiten mit dem Trennkol ben zu fahren. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der sonstigen Un teransprüche.

Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Kolbenspeicher anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei stellt in prinzipieller und nicht maßstäbli- eher Darstellung die

Lig. 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt durch einen erfin dungsgemäßen Kolbenspeicher dar, der der Einfachheit halber den Trennkolben ohne Lührungs-, Dichtungs- und Ausgleichs einrichtung zeigt;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teilausschnitt des in dem Kolbenspeicher geführten Trennkolbens dar, der der Einfachheit halber ohne Ausgleichseinrichtung gezeigt ist, die ansonsten in dem dargestellten Platzhalter als eine Art Leerstelle aufgenom men ist; und

Lig. 3 einen gegenüber Lig. 2 vergrößerten Teilausschnitt dar mit der im Trennkolben an der Stelle des Platzhalters nach der Lig. 2 aufgenommenen Ausgleichseinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenspeicher mit einem Speicher gehäuse 4, das einen sich entlang seiner Längsachse 6 erstreckenden, zy lindrischen Innenraum 8 aufweist, und einen darin längsverfahrbar geführ ten Trennkolben 10. Der Trennkolben 10 separiert im Speichergehäuse 4 einen Medienraum 12 von einem anderen Medienraum 14 und weist ein Doppeldichtungssystem 16 (Fig. 2) auf. Ein Dichtungssystem 18 des Dop peldichtungssystems 16 ist dem einen Medienraum 12 und das andere Dichtungssystem 20 des Doppeldichtungssystems 16 ist dem anderen Medi enraum 14 nächstliegend. Zwischen den beiden Dichtungssystemen ist eine Ausgleichseinrichtung 22 (Fig. 3) zumindest teilweise im Trennkolben 10 aufgenommen. Zur Vermeidung eines unerwünschten Druckaufbaus wäh rend des Betriebes ermöglicht die Ausgleichseinrichtung 22 einen hydrosta tischen Druckausgleich zwischen den beiden Dichtungssystemen 18, 20.

Das zylindrische Speichergehäuse 4 ist an seinem einen Ende 21 durch ei nen mittels Umbördelung 24 festgelegten Endeinsatz 26 abgeschlossen, der einen konzentrisch angeordneten Gas-Füllanschluss 28 aufweist, über den der durch den Einsatz 26 mitbegrenzte eine Medienraum 12 mit einem un ter einem Vorfülldruck stehenden Arbeitsgas 30 befüllbar ist. Am entgegen gesetzten Ende 31 ist das Speichergehäuse 4 durch einen weiteren Endein satz 32 abgeschlossen, der ebenfalls mittels einer Umbördelung 24 festge legt ist und eine zentrale Öffnung 34 für eine in den Figuren nicht gezeigte Fluidführung eines hydraulischen Kreises aufweist. Jeder Endeinsatz 26, 32 weist an seinem Außenumfang eine Ringnut 36 auf, in der ein Dichtring 38 vorgesehen ist, der den jeweiligen Endeinsatz 26, 32 gegenüber dem Spei chergehäuse 4 abdichtet. Der eine Medienraum 12 enthält als Arbeitsgas 30 Stickstoff und der andere Medienraum 14 eine Flüssigkeit 40 in Form von Hydraulik-Öl 42.

Der Trennkolben 10 ist an seinen beiden freien Endbereichen mittels je weils eines umlaufenden Führungsbandes 44, 52 (Fig. 2) im Speicherge häuse 4 im Wesentlichen geführt. Die Führungsbänder 44, 52 sind jeweils in einer umlaufenden Ringnut 46 am Außenumfang 48 des Trennkolbens 10 aufgenommen, zwischen denen das Doppeldichtungssystem 16 ange- ordnet ist. So ist das eine Dichtungssystem 18 in Richtung des Flüssigkeits raums 14 zu dem einen Führungsband 44 axial versetzt in einer Ringnut 50 am Außenumfang 48 des Trennkolbens und das andere Dichtungssystem 20 in Richtung des Gasraums 12 zu dem anderen Führungsband 52 axial versetzt in einer Ringnut 50 am Außenumfang 48 des Trennkolbens aufge nommen, wobei das eine 18 und das andere 20 Dichtungssystem zudem axial voneinander beabstandet sind. Auch die Ausgleichseinrichtung 22, die als eine Art umlaufender Dichtungsring 56 angesehen werden kann und zwischen den beiden Dichtungssystemen 18, 20 angeordnet ist, ist in einer Ringnut 58 am Außenumfang 48 des Trennkolbens aufgenommen.

Die am Außenumfang 48 in dem Trennkolben 10 eingebrachte Ringnut 58 zur Aufnahme der Ausgleichseinrichtung 22 ist in Bezug auf die axiale Länge des Trennkolbens 10 in seinem Mittenbereich 60 vorgesehen, vor zugsweise mittig zwischen den beiden freien, einander gegenüberliegenden Stirnseiten 62, 64 des Trennkolbens 10 angeordnet. Die am Außenumfang 48 des Trennkolbens vorgesehenen Ringnuten 46, 50, 58 für die Ausgleich seinrichtung 22, ein jeweiliges Dichtungssystem 18, 20 und ein jeweiliges Führungsband 44, 52 sind im Querschnitt als Mehreck mit rechtwinklig auf einander stehenden Wänden 66, 68 ausgebildet. Dabei weisen die Ringnu ten 46, 50 für die Führungsbänder 44, 52 und das dem Gasraum 12 nächst- liegende Dichtungssystem 18 einen Nutgrund 66 auf, der in Axialrichtung gesehen breiter ausgebildet ist als deren ringförmige Seitenwände 68 in Ra dialrichtung gesehen hoch sind. Im Gegensatz dazu weisen die Ringnuten 50, 58 für die Ausgleichseinrichtung 22 und das dem Flüssigkeitsraum 14 nächstl iegende Dichtungssystem 20 ringförmige Seitenwände 68 auf, die in Radialrichtung gesehen höher sind als deren Nutgrund 66 in Axialrichtung gesehen breit ist. Der Dichtungsring 56 der Ausgleichseinrichtung 22 weist zwei vorsprin gende Ringsegmente 70, 72 auf, die zur Abdichtung des Gasraumes 12 ge genüber dem Flüssigkeitsraum 14 mit der Innenwand 74 des Speicherge häuses 4 in Anlage sind. Die Ringsegmente 70, 72 begrenzen zwischen sich eine Ringkammer 76, die über mindestens einen Ausgleichskanal 78 mit der Innenseite 80 des Dichtungsringes 56 medienführend verbunden aus dem Dichtungsring 56 in die Ringnut 58 zur Aufnahme der Ausgleichs einrichtung 22 austritt.

Die Zone 82 des Druckaufbaus liegt zwischen dem einen Dichtungssystem 18, das dem Gasraum 12 nächstliegend ist, und der Ausgleichseinrichtung 22. Die Zone 84 eines möglichen Druckabbaus liegt zwischen der Aus gleichseinrichtung 22 und dem anderen Dichtungssystem 20, das dem Flüs sigkeitsraum 14 nächstliegend ist. Die Wirkungsweise der Ausgleichsein richtung 22 ist annähernd vergleichbar einem Rückschlagventil mit dros selnder Wirkung, das aus seiner Schließstellung heraus in Richtung des Flüssigkeitsraums 14 öffnet.

Der am Trennkolben 10 umlaufende Dichtungsring 56 der Ausgleichsein richtung 22 stützt sich auf seiner Innenseite 80 an einem umlaufenden Stützring 86 ab, der in der Ringnut 58 für die Ausgleichseinrichtung 22 mit aufgenommen ist. Der Stützring 86 ist als elastomerer O-Ring ausgebildet und dient als Vorspannelement für den Dichtungsring 56 der Ausgleichsein richtung 22. Der den O-Ring umgreifende Dichtungsring 56 der Ausgleichs einrichtung 22 ist bevorzugt aus PTFE(Polytetrafluorethylen)-Material gebil det, kann aber alternativ auch aus einem Thermoplast- oder PU(Po- Iyurethan)-Material gebildet sein. Die Dichtringe 18, 20 des Doppeldich tungssystems 16 sind gleichfalls aus einem dieser Materialien gebildet.

Die mittels des Dichtungsringes 56 der Ausgleichseinrichtung 22 in Kombi nation mit dem Stützring 86 gebildete Abdichtung zwischen den beiden Medienräumen 12, 14 über den Trennkolben 10 nebst dem Speicherge häuse 4 zeichnet sich durch eine hohe Dichtwirkung, eine geringe Reibung ohne Stick-Sl i p-Effekt, minimale Losbrechkräfte und eine hohe Verschleiß festigkeit sowie Temperaturbeständigkeit aus.

Der Winkel zwischen den in Radialrichtung verlaufenden Seitenwänden 68 der Ringnut 58 für die Ausgleichseinrichtung 22 und dem jeweiligen in den Dichtungsring 56 eingebrachten Kanal 78 beträgt etwa 40°, wobei der Ka nal 78 ausgehend von der Ringkammer 76 in Richtung des Kolbeninneren, also in Richtung des Stützringes 86, schräg zu der Radialrichtung verlaufend derjenigen Stirnseite 64 des Kolbens 10 zugeneigt ist, die den Flüssigkeits raum 14 mit begrenzt. Anstelle des in Fig. 3 gezeigten einzelnen Kanals 78 können auch mehrere Kanäle, aber auch sonstige Unterbrechungen, wie eine Perforation, in den Dichtungsring 56 der Ausgleichseinrichtung 22 ein gebracht sein. Vorzugsweise sind die Kanäle dann diametral einander ge genüberliegend zur Längsachse 6 des Speichers angeordnet.

Das eine Ringsegment 70 des Dichtungsringes 56 der Ausgleichseinrich tung 22, das dichtlippenartig ausgebildet und dem Raum 12 mit dem Ar beitsgas 30 benachbart ist, bildet eine kleinere Anlagefläche mit der Innen wand 74 des Speichergehäuses 4 als die nachfolgende Anlagefläche des weiteren Ringsegments 72, das ballig ausgebildet und dem Flüssigkeitsraum 14 benachbart ist. Der Querschnitt der durch das eine 70 und das andere 72 Ringsegment mitbegrenzten Ringkammer 76 ist trapezförmig ausgebil det.

Ein Trennkolben 10 mit drei unabhängig voneinander arbeitenden Dich tungssystemen 16, 22 mit Dichtungsringen 18, 20, 56 im Sinne der erfin dungsgemäßen Lösung erlaubt auch andere Befüllungen der über den Trennkolben 10 voneinander separierten Medienräume 12, 14 im Speicher- gehäuse 4, also neben gas/flüssig auch flüssig/flüssig, gas/gas oder flüs- sig/gas. Durch einfaches Umdrehen der Richtung des druckführenden Ka nals 78 lässt sich die Druckausgleichsfunktion, wie oben beschrieben, um kehren.