DE2724432A1

DE2724432A1 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2724432A1
Application number: DE19772724432
Authority: DE
Inventors: Ulf Christer Bergman
Original assignee: United Stirling AB and Co
Current assignee: United Stirling AB and Co
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US4146237A

Description

Dichtungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung zum Verhindern eines Gasaustrittes aus einer Kammer, die Gas unter einem hohen Druck enthält, bei einer sich geradlinig hin- und herbewegenden Kolbenstange, mit einem Abstreifring, der eine Weiterleitung des Schmieröls längs der Kolbenstange in die Kammer verhindert.
Bekanntlich kann eine derartige Dichtungsvorrichtung eine Einrichtung aufweisen, die in kombinierter Form ein Ableiten des durch den Abstreifring angcsammelten Öles und eines'durch den Abstreifring austretenden Gases gestattet. In vielen Anwendungsfällen ist es von Vorteil, das ausgetretene Gas in die Hochdruckkammer zurückzupumpen, nachdem das enthaltene öl abgetrennt worden ist. Eine solche Anordnung weist den Nachteil auf, daß der ölabscheider in Intervallen arbeiten muß.
Die Er.:indung zielt daher darauf ab, eine Dichtungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher keine Abtrennung von öl und Gas erforderlich ist.
Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Dichtungsvorrichtung, die einen Gasaustritt aus einer Kammer, die Gas unter hohem Druck enthält, bei einer geradlinig sich hin und her bewegenden Kolbenstange, verhindert, mit einem Abstreifring, der ein Weiterleiten des Schmieröles längs der Kolbenstange in die Kammer verhindert, dadurch aus, daß der Abstreifring an einen ölsammelraum angrenzt, der einen Ölauslaß aufweist, in welchem ein Ventil angeordnet ist, das öl durch den Ölauslaß nur dann durchläßt, wenn der Druck in dem ölsammelraum den Gasdruck in der Kammer überschreitet.
Vorzugsweise grenzt der ölsammelraum ebenfalls an eine federnd nachgiebige Dichtungskappe an, die ständig gegen die Kolbenstange angedrückt wird, und hierbei sind Einrichtungen vorgesehen, die eine ölzuführung zu der Fläche der Kolbenstange gestatten, die daran angrenan und an der Niederdruckseite der Dichtungskappe liegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Leitung vorgesehen, die von einem Hohlraum, der mit Gas aus der Kammer aufgefüllt ist, zu dem Ventil führt, um zu erreichen, daß das Ventil einem Gasdruck ausgesetzt ist, der durch den öldruck innerhalb des ölsammelraumes zu überwinden ist, bevor das Ventil öffnet. Das Ventil weist ferner einen Ventilsitz und eine Membrane auf, die sich gegen den Ventilsitz anlegen kann und der einerseits dem Druck in dem ölsammelraum und andererseits dem Gasdruck ausgesetzt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die einziRe Figur zeigt eine Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Vertikalschnittansicht.
In der einzigen Figur ist ein Gehäuse 1 gezeigt, das einen Teil einer Wandung bildet, die eine Kammer 2, welche Gas unter einem hohen Druck enthält, von einem Raum 3 abteilt, der Gas unter einem wesentlich niedrigeren Druck enthält. Eine Kolbenstange 4 verläuft durch eine Öffnung in dem Gehäuse 1. Die Öffnung umfaßt ein oberes zylindrisches Teil 5 mit einer Kopfdichtung 6, einen dazwischen liegenden zylindrischen Hohlraum 7 mit großen Durchmesser und einen unteren zylindrischen Teil 8 mit einer Ausnehmung 9 zur Schmierung und Kühlung des über einen Kanal 10 zugeführten Öles. Eine federnd nachgiebige Dichtungskappe aus glasfaserverstärktem Polytetrafluoräthylen umgibt die Kolbenstange 4. Die Dichtungskappe 11 ist zwischen Metallringen 12 und 13 eingekeilt, wobei der untere Metallring 12 in Eingriff mit einer Schulterfläche kommt, die den Raum 7 begrenzt. Ein 0-Ring 14 verhindert einen Gasaustritt zwischen dem Ring 12 und der benachbarten Fläche des Gehäuses 1. Die Ringe 12 und 13 weisen konisch kegelstumpfförmig ausgebildete Flächen auf, die zur Anlage gegen die Dichtungskappe 11 kommen,und eine axiale Druckkraft von einer Feder 15 wird ständig über die konisch kegelstumpfförmig ausgebildeten Flächen übertragen. Auf diese Art und Weise wird die Dichtungskappe 11 ständig gegen die Kolbenstange 4 angedrückt.
Ein Abstreifring 16 ist zwischen den entsprechenden konisch kegelstumpfförmig ausgebildeten Flächen an dem oberen Ring 13 und einer Federhalterung 17 eingekeilt. Der Spitzenwinkel der konisch ausgebildeten Fläche des oberen Ringes 13, die in Eingriff mit dem Abstreifring 16 kommt, ist etwas kleiner bemessen als der Spitzenwinkel der konischen Eingriffsfläche der Federhalterung 17. Auf diese Art und Weise ist der Abstreifring 16, der die Kraft von der Feder 15 überträgt, in Berührung mit der Kolbenstange 4 eingekeilt. Der Kopfdichtung 6 kommt keine bedeutende Dichtungsfunktion zu, Jedocll stellt sie sicher, daß der Druck im Hohlraum 7 wenigstens ungefähr dem mittleren Druck in der Kammer 2 entspricht, insbesondere dann, wenn plötzliche zyklische Druckänderungen in der Kammer 2 auftreten. Im allgemeinen ist der Druck im Hohlraum 7 gleich dem in der Kammer 2.
Der Ring 13 weist einen Ringraum 18 und einen radial verlaufenden Kanal 19 auf, der zu der Kammer 20 führt, die durch eine Membrane 21 begrenzt wird. Die Membrane 21 dient als ein Ventilelement und kommt zur Anlage gegen einen Ventilsitz 22, der eine Öffnung eines Auslaßkanales 23 umgibt. Die Membrane 21 begrenzt ebenfalls eine Kammer 24, die mit dem Raum 7 über einen Kanal 25 in Verbindung steht. Zwei 0-Ringe 26 verhindern einen Austritt zwischen dem Raum 7 und dem Kanal 19. Eine Axialbohrung 27 in dem Ring 13 stellt sicher, daß ein gleicher Gasdruck in allen Abschnitten des Hohlraums 7 herrscht.
Die Kammer 20, der Kanal 19, der Ringraum 18 und das geringe Spiel zwischen dem Ring 13 und der Kolbenstange 4 bilden zusammen einen Ölsammelraum, der an den Abstreifring 16 und die Dichtungskappe 11 angrenzt und durch diese axial begrenzt wird.
Die Betriebsweise der dargestellten Dichtungsvorrichtung ist wie folgt: Im Betriebszustand bewegt sich die Kolbenstange 4 in Achsrichtung hin und her. Öl wird über den Kanal 10 zugeführt, und es bildet sich ein Ölfilm an der Fläche der Kolbenstange 4.
Der Großteil des Ölfilmes wird durch die DicKtungskappe 11 abgestreift, Jedoch bleibt ein dünner Ölfilm erhalten, der sich durch die Dichtungskappe 11 erstreckt und den Ringraum 18 erreicht. Der Abstreifring 16 unterbindet jede Weiterführung des Öls längs der Kolbenstangenfläche, und somit sammelt sich Öl in dem Ölsammelraum mit dem Ringraum 18 allmählich mit geringer Geschwindigkeit an. Der Öldruck in dem Ringraum 18, dem Kanal 19 und der Kammer 20 nimmt zu, bis er einen Wert erreicht, der ausreicht, um die Membrane 21 von dem Ventilsitz 22 um die Öffnung des Auslaßkanales 23 anzuheben.
Der maximale Öldruck in der Kammer 20 ist durch den Gasdruck in dem Raum 7 vorgegeben, wobei der Gasdruck zu der Kammer 24 über den Kanal 25 übertragen wird. Die Wirkfläche der Membrane 21, die der Kammer 4 zugewandt ist, ist etwas größer bemessen als die Wirkfläche, die der Kammer 20 zugewandt ist, was zur Folge hat, daß der Öldruck in dem Ringraum 18 geringfügig niedriger als der Gasdruck in dem Raum 7 ist.
Der Abstreifring 16 dient somit als eine Dichtung gegen die Bewegung des Öles in Richtung auf den Raum 7. Selbstverständlich ist die Differenz zwischen dem Öldruck in dem Ringraum 18 und dem Gasdruck in dem Raum 7 verhältnismäßig beträchtlich kleiner als die Differenz zwischen dem Gasdruck in dem Raum 7 und in dem Raum 3. Es ist weiterhin wesentlich einfacher, eine zuverlässige Dichtung gegen ein Ausströmen einer Flüssigkeit zu erzielen, als gegen eine Ausströmung eines Gases, insbesondere wenn das Gas kleine Moleküle oder Atome (Helium oder Wasserstoff) enthält.
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Claims

Patentansprüche 3 Dichtungsvorrichtung, die einen Gasaustritt aus einer Kammer, die Gas unter einem hohen Druck enthält, bei einer sich geradlinig hin und her bewegenden Kolbenstange verhindert, mit einem Abstreifring, der ein Weiterleiten des Schmieröles.längs der Kolbenstange in die Kammer verhindert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Abstreifring (16) an einen Ölsammelraum angrenzt, der einen Ölauslaß (19,20,24,23) enthält, in welchem ein Ventil (21,22) angeordnet ist, das öl durch den ölauslaß (19,20,24,23) nur dann durchläßt, wenn der Druck in dem ölsammelraum den Gasdruck in der Kammer (2) überschreitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ölsammelraum ebenfalls an eine federnd nachgiebige Dichtungskappe (11) angrenzt, die ständig gegen die Kolbenstange (4) angedrückt wird, und daß Einrichtungen (10, 9) vorgesehen sind, die öl zu der Fläche der Kolbenstange (4) zuführen, die der Dichtungskappe (11) benachbart und auf der Niederdruckseite der Dichtungskappe (11) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (25) vorgesehen ist, die von einem Raum (7), der mit Gas aus der Kammer (2) aufgefüllt ist, zu dem Ventil (21,22) führt, so daß das Ventil dem Gasdruck ausgesetzt ist, der durch den Druck in dem Ölsammelraum überschritten werden muß, bevor das Ventil (21,22) öffnet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen Ventilsitz (22) und eine Membrane (21) umfaßt, die zur Anlage gegen den Ventilsitz (22) bringbar ist und einerseits dem Druck in dem Ölsammelraum und andererseits dem Gasdruck ausgesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölsammelraum einen Ring raum (18) in einem Ring (13) aufweist, der zwei konisch ausgebildete Flächen aufweist, die entsprechend mit dem Abstreifring (16) und der Dichtungskappe (11) in Eingriff kommen.