DE1550050C3 - Vorrichtung mit mindestens einer als Rollmembran ausgebildeten Abdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die mindestens eine als Rollmembran ausgebildete Abdichtung zwischen zwei koaxial angeordneten gegeneinander bewegbaren Elementen enthält und die einen Raum, in dem sich ein Gas, und einen Raum, in dem sich wenigstens im normalen Betrieb eine Flüssigkeit befindet, voneinander trennt, wobei die Rollmembran mit der konkaven oder konvexen Seite dem Gasraum zugekehrt ist und die Vorrichtung Pump-

mittel enthält, um dem betreffenden Flüssigkeitsraum Flüssigkeit zuzuführen, und ferner eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, um Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum abzuführen, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt bzw. einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt.

Bekannte Vorrichtungen der beschriebenen Art sind z.B. Heißgaskolbenmaschinen, Verdichter usw.

Bei diesen Maschinen ist eine Rollmembranabdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorhanden, die verhüten soll, daß einerseits gasförmiges Mittel aus dem Arbeitsraum wegleckt und andererseits Verunreinigungen, wie Schmiermittel, in den Arbeitsraum gelangen.

Die Rollmembran begrenzt dabei mit ihrer vom Arbeitsraum abgekehrten Seite einen Flüssigkeitsraum. Diesem Raum kann durch Pumpmittel Flüssigkeit zugeführt werden, wobei eine Regelvorrichtung dafür sorgt, daß so viel Flüssigkeit aus dem Raum abgeführt wird, daß bei einer Rollmembran, die dem Gasraum ihre konkave Seite zukehrt, die Druckdifferenz über der Rollmembran nicht unter einen bestimmten Mindestwert absinkt und daß bei einer Rollmembran, die dem Gasraum die konvexe Seite zukehrt, diese Druckdifferenz einen bestimmten Höchstwert nicht übersteigt.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen kann der Fall eintreten, daß aus irgendeinem Grunde die Pumpmittel nicht genügend Flüssigkeit zuführen. Dabei nimmt die Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsraum durch Leckage ab. Dies bedeutet, daß bei einer konkaven Membran die Druckdifferenz über der Rollmembran zunimmt und auf die Dauer so groß wird, daß die Rollmembran schadhaft wird. Bei einer konvexen Membran dagegen nimmt die Druckdifferenz ab, wodurch in einem gewissen Augenblick die Rollmembran nicht mehr gestreckt ist, was zur Faltenbildung und dadurch zur Schädigung der Rollmembran führt.

Bei den bekannten Vorrichtungen sind die Pumpmittel meistens unmittelbar mit der Welle dieser Vorrichtungen gekuppelt. Beim Stillstand der Vorrichtungen wird somit keine Flüssigkeit mehr zugeführt. Es leckt jedoch während des Stillstands Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum weg. Wenn die Vorrichtung wieder in Betrieb gesetzt wird, ist deshalb anfangs keine oder nicht genügend Flüssigkeit für die Abstützung der Rollmembran vorhanden. Wenn im Arbeitsraum sofort der erwünschte Betriebsdruck herrscht, bedeutet dies, daß die Druckdifferenz über der Rollmembran einen unzulässigen Wert hat. Aus diesem Grunde war es bisher unmöglich, die Vorrichtung sofort mit dem erwünschten Betriebsdruck in Betrieb zu setzen.

Die Erfindung bezweckt, eine mit einer Rollmembranabdichtung versehene Vorrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, die ohne weiteres mit dem erwünschten Betriebsdruck in Betrieb gesetzt werden kann, ohne daß dabei die Rollmembran unzulässig beansprucht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Flüssigkeitsraum über einen Verbindungskanal mit einem Raum verbunden ist, in dem sich Gas und/oder Flüssigkeit befindet, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, um, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt bzw. bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt, Mittel aus dem erwähnten Raum in den Flüssigkeitsraum zu bringen.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Druckdifferenz über der Rollmembran zu groß bzw. zu klein wird, wird dem Flüssigkeitsraum unter der Rollmembran zusätzliches Mittel zugeführt, so daß jederzeit eine gute Abstützung der Rollmembran erreicht wird. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung sofort mit dem erwünschten Betriebsdruck anlaufen zu lassen, während weiter ein Schutz vor im Betrieb auftretenden Störungen in der Flüssigkeitszufuhr zum Flüssigkeitsraum erhalten wird, durch die in diesem Raum ein Flüssigkeitsmangel auftreten und die Druckdifferenz über der Rollmembran zu groß bzw. zu klein werden könnte. Die Vorrichtungen zur Zufuhr zusätzlichen Mittels zum Flüssigkeitsraum können aus einer Pumpe bestehen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Druck des Mittels im erwähnten Raum stets höher als der Druck im Flüssigkeitsraum, wobei im Verbindungskanal ein regelbares Abschlußglied vorgesehen ist, das sich öffnet, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt bzw. bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt. Das Abschlußglied kann dabei aus einem federbelasteten Rückschlagventil oder einem durch die Druckdifferenz über die Rollmembran gesteuerten Absperrventil bestehen. Das Mittel fließt infolge der herrschenden Druckdifferenz selbsttätig in den Flüssigkeitsraum.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung steht der Flüssigkeitsraum über den Verbindungskanal in offener Verbindung mit dem erwähnten Raum, in dem sich Flüssigkeit unter einem Druck befindet, der stets nahezu gleich dem Druck im Gasraum abzüglich bzw. zuzüglich des erwünschten Differenzdrucks über der Rollmembran ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Rollmembran dem Gasraum ihre konkave Seite zukehrt, schließt sich der erwähnte, an den Flüssigkeitsraum angeschlossene mit einem Abschlußglied versehene Verbindungskanal am anderen Ende unmittelbar an den durch die Rollmembran abgedichteten Gasraum an. Bei dieser Vorrichtung wird, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen Höchstwert übersteigt, d. h., wenn nicht genügend Flüssigkeit im Flüssigkeitsraum vorhanden ist, zeitweilig statt einer Flüssigkeitsabstützung eine Gasabstützung angewandt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Rollmembran dem Gasraum ihre konvexe Seite zukehrt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte, an den Flüssigkeitsraum angeschlossene, mit einem Abschlußglied versehene Verbindungskanal am anderen Ende an einen völlig mit Flüssigkeit gefüllten weiteren Raum angeschlossen ist, der durch eine frei bewegliche Wand oder einen frei beweglichen Wandteil vom durch die Rollmembran abgedichteten Gasraum getrennt ist. Somit steht die Flüssigkeit in diesem zusätzlichen Raum unter einem Druck, der gleich dem im abgedichteten Gasraum herrschenden Druck ist. Wenn jetzt die Druckdifferenz über der Rollmembran den eingestellten Höchstwert übersteigt, wird

das Abschlußglied im Verbindungskanal geöffnet, so benförmige Körper mit einer Kolbenstange versehen daß Flüssigkeit aus dem Zusatzraum in den Flüssig- ist, die durch die Wand des Pufferraums hindurchgekeitsraum gedrückt wird. Auch hier wird erreicht, führt ist, und wobei sowohl zwischen dem kolbenfördaß die Druckdifferenz über der Rollmembran stets migen Körper und dem Zylinder als auch zwischen in den gewünschten Schranken bleibt. 5 der Kolbenstange und der Wand des Pufferraums

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungs- eine Abdichtung vorhanden ist, ist dadurch gekennform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der zeichnet, daß nur die Abdichtung zwischen der KoI-die Rollmembran dem Gasraum ihre konvexe Seite benstange und der Wand des Pufferraums als eine zukehrt, schließt sich der erwähnte, an den Flüssig- Rollmembran ausgebildet ist, wobei der an den Flüskeitsraum angeschlossene, mit einem Abschlußglied io sigkeitsraum unter der Rollmembran angeschlossene, versehene Verbindungskanal am anderen Ende an mit einem Abschlußglied versehene Verbindungskaeinen Behälter an, in dem sich Gas und/oder Flüssig- nal am anderen Ende in den Pufferraum mündet, keit unter einem Druck befindet, der mindestens Diese Vorrichtung kann jederzeit, auch wenn im gleich dem Druck im abgedichteten Gasraum zuzüg- Flüssigkeitsraum nicht genügend Flüssigkeit zur Ablich des mindestzulässigen Differenzdrucks über der 15 Stützung der Rollmembran vorhanden ist, sofort mit Rollmembran ist. Wenn die Rollmembran dem Gas- dem erwünschten Arbeitsdruck im Arbeitsraum und raum ihre konvexe Seite zukehrt, muß der Druck im im Pufferraum in Betrieb gesetzt werden. In diesem Flüssigkeitsraum immer um einen bestimmten Betrag Fall öffnet sich das Abschlußglied im Verbindungshöher als der im abgedichteten Gasraum sein. Dies kanal, und die Rollmembran wird zeitweilig durch bedeutet, daß wenn diesem Raum ein Mittel züge- 20 Gas unter dem im Pufferraum herrschenden Druck führt werden soll, dieses Mittel unter einem Druck abgestützt. Nach einiger Zeit haben die Pumpmittel zugeführt werden können muß, der höher als der er- genug Flüssigkeit zugeführt, und die Rollmembran wünschte Druck in diesem Raum ist. Um das zu er- wird nun durch Flüssigkeit abgestützt,
reichen, ist gemäß der Erfindung ein gesonderter Be- Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erhälter vorgesehen, in dem der erwünschte hohe 25 findungsgemäßen Vorrichtung ist als eine Heißgas-Druck herrscht. kolbenmaschine vom Verdrängertyp ausgebildet und Um dafür zu sorgen, daß unmittelbar nach dem enthält mindestens einen Zylinder mit einem in ihm öffnen des Abschlußgliedes im erwähnten Verbin- bewegbaren Kolben und gegebenenfalls einen Verdungskanal der Druck im Flüssigkeitsraum den er- dränger zur Änderung der Volumina eines Kompreswünschten Wert annimmt, ist gemäß einer weiteren 30 sions- und eines Expansionsraumes mit unterschied-Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin- liehen mittleren Temperaturen, die miteinander in dung der Verbindungskanal so ausgebildet, daß er Verbindung stehen, wobei sich in dieser Verbindung einen geringen Strömungswiderstand hat. ein Regenerator befindet, durch den ein Arbeitsmit-Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungs- tel hin- und herströmen kann und der Kolben mit form der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der 35 seiner vom Arbeitsraum abgekehrten Seite einen Pufsich der erwähnte, an den Flüssigkeitsraum ange- ferraum mit einem derartigen Volumen begrenzt, daß schlossene Verbindungskanal am anderen Ende an die von der Kolbenbewegung herbeigeführten VoIueinen gasgefüllten Raum anschließt, ist die erwähnte menänderungen nahezu keine Druckänderung zur Regeleinrichtung auch im Verbindungskanal aufge- Folge haben, wobei der Kolben mit einer durch die nommen. Dies hat den Vorteil, daß das als zeitweili- 40 Wand des Pufferraumes hindurchgeführten Kolbenges Abstützmittel benutzte Gas nach der Inbetrieb- stange und der Verdränger mit einer durch den Kolsetzung der Pumpmittel wieder als erstes aus dem ben und die Kolbenstange hindurchgeführten Ver-Flüssigkeitsraum abgeführt wird. drängerstange verbunden ist und wobei Abdichtun-Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der er- gen zwischen dem Kolben und dem Zylinder, zwifindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekenn- 45 sehen der Kolbenstange und der Wand des Pufferzeichnet, daß, während sich der erwähnte an den raumes und zwischen dem Kolben und der Ver-Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal drängerstange vorgesehen sind. Diese Vorrichtung ist am anderen Ende an einen gasgefüllten Raum an- dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischließt, wenigstens dann, wenn das Abschlußglied sehen der Kolbenstange und der Pufferraumwand die geöffnete Stellung einnimmt, im durch die Roll- 5° aus einer Rollmembranabdichtung besteht, wobei die membran abgedichteten Gasraum nahezu keine Abdichtung zwischen dem Kolben und der Ver-Druckschwankungen auftreten. Weil Gas eine ge- drängerstange aus einer nicht hermetischen Abdichwisse Kompressibilität hat, wird, wenn im abgedich- tung und einer Rollmembranabdichtung besteht, woteten Raum Druckschwankungen auftreten, auch das bei der Raum zwischen diesen beiden Abdichtungen Gas im Flüssigkeitsraum abwechselnd stärker oder 55 in offener Verbindung mit dem Pufferraum steht und weniger stark zusammengedrückt, so daß Volumen- wobei die beiden unter den Rollmembranen vorhanänderungen auftreten, durch die die Rollmembran denen Flüssigkeitsräume miteinander in offener Verstärker oder weniger stark gedehnt wird, was ihre bindung stehen, wobei sich an wenigstens einen die-Lebensdauer beeinträchtigt. ser Flüssigkeitsräume der erwähnte mit einem Ab-Eine weitere Ausführungsform der erfindungsge- 60 schlußglied versehene Verbindungskanal anschließt, mäßen Vorrichtung, die mindestens einen Zylinder der diese Räume mit dem Pufferraum verbindet. Auf mit einem darin bewegbaren kolbenförmigen Körper diese Weise ergibt sich eine völlig zufriedenstellende enthält, der mit einer Seite das Volumen eines Ar- Abdichtung einer Heißgaskolbenmaschine vom Verbeitsraumes zu ändern vermag und mit der anderen drängertyp, die ohne Nachteile für die Rollmembra-Seite einen Pufferraum mit solch einem Volumen be- 65 nen sofort mit dem erwünschten Betriebsdruck in grenzt, daß die durch die Kolbenbewegung erzeugten Betrieb gesetzt werden kann, wobei, wenn sich unter Volumenänderungen nahezu keine Druckänderungen den Rollmembranen nicht genügend Flüssigkeit bein diesem Pufferraum herbeiführen, wobei der kol- findet, diese zeitweilig vom Gas aus dem Pufferraum

abgestützt werden. Weil im Pufferraum nahezu keine bei je nach der Lage der Membran 12 eine Leitung Druckänderungen auftreten, beeinträchtigt diese Gas- 20 entweder abschließen oder öffnen kann, abstützung die Rollmembranen nicht. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie

Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Erfin- folgt: Bei normalem Betrieb führt der Ölpumpring9 dung es auf sehr einfache Weise ermöglicht, Vorrich- 5 dem Flüssigkeitsraum 6 Öl zu. Dadurch nimmt das tungen, die durch Flüssigkeit abgestützte Rollmem- Volumen des im Raum 6 befindlichen Öls zu, was branabdichtungen enthalten, sofort mit den er- zur Folge haben würde, daß die Druckdifferenz über wünschten Betriebsdrücken in Betrieb zu setzen, der Rollmembran 5 abnehmen würde. Die Membran während diese Maßnahme im Betrieb beim Auftreten 12 in der Regeleinrichtung 10 steht unter der Einwirvon Störungen in der Zufuhr von Flüssigkeit in den io kung einer Druckfeder 22, die so eingestellt ist, daß Flüssigkeitsraum unter den Rollmembranen als Si- das Ventil 18 die Flüssigkeitsableitung 17 freigibt, cherung wirkt, so daß diese Rolimembranen nicht wenn die Druckdifferenz zwischen dem Gas im einer übermäßigen Druckdifferenz ausgesetzt wer- Raum 4 und der Flüssigkeit im Raum 6 einen beden. stimmten Wert, z. B. 5 atm, erreicht hat. Das dann

' Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 15 noch vom Pumpring 9 zugeführte Öl verschwindet Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden somit sofort durch die Ölableitung 17 aus dem näher beschrieben. Es zeigen Raum 6. Diese sogenannte Durchspülung des Öls im

Fig. 1, 2 und3 schematisch im Schnitt drei Aus- Raum6 hat den Vorteil, daß etwaiges durch die führungsformen von Vorrichtungen, die mit durch Rollmembran hindurchdiffundiertes Gas mit dem abFlüssigkeit abgestützten Rollmembranabdichtungen 20 geführten Öl aus dem Raum 6 verschwindet, so daß versehen sind, wobei jeweils die Rollmembran dem keine Gefahr besteht, daß zu einem bestimmten Zeitabgedichteten Gasraum ihre konkave Seite zukehrt, punkt das diffundierte Öl die Sättigungskonzentra-F i g. 4 und 5 schematisch im Schnitt zwei Ausfüh- tion überschreitet, wodurch Dampfblasen gebildet rungsformen von Vorrichtungen, die mit durch Flüs- werden würden, was die Abstützung der Rollmemsigkeit abgestützten Rollmembranabdichtungen ver- 25 bran 5 etwas nachgiebig machen würde. Auf diese sehen sind, wobei jeweils die Rollmembran dem Gas- Weise wird verhütet, daß die Druckdifferenz über raum ihre konvexe Seite zukehrt, der Rollmembran 5 kleiner als ein eingestellter Min-

F i g. 6 schematisch eine mit einer Rollmembran- destwert wird.

abdichtung versehene Vorrichtung, bei der, wenn die Beim Stillstand der Vorrichtung leckt die Flüssig-

Druckdifferenz über die Rollmembran unter einen 30 keit aus dem Raum 6 langsam weg. Wenn nachher bestimmten Wert absinkt, mit Hilfe einer zusätzli- die Vorrichtung dennoch sofort mit dem erwünschchen Pumpe dem Raum unter der Rollmembran ten Arbeitsdruck im Raum 4 in Betrieb gesetzt wer-Flüssigkeit zugeführt wird, den soll, ist für die Abstützung der Rollmembran 5

F i g. 7 und 8 schematisch und nicht maßstabge- keine Flüssigkeit vorhanden, so daß über der Rollrecht zwei Ausführungsformen von Heißgaskolben- 35 membran eine sehr große Druckdifferenz auftritt, maschinen vom Verdrängertyp, die mit einem Puffer- Dies wird bei der Vorrichtung nach F i g. 1 dadurch raum unter dem Kolben versehen sind und bei denen verhindert, daß, wenn die Druckdifferenz über der durch Flüssigkeit abgestützte Rollmembranabdich- Membran 12 in der Vorrichtung 10 einen bestimmtungen Verwendung finden. ten Wert übersteigt, diese Membran so weit herunter-

In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Zylinder, in dem ein 40 gedrückt wird, daß der Schieber 19 die Leitung 20 Kolben 2, der über eine Kolbenstange 3 mit einem freigibt, wodurch Gas aus dem Raum 4 über die Leinicht dargestellten Triebwerk verbunden ist, beweg- tungen 16 und 20 in die Räume 6 und 13 gelangt. Inbar ist. Bei seiner Bewegung ändert der Kolben 2 mit folgedessen wird die Rollmembran 5 zeitweilig durch der Oberseite das Volumen eines Arbeitsraumes 4, in Gas abgestützt. Dies wirkt sich für die Rollmembran dem sich Gas befindet. Die Abdichtung zwischen 45 nicht schädlich aus, sofern im Raum 4 keine oder na-Kolben 2 und Zylinder 1 besteht aus einer Rollmem- hezu keine Druckschwankungen auftreten. So wird bran 5, die wenigstens im normalen Betrieb durch die Rollmembran dennoch in richtiger Weise abgeeine Flüssigkeit abgestützt wird, die sich in einem stützt und gestreckt gehalten, und die Vorrichtung Flüssigkeitsraum 6 unter der Rollmembran befindet. kann in diesem Fall ohne weiteres bei erwünschtem Der Flüssigkeitsraum 6 ist an der Oberseite durch die 50 Betriebsdruck im Raum 4 anlaufen. Es ist erwünscht, Rollmembran und an der Unterseite durch die bei- daß die Leitungen 16, 20 und 14 bei dieser Vorrichden Ringflächen 7 und 8 mit gleichem Flächeninhalt rung einen geringen Strömungswiderstand haben, so begrenzt, so daß bei der Bewegung des Kolbens das daß das Gas aus dem Raum 4 ohne Verzögerung in Volumen des Raumes 6 konstant bleibt. Der KoI- den Raum 6 eintreten kann. Die Leitung 20 mündet ben 2 trägt weiter einen Ölpumpring 9, der auf der 55 in unmittelbarer Nähe der Ableitung 17, so daß das Zylinderwand befindliches Schmieröl in den Raum 6 aus dem Raum 4 in den Raum unter der Rollmempumpt. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten bran gelangte Gas bei Zufuhr von Flüssigkeit durch Druckdifferenz über der Rollmembran 5 ist eine Re- die Pumpe 9 möglichst schnell aus dem Flüssigkeitsgelvorrichtung 10 vorgesehen. Diese besteht aus raum verschwinden kann.

einem Gehäuse 11, das durch eine Membran 12 in 60 F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, die im großen und zwei Teile geteilt ist. Der Teil 13 steht über eine Lei- ganzen der Vorrichtung nach F i g. 1 entspricht. Der tung 14 mit dem Flüssigkeitsraum 6 und der Teil 15 Flüssigkeitsraum 6 steht jedoch bei dieser Vorrichüber eine Leitung 16 mit dem Gasraum 4 in Verbin- tung nicht mit dem Arbeitsraum 4, sondern über dung. An den Teil 13 schließt sich weiter eine Flüs- einen Verbindungskanal 25 mit einem Flüssigkeitsbesigkeitsabfuhrleitung 17 an, die durch ein mit der 65 halter 26 in Verbindung. Der Flüssigkeitsbehälter 26 Membran 12 verbundenes Ventil 18 abgeschlossen ist oben durch einen frei bewegbaren kolbenförmigen werden kann. Die Membran trägt weiter ein Gleit- Körper 27 abgedichtet, der Raum 26 von einem stück 19, das in der Leitung 16 bewegbar ist und da- Raum 28 abgrenzt, der in offener Verbindung mit

dem Gasraum 4 steht. Die bedeutet, daß die Flüssigkeit im Raum 26 stets unter dem Druck steht, der im Raum 4 herrscht. Wenn jetzt beispielsweise beim Anlauf im Raum 6 keine oder nicht genügend Flüssigkeit vorhanden ist, wird die Membran 12 der Regeleinrichtung 10 wiederum so weit heruntergedrückt, daß das Absperrventil 29 geöffnet wird, wodurch Flüssigkeit aus dem Raum 26 in den Raum 6 gedrückt wird. Auch hier ist ein niedriger Strömungswiderstand der Leitung 25 erforderlich, so daß der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Absperrventil 29 geöffnet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem Flüssigkeit aus dem Raum 26 den Raum 6 füllt, gering ist. Bei dieser Vorrichtung wird die Rollmembran 5 immer durch Flüssigkeit abgestützt, was diese Vorrichtung auch ohne weiteres für schwankende Drücke im Gasraum 4 geeignet macht.

F i g. 3 stellt eine Vorrichtung dar, die den Vorrichtungen nach den vorangehenden Figuren entspricht. Bei dieser Vorrichtung ist die Regeleinrichtung 10 größer ausgebildet, so daß im Raum 13 eine erheblich größere Flüssigkeitsmenge vorhanden ist. Der Raum 13 steht über einen offenen Verbindungskanal 14 mit dem Flüssigkeitsraum 6 in Verbindung. Der Raum 13 wird durch einen frei bewegbaren kolbenförmigen Körper 30 vom Raum 15 getrennt, der mit dem Gasraum 4 in offener Verbindung steht.

Am Kolbenkörper 30 greift eine Feder 31 mit flacher Kennlinie an. Dadurch ist der Druck in der Flüssigkeit stets um einen bestimmten Betrag niedriger als der Gasdruck im Raum 15 bzw. 4. Mit dem kolbenförmigen Körper 30 sind Führungsglieder 32 verbunden, die eine Platte 33 führen können, mit der der Ventilschaft eines Ventils 34 verbunden ist.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt.

Vom Pumpring 9 wird dem Raum 6 Flüssigkeit zugeführt. Wenn sich in den Räumen 6 und 13 so viel Flüssigkeit befindet, daß der Flüssigkeitsdruck gleich dem Gasdruck in den Räumen 15 und 4 abzüglich eines Drucks ist, der der von der Feder 31 auf den Kolben 30 ausgeübten Kraft entspricht, wird bei weiterer Flüssigkeitszufuhr das Ventil 34 angehoben, so daß Flüssigkeit aus dem Raum 13 abgeführt wird.

Wenn aus irgendeinem Grunde ungenügend Flüssigkeit in den Räumen 6 und 13 vorhanden ist, sorgt der Gasdruck im Raum 15 dafür, daß der Kolben 30 heruntergedrückt wird. Dadurch wird zunächst das Ventil 34 auf seinen Sitz und dann Flüssigkeit aus dem Raum 13 in den Raum 6 gedrückt, so daß die Rollmembran gut durch Flüssigkeit abgestützt bleibt. F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Rollmembran 5 dem Gasraum 4 ihre konvexe Seite zukehrt. Dies bedeutet, daß, soll die Rollmembran richtig abgestützt und gestreckt gehalten werden, der Druck in der Flüssigkeit im Raum 6 immer um einen gewissen Betrag höher als der Druck des Gases im Raum 4 sein muß. Dies wird dadurch erreicht, daß die Feder 22 in der Regeleinrichtung 10 oberhalb der Membran 12 angeordnet wird. Wenn der Druck der Flüssigkeit im Raum 6 zu hoch wird, d. h., wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen gewissen Wert überschreitet, wird das Ventil 18 angehoben, so daß durch die Ableitung 17 öl aus dem Raum 6 abgeführt werden kann. Der Flüssigkeitsraum 6 steht über eine Leitung 35 mit geringem Strömungswiderstand mit einem Behälter 36 in Verbindung, in dem sich ein Gas oder eine Flüssigkeit unter einem Druck befindet, der mindestens gleich den: Druck im Gasraum 4 zuzüglich der erwünschter. Druckdifferenz über der Rollmembran 5 ist. In der Leitung 35 befindet sich ein Absperrventil 37, das in Abhängigkeit von der Bewegung der Membran 12 geöffnet und geschlossen wird. Wenn aus irgendeinem Grund nicht genügend Flüssigkeit im Raum 6 vorhanden ist, was z. B. bei der Inbetriebsetzung der Vorrichtung der Fall sein kann, nimmt die Membran ίο 12 eine solche Lage ein, daß das Absperrventil 37 geöffnet wird, so daß Mittel aus dem Behälter 36 über die Leitung 35 in den Raum unter der Rollmembran gelangt. Durch dieses Mittel wird die Rollmembran dann abgestützt. Wenn im Raum 4 keine oder nahezu keine Druckschwankungen auftreten, kann das Mittel im Behälter 36 ein Gas sein. Anderenfalls ist es erwünscht, als Mittel eine Flüssigkeit zu benutzen. Auf diese Weise wird wiederum erreicht, daß zu den Zeitpunkten, zu denen der Pumpring 9 nicht genügend Flüssigkeit liefert oder noch nicht hat liefern können, zeitweilig einer anderen Quelle Abstützungsmittel entnommen wird. Bei der Vorrichtung nach F i g. 4 wird zeitweilig einem zusätzlichen Hochdruckbehälter 36 Abstützungsmittel entnommen.

Auch die Vorrichtung nach Fig. 5 enthält eine Rollmembran 5, die dem Gasraum 4 ihre konvexe Seite zukehrt. Dies bedeutet, daß für eine gute Abstützung der Rollmembran der Flüssigkeitsdruck im Raum 6 immer um einen bestimmten Betrag höher als der Gasdruck sein muß. Dies wird dadurch erreicht, daß die Feder 31 oberhalb des Kolbens 30 angeordnet ist, so daß am Kolben zur Flüssigkeit hin gerichtete Federkräfte angreifen. Weiter entsprechen der Bau und die Wirkungsweise dieser Vorrichtung denen der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung.

Selbstverständlich müssen in den Fällen, in denen während der Anlaufzeit eine Flüssigkeit oder ein Gas aus einem zusätzlichen Behälter unter die Rollmembran gebracht wird, im Betrieb diese zusätzlichen Behälter wieder mit der erforderlichen Flüssigkeit bzw. dem erforderlichen Gas versehen werden. Dies kann mit einer Pumpe oder einem Verdichter erfolgen, die bzw. der mit der Welle der Vorrichtung gekuppelt ist.

F i g. 6 zeigt eine Vorrichtung, die im großen und ganzen denjenigen der vorhergehenden Figuren entspricht. Bei dieser Vorrichtung steht der Flüssigkeitsraum 6 über eine Leitung 40 mit einem Flüssigkeitsbehälter 41 in Verbindung. In der Leitung 40 ist eine Pumpe 42 angebracht, die Flüssigkeit aus dem Raum 41 zum Flüssigkeitsraum 6 fördern und in der Zeiteinheit mehr Flüssigkeit als der Ölpumpring9 liefern kann. Die Regelung der Flüssigkeitszufuhr zum Raum 6 kann in zweierlei Weise erfolgen. Erstens kann die Pumpe 42 schrittweise angetrieben werden in dem Sinne, daß in Abhängigkeit von der Lage der Membran 12 die Regelung 43 den Antrieb ein- oder ausschaltet. Zweitens kann die Pumpe 42 kontinuierlieh in Betrieb sein, wobei in der Leitung 40 ein regelbares Absperrventil 44 angebracht und zudem eine die Pumpe 42 überbrückende Nebenleitung 45 vorgesehen ist. Das regelbare Absperrventil wird dabei in Abhängigkeit von der Lage der Membran 12 durch die Regeleinrichtung 43 betätigt. Wenn nicht genug Flüssigkeit im Raum 6 vorhanden ist, wird dieser Mangel sehr schnell durch die Pumpe 42 behoben.

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F i g. 7 zeigt eine Heißgaskolbenmaschine vom membranen 82 und 83 durch Gas abgestützt werden. Verdrängertyp schematisch und nicht maßstabge- Dies ist hier jedoch sehr gut möglich, weil dadurch, recht. Diese Maschine enthält einen Zylinder 70, in daß der Arbeitsraum mit einem anderen Raum in dem sich ein Kolben 72 und ein Verdränger 73 be- Verbindung steht, während der Anlaufzeit keine wegen können. Der Kolben 72 und der Verdränger 5 Druckänderungen auftreten, so daß die Gasabstüt-73 sind durch eine Kolbenstange 74 bzw. einer Ver- zung für die Rollmembranen genügt,
drängerstange 75 mit einem nicht dargestellten F i g. 8 zeigt eine andere Ausführungsform der in Triebwerk verbunden, das diese Körper mit der er- Fig.7 dargestellten Heißgaskolbenmaschine. Bei wünschten Phasendifferenz bewegen kann. Der KoI- dieser Maschine besteht die Abdichtung zwischen ben 72 begrenzt mit der Oberseite einen Kompres- 10 dem Kolben 72 und dem Zylinder 70 aus Kolbenrinsionsraum 76, während der Verdränger 73 mit der gen 100. Die Abdichtung zwischen dem Kolben 72 Oberseite einen Expansionsraum 77 begrenzt. Der und der Verdrängerstange 75 besteht aus Kolbenrin-Kompressionsraum 76 und der Expansionsraum 77 gen 101. Die Abdichtung zwischen der Kolbenstange stehen über einen Kühler 78, einen Regenerator 79 74 und der Wand des Pufferraumes 81 besteht aus und einen Erhitzer 80 miteinander in Verbindung. 15 einer Rollmembran 102, während die Abdichtung Unter dem Kolben 72 befindet sich ein Pufferraum zwischen der Verdrängerstange 75 und der Kolben-81 mit einem derartigen Volumen, daß die durch die stange 74 aus einer Rollmembran 103 besteht. Unter Bewegung des Kolbens 72 bewirkten Volumenände- der Rollmembran 102 befindet sich ein Flüssigkeitsrungen in diesem Raum nahezu keine Druckänderun- raum 104, dem durch einen Pumpring 105 Flüssiggen zur Folge haben. Die Abdichtung zwischen dem 20 keit zugeführt werden kann. Unter der Rollmembran Kolben 72 und dem Zylinder 70 besteht aus einer 103 befindet sich ein Flüssigkeitsraum 106, dem Rollmembran 82, während die Abdichtung zwischen durch einen Pumpring 107 Flüssigkeit zugeführt werdem Kolben 72 und der Verdrängerstange 75 aus den kann. Über der Rollmembran 102 befindet sich einer Rollmembran 83 besteht. Unter den Rollmem- der Pufferraum 81, während über der Rollmembran branen 82 und 83 befinden sich mit Flüssigkeit ge- 25 103 ein Raum 108 vorhanden ist, der durch eine Öfffüllte Räume 84, 86, denen mit Hilfe einer nicht dar- nung 109 mit dem Pufferraum 81 in offener Verbingestellten Pumpvorrichtung (beispielsweise wie in der dung steht, so daß sowohl über der Rollmembran DT-OS 1 503 452 beschrieben) Flüssigkeit zugeführt 102 als auch über der Rollmembran 103 keine wird. Abdichtungsringe 85 und 87 dichten die Ringe Druckschwankungen auftreten können. Die Flüssigab. Der Raum 84 ist durch eine Leitung 90 mit einer 30 keitsräume 104 und 106 stehen durch eine Öffnung Regeleinrichtung 10 vom gleichen Bau wie die in 110 in offener Verbindung miteinander, und diese F i g. 1 dargestellte Regeleinrichtung verbunden. beiden miteinander in offener Verbindung stehenden Diese Regeleinrichtung ist weiter über die Leitung 91 Räume stehen über eine Leitung 111, in der ein unmit dem Kompressionsraum 76 verbunden. Die Wir- ter Federspannung stehendes Rückschlagventil 112 kungsweise dieser Regelung ist identisch mit der der ₃₅ aufgenommen ist, mit dem Pufferraum 81 in Verbin-Regelung nach F i g. 1 und wird nicht näher erläutert. dung. Aus den beiden Flüssigkeitsräumen 104 und Der Flüssigkeitsraum 86 steht über eine Leitung 106 kann Flüssigkeit durch eine Öffnung 113 abge-92, in der ein federbelastetes Rückschlagventil 93 führt werden, die durch die Rollmembran 102 freigevorgesehen ist, mit dem Kompressionsraum 76 in geben bzw. abgeschlossen werden kann. Aus vorste-Verbindung. Weiter befindet sich in der Wand des ₄₀ hendem geht hervor, daß auch diese Heißgaskolben-Flüssigkeitsraumes 86 eine Öffnung 94, durch die maschine unabhängig von der Tatsache, ob sich geFlüssigkeit aus dem Raum 86 abgeführt werden nügend Flüssigkeit unter den beiden Rollmembranen kann, wenn die Druckdifferenz über der Rollmem- befindet, sofort mit dem erwünschten Betriebsdruck bran 83 zu klein wird. Wird die Druckdifferenz über in Betrieb gesetzt werden kann. Wenn unter der der Rollmembran 83 dagegen zu groß, so öffnet sich 45 Rollmembran nicht genügend Flüssigkeit vorhanden das Rückschlagventil 93, wodurch Gas aus dem ist, wird der Mangel an Abstützungsmittel zeitweilig Kompressionsraum 76 in den Raum 86 unter der durch Mittel aus dem Pufferraum 81 behoben, weil Rollmembran eintreten kann. bei einer zu großen Druckdifferenz das Rückschlag-Wenn die Heißgaskolbenmaschine eine gewisse ventil 112 geöffnet wird und Gas aus dem Raum 81 Zeit außer Betrieb gewesen ist, ist die Flüssigkeit aus ₅₀ in den Flüssigkeitsraum treten kann,
den Räumen 84 und 86 weggeleckt. Bei der Inbe- Es ist ersichtlich, daß außer bei der Inbetriebsettriebsetzung der Vorrichtung wird das Absperrventil zung die erfindungsgemäße Maßnahme auch bei im 96 in einer Leitung 97 geöffnet, wodurch der Ar- Betrieb auftretenden Störungen in der Flüssigkeitszubeitsraum mit einem Raum in Verbindung gebracht fuhr zu den Flüssigkeitsräumen von Nutzen ist. Auch wird, in dem der gleiche mittlere Druck herrscht wie .. in diesem Fall wird nämlich der Mangel an Flüssigim Arbeitsraum. Danach kann der erwünschte Be- keit mit einem Mittel, entweder Gas oder Flüssigkeit, triebsdruck im Arbeitsraum erzeugt werden, wobei das einer anderen Quelle entnommen wird, behoben, sich, weil sich noch keine Flüssigkeit in den Räumen Obgleich in den Zeichnungen als Flüssigkeitszu- 84 und 86 befindet, das Rückschlagventil 93 und das fuhrmittel stets Öl pumpende Kolbenringe dargestellt Ventil 95 öffnen, so daß auch gasförmiges Mittel in _6o worden sind, kann offensichtlich statt dieser Pumpdie Räume 84 und 86 eingelassen wird, wodurch bei ringe auch eine übliche mit der Welle der Vorrichder Inbetriebsetzung, wenigstens anfangs, die Roll- tung gekuppelte ölpumpe Anwendung finden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung, die mindestens eine als Rollmembran ausgebildete Abdichtung zwischen zwei koaxial angeordneten gegeneinander bewegbaren Elementen enthält, welche Abdichtung einen Raum, in dem sich ein Gas befindet, und einen Raum, in dem sich wenigstens im normalen Betrieb eine Flüssigkeit befindet, voneinander trennt, wobei die Rollmembran mit ihrer konkaven oder konvexen Seite dem Gasraum zugekehrt ist und wobei die Vorrichtung Pumpmittel enthält, um dem betreffenden Flüssigkeitsraum Flüssigkeit zuzuführen, und wobei weiter eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, um Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum abzuführen, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt bzw. einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Flüssigkeitsraum über einen Verbindungskanal mit einem Raum verbunden ist, in dem Gas und/oder Flüssigkeit vorhanden ist, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, um, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt bzw. bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt, Mittel aus dem erwähnten Raum in den Flüssigkeitsraum zu bringen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Mittels im erwähnten Raum stets höher als der Druck im Flüssigkeitsraum ist und daß im Verbindungskanal ein regelbares Abschlußglied vorhanden ist, das sich öffnet, wenn die Druckdifferenz über der Rollmembran einen gegebenenfalls einstellbaren Höchstwert übersteigt bzw. bis unter einen gegebenenfalls einstellbaren Mindestwert absinkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsraum über den erwähnten Verbindungskanal stets mit dem erwähnten Raum in offener Verbindung steht, wobei sich in diesem Raum eine Flüssigkeit unter einem Druck befindet, der stets nahezu gleich dem Druck im Gasraum abzüglich bzw. zuzüglich des erwähnten Differenzdrucks über der Rollmembran ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Rollmembran dem Gasraum ihre konkave Seite zukehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende unmittelbar an den durch die Rollmembran abgedichteten Gasraum angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Rollmembran dem Gasraum ihre konkave Seite zukehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende an einen völlig mit Flüssigkeit gefüllten weiteren Raum angeschlossen ist, der durch eine frei bewegliche Wand oder einen frei beweglichen Wandteil vom durch die Rollmembran abgedichteten Gasraum getrennt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Rollmembran dem Gasraum ihre konvexe Seite

zukehrt, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende an einen Behälter angeschlossen ist. in dem sich ein Gas und/oder eine Flüssigkeit unter einem Druck befindet, der mindestens gleich- dem Druck im abgedichteten Gasraum zuzüglich des mindestzulässigen Differenzdrucks über der Rollmembran ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte, an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal einen geringen Strömungswiderstand hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte, an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende an einen gasgefüllten Raum angeschlossen ist, wobei die erwähnte Regeleinrichtung mit im Verbindungskanal aufgenommen ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, während der erwähnte an den Flüssigkeitsraum angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende an einen gasgefüllten Raum angeschlossen ist, wenigstens dann, wenn das Abschlußglied die geöffnete Lage einnimmt, im durch die Rollmembran abgedichteten Gasraum nahezu keine Druckschwankung auftritt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, die mindestens einen Zylinder mit einem in ihm bewegbaren kolbenförmigen Körper enthält, der mit einer Seite das Volumen eines Arbeitsraumes zu ändern vermag und mit der anderen Seite einen Pufferraum mit einem derartigen Volumen begrenzt, daß die durch die Kolbenbewegung verursachten Volumenänderungen nahezu keine Druckänderungen in diesem Pufferraum zur Folge haben, und der kolbenförmige Körper mit einer Kolbenstange versehen ist, die durch die Wand des Pufferraums hindurchgeführt ist, und wobei sowohl zwischen dem kolbenförmigen Körper und dem Zylinder als auch zwischen der Kolbenstange und der Wand des Pufferraums eine Abdichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Abdichtung zwischen der Kolbenstange und der Wand des Pufferraums als Rollmembran ausgebildet ist, wobei der an den Flüssigkeitsraum unter der Rollmembran angeschlossene Verbindungskanal am anderen Ende in den Pufferraum mündet.