DE1918690C3 - Dichtungsring - Google Patents

Description

3. Dichtungsring nach den Ansprüchen 1 Kolbenabdichtung bekannt, bei der der Kolbenring und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall- aus PTFE mit einem metallischen Rückhaltcring verring (9) an seinen Rändern mehrere umfangsver- 30 sehen ist, der ein Schrumpfen des Kolbenrings verteilte Einkerbungen (10) zur Verankerung im mindern soll. Der Kolbenring ist geschlossen ausge-Dichtungsringwerkstoff (4) aufweist. führt.

Bei dieser Ausführung kann zwar der Mctall-Rückhaltcring die Schrumpfung des Dichtringes

35 hemmen, jedoch stellt er keine Abstützung des Elements gegen den Arbeitsdruck dar. Die Abdichtung ist auf dem Kolben radial starr angeordnet, was zu einem erhöhten Verschleiß führt, weil Seitenbewe-

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring aus gungen des Kolbens nicht ausgeglichen werden könselbstschmierendem Werkstoff, insbesondere auf Po- 40 nen. Durch den entstehenden Kammcrdruck beginlytetrafluoräthylen-Basis, für ungeschmierte, zusam- nen die Dichtringe bei höheren Betriebstemperaturen mengesetzte Kolben bzw. Kolbenstangen, der zur Be- zu fließen, und es besteht die Gefahr einer unkontrolgrenzung seiner radialen Ausdehnung mit einem me- lierten Kippbewegung des Dichtringes um seine Rotallischen in sich geschlossenen Ring kombiniert und tationsachse.

in der Kolbenringnut radial frei beweglich angeord- 45 Eine bekannte auf einem zusammengesetzten Kolnet ist. ben angeordnete Abdichtung nach der französischen

Es sind Dichtungsringe für ungeschmierte Kolben Patentschrift 1488 517 besteht aus in axialer Folge

bekannt, die aus selbstschmierendem Werkstoff, z. B. eingesetzten profilierten Kammerringen mit Schul-

Graphit, Kohle-Graphit-Mischungen od. ä. bestehen tern, an welchen sich eingelegte stoßfugengespaltene

und mit einer Einlage verstärkt sind. 50 profilierte PTFE-Ringe abstützen. In einer weiteren

Ein Dichtungsring dieser Art ist in der französi- Ausführung der Abdichtung nach der letztgenannten

sehen Patentschrift 767 275 beschrieben. Die radiale Patentschrift sind die Dichtringe mit Hilfe einer ring-

Spannkraft des Ringes, der eine Stoßfuge aufweist, förmigen Feder an die abzudichtende Kolbenstange

wird durch Selbstspannung bzw. zusätzlich durch angedrückt.

den Gasdruck erreicht. Die Dichtgleitfläche des Rin- 55 Bei dieser Konstruktion der Abdichtung wird be-

ges wird jedoch bei höheren spezifischen Flächen- reits bei einem geringen Verschleiß die Stützsehulter

pressungen in kurzer Zeit stark verschlissen; außer- des Dichtringes gegen die Stützsehulter des profilier-

dem entstehen infolge der Stoßfugenausbildung ten Kammerrings gepreßt, wodurch die radiale Be-

Längsspaltverluste. weglichkeit des Dichtungsringes aufgehoben und so-

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieses Dichtrin- 60 mit der Verschleiß beschleunigt wird,

ges ist, daß er in Kolben nicht frei beweglich an- Die Wirkung der beschriebenen Abdichtung wird

geordnet sein kann und sich somit den Radialbewe- durch das sich mit dem fortschreitenden Verschleiß

gungen des Kolbens nicht voll anpaßt, wodurch der vergrößernde Stoßspiel noch weiter beeinträchtigt.

Verschleiß noch weiter beschleunigt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, die Standzeit der

Gegenüber den Dichtringen auf Graphit-Kohle- 65 Dichtung — unter Beibehaltung der erforderlichen

Basis bedeuten die seit einigen Jahren bekannten Dichtungseigenschaften — erheblich zu verlängern.

Dichtringe aus Polytetrafhioräthylen (PTFE) einen Die Lösung der Aufgabe und somit die Erfindung

Fortschritt. Die PTFE-Dichtringe brachten zunächst besteht bei dem Dichtungsring der eingangs genann-

ten Art in der Kombination der folgenden an sich be- Nach Fig. 1 ist der Kolben eines Kolbenverdich-

kannten Merkmale: ters mit 1 bezeichnet. Er besteht aus einem Teil 1 a

mit Kammerringnut 7 und axial fest, jedoch lösbar

1. Der Dichtungsring ist in sich geschlossen; angeschlossenen sogenannten Kammerringen 5, 6

2. der Dichtungsring enthält eine Metalleinlage in 5 usw. mit ebenfalls gleichen Kammerringnuten 7.
Form eines eingesinterten in sich geschlossenen Die Gegenlauffläche des Zylinders 2 ist mit 2 a be-Mctallringes; zeichnet. Im Kolbenteil la ist ein sogenannter Füh-

3. der Mctallring ist profiliert und allseitig vom rungsring 3 für den Kolben 1 vorgesehen.
Dichtungsring-Werkstoff umgeben; In jede Kammerringnut 7 ist je ein endloser einla-

4. Dichtungs- und Einlagering sind in ihren Durch- io geverstärkter Dichtungsring 4 aus PTFE mit Radialmcssern so bemessen, daß der Dichtungsring bei spiel 8 eingesetzt. Der Dichtungsring ist während des Erreichen der Betriebstemperatur die Lauf- Betriebs radial bewegbar.

fläche der Zylinderwand mit Minimalspiel be- Jeder Dichtungsring 4 ist so bemessen, daß er

rührt. durch die betriebsbedingte Erwärmung in seinem Be-

15 reich mit seinem Abdichtdurchmesser mit Minimal-

Somit ist der erfindungsgemäße Dichtungsring so spiel die Gegenlauffläche 2 α berührt und keine Kraft

ausgestaltet, daß seine Gleitflächen die Gegenlaufflä- aus der Kolbenführung bzw. Radialspannkraft auf

chen nur noch zur Eigenführung berühren, wodurch die Gegenlauffläche überträgt.

die unerwünschten Radialkräfte nur gering sind. Jeder Dichtungsring 4 berührt somit die Gegen-

Durch die geschlossene Bauart des Ringes sind 20 lauffläche nur mehr noch zum Zweck der Eigenfüh-

Längsspaltverluste verhindert, die bei geschlitzten rung. Die dabei auftretende Kraft und daraus resul-

Ringen auftreten. tierende Abnutzung ist verhältnismäßig gering, und

Die bei der Bewegung des Kolbens vorhandene die Standzeit ist somit erheblich günstiger als bei den

Wärmemenge kann günstig abgeleitet werden, indem bekannten vergleichbaren Spaltabdichtungen.

der Wärmeübergang vom Kolben auf die Gegenlauf- 35 Durch den für jeden Dichtungsring in der axialen

fläche nur über die axialen Anlageflächen des einen je Folge wählbaren Minimalspalt zwischen Dichtungs-

Rngnut vorhandenen Dichtungsrings stattfindet. ring und Gegenlauffläche wird ein optimaler Spaltef-

Die Schwierigkeit, welche durch den thermischen fekt erreicht. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Metallring9 Ausdehnungswert des PTFE auftritt, der etwa zehnmal mit einem T-Querschnitt im Dichtungsring-Werkstoff größer ist als derjenige des Stahls, konnte erfindungsge- 30 eingesintert. Durch den Metallring 9 im allseits gemäß durch Verwendung einer geeigneten Metallein- schlossenen Ringquerschnitt wird der Dichtungsring lage überwunden werden. Dadurch wird sowohl die verstärkt. Die Wärmedehnung des PTFE-Ringes thermische Expansion als auch die Verformung in- wird durch die Metalleinlage verhältnismäßig stark folge der Gasdruckbelastung lediglich durch Form gehemmt. Die Einlage dient dabei dem Zweck, die und Art des metallischen Einlegeringes gesteuert, der 35 Radialspannung des Dichtungsringes nur so groß weder der chemischen Wirkung des Arbeitsmediums werden zu lassen, wie es für die optimale Spaltabausgeselzt ist noch eine Berührung mit der Gegen- dichtung bei Eigenführung des Ringes erforderlich gleitfläche erfährt. Das geeignete Laufspiel, welches ist.

im Betriebszustand sowohl das Anliegen des Dicht- F i g. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführung

ringes an die Gegenlauffläche bewirkt als auch ver- 40 eines Metallringes für den PTFE-Ring.

hindert, daß durch zu starke Anpressung ein Extru- Die Metalleinlage kann je nach Durchmesser und

diercn des Gleitwerkstoffes auftritt, ist experimentell Profilwahl des Dichtelements auch einen anderen

ermittelt worden. Querschnitt, z. B. einen Doppel-T-Querschnitt,

Auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahmen U-Querschnitt, Rund-Querschnitt od. ä. aufweisen,

bleibt der Abdichtungseffekt unabhängig von den 45 Bevorzugt erhält die Metalleinlage an den Rändern

unvermeidlichen Radialbewegungen des Kolbens. mehrere umfangsverteilt angeordnete Einkerbungen

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung 10 zur günstigen Verankerung der Einlage innerhalb

weist die Metalleinlage einen T-Querschnitt auf, der des Dichtelements.

sich für die Verstärkung als besonders geeignet ge- Um eine genaue Fixierung des Metallringes 9,

zeigt hat. 50 welche die Voraussetzung für die einwandfreie Funk-

Zur Verankerung im Dichtungsringwerkstoff weist tion darstellt, zu erreichen, wird zunächst nur die

nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Me- Unterhälfte des Dichtringes verpreßt, d. h., die Ein-

talleinlage an ihren Rändern mehrere umfangsver- bettung der Metalleinlage wird so vorgenommen, daß

teilte Einkerbungen auf. ein Teil des erforderlichen Kunststoff-Granulats in

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher 55 die Preßform eingefüllt und mit Hilfe eines Preßerläutert. Es zeigt stempeis, der an seiner Stirnfläche das halbe Profil

F i g. 1 einen Teillängsschnitt durch einen Kolben der Metalleinlage aufweist, vorverdichtet wird,

eines Kolbenverdichters mit einlageverstärkten In diese vorverdichtete Preßmasse mit eingeform-

PTFE-Kolbenringen und Führungsring, ter Profilnut wird der Metallring eingelegt und das

Fig.2 eine Ausführung eines PTFE-Kolbenringes 60 restliche Kunststoff-Granulat in die Preßform einge-

mit Profileinlage im Teilquerschnitt, füllt. Mit Hilfe eines weiteren Preßstempels, der eine

Fig.3 eine Profileinlage im Teilquerschnitt (ver- ebene Stirnfläche aufweist, erfolgt das Fertigpressen

größerter Maßstab) und des Dichtelements.

Fig.4 die Draufsicht auf die Profileinlage nach Die Sinterung kann entweder frei oder im Werk-

F i g. 3. 65 zeug vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

durch ihren einfachen Aufbau, ihre Elastizität und Patentansprüche- ihr besseres Gleitverfahren große Vorteile. Jedoch zeigten sich mit fortschreitender Anwcndungshäufig-

1. Dichtungsring aus selbstschmiercndem keh, insbesondere bei erhöhten Betriebsdrücken und Werkstoff, insbesondere auf Polytetrafluoräthy- 5 Einsätzen in verschiedenen Gasarten mit entspre-■ len-Basis, für ungeschmierte, zusammengesetzte chcnd niedrigem Taupunkt, auch hier erhebliche ' Kolben bzw. Kolbenstangen, der zur Begrenzung Vcrschlcißratcn. Von mehreren Herstellern wurden seiner radialen Ausdehnung mit einem metalli- Versuche angestellt, welche darauf hingezielt waren, sehen in sich geschlossenen Ring kombiniert und in der technischen Anwendung die Verschleißin der Kolbcnringnut radial frei beweglich an- io Grenzwerte der PTFE-Ringc zu unterschreiten. So geordnet ist, gekennzeichnet durch die wurde mit einem gewissen Erfolg versucht, durch geKombination der folgenden an sich bekannten zielte Leckagen eine gleichmäßige Druckverteilung Merkmale: auf die einzelnen Dichtclcmcntc zu erzielen. Mit die-

1. Der Dichtunasring (4) ist in sich geschlossen; ser Maßnahme allein konnten zwar die Standzeiten

2. der Dichtungsring (4) enthält eine Metallein- 15 bei hohen Druckdifferenzen verbessert, jedoch nicht lage in Form eines eingesinterten in sich ge- das Gebiet technischer Anwendbarkeit für einen schlossenen Metallringes (9); Dauerbetrieb gebracht werden.

3. der Metallring (9) ist profiliert und allseitig Nach einem anderen Vorschlag wurden die Dichtvom Dichtungsring-Werkstoff umgeben; elemente nach einer gewissen Abnutzung durch ge-

4. Dichtungs- (4) und Einlagering (9) sind in ao eignete Fangnasen in der Aufnahmenut am weiteren ihren Durchmessern so bemessen, daß der Verschleiß gehindert. Hierbei hat sich jedoch bei der Dichtungsring (4) bei Erreichen der Be- im Betrieb unvermeidlichen radialen Schwingung des tricbstemperatur die Lauffläche der Zy- Kolbens der Abstützkragen von dem Dichtelement linderwand (2 α) mit Minimalspiel berührt. entfernt, so daß ein weiterer Verschleiß des Ringes

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch ge- 95 aufgetreten ist. Dadurch wurde im Laufe der Zeit die kennzeichnet, daß der Metallring (9) einen Abdichtung ungenügend.

T-Querschnitt aufweist. Durch die USA.-Patentschrift 3 277 797 ist eine