DE2949766A1

DE2949766A1 - Kolbenstangenabdichtung

Info

Publication number: DE2949766A1
Application number: DE19792949766
Authority: DE
Inventors: Knut Arne Skurup Skoog
Original assignee: United Stirling Sweden & Co Malmoe AB KB; United Stirling AB and Co
Current assignee: United Stirling AB and Co
Priority date: 1978-12-12
Filing date: 1979-12-11
Publication date: 1981-05-21
Also published as: FR2444211B1; DE2862160D1; GB2038428A; US4251081A; GB2038428B; EP0022769A1; WO1980001306A1; EP0022769B1; JPS5938471B2; JPS5582856A; SE7800087L; FR2444211A1

Description

Kolbenstangenabdichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Abdichtung umfaßt, durch die ein Gasdurchtritt längs einer geradlinig hin- und hergehenden Kolbenstange vermieden wird, wobei diese Vorrichtung eine Wand aufweist, durch die die Kolbenstange geführt ist, ferner eine Hochdruckgaskammer an einer Seite der Wand, eine Niederdruckgaskammer an der anderen Seite dieser Wand, eine Abdichtung, die eine Ölzufübungseinrichtung einschließt, die rings um die Kolbenstange in der NiederdruckgasKammer einen Ölfilm erzeugt,und eine Vorspanneinrichtung, die Radialkräfte auf eine Dichtung aufrechterhält, die rings um die Kolbenstange neben dieser Viand befestigt ist.

Das Grundprinzip der bekannter) Dichtungen besteht darin, daß ein Ölfilm zwischen die benachbarten Oberflächen der Kolbenstange und der Abdichtung gezogen wird. Dieser Ölfilm wandert in Richtung auf die Hochdruckgaskammer und verhindert in sehr wirkungsvoller V/eise einen Durchtritt von Gas. Dichtungen die ser Art wurden z.B. in den GB-PS 1 342 707 und 149 686 beschrieben. Bei gewissen Anwendungen, 7..B. bei Heißgasmaschinen, sollte ein Durchtritt von Öl in die Hochdruckgaskaomer vermieden werden. Bei dem oben erwähnten Stand der Technik sind Einrichtungen zur Entfernung von Öl vorgesehen, das durch die Dichtung tritt. Eine solche Einrichtung kann einen speziellen Abstreifring umfassen, wie er beispielsweise aus der GB-PS 1 458 797 bekannt ist, und kann auch Spezialfilter einschliessen.

Die bekannten Konstruktionen waren ziemlich kompliziert und daher teuer.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfachere und dalxor zuverlässigere und billigere Konstruktion einer Dichtung vorzusehen, die für eine Heißgasmaschine brauchbar ist, und gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Dichtung mit einem rohrförmigen Fortsatz versehen wird, der einen leicht zunehmenden Innendurchmesser in Richtung auf die Hochlruckkammer aufweist, wobei der Fortsatz außerhalb desjenigen Teils der Dichtung angeordnet ist, der Radialkräften ausgesetzt ist.

Hierdurch wird erreicht, daß ein zwischen Dichtung und Kolbenstange in Richtung auf die Hochdruckgaskammer durchtretendes Öl in dem ringförmigen, sich allmählich erweiternden Vorratsraum gesammelt wird, der durch die Kolbenstangenoberfläche und die innere Oberfläche des röhrenförmigen Fortsatzes der Dichtung gebildet wird, Der sich leicht erweiternde Spalt zv/ischen diesen Oberflächen bewirkt einen Pumpeffekt während der hin- und hergehenden Bewegung der Kolbenstange und kehrt die 01-strömung um, bis ein Gleichgewicht zwischen dem Öltransport in beiden Richtungen längs der Kolbenstange erreicht wird.

Die Erfindung wird mehr im einzelnen unter Bezug auf die Zeichnung erläutert, die einen Vertikalschnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zeigt.

Die dargestellte Konstruktion besteht aus einem Gehäuse 1, das einen Teil der Wand 2 bildet, die einen Zylinder 3 einer Heißgasm?schine trägt. Der Zylinder enthält ein Arbeitsgas, z.B. Wasserstoff, das unter einem Druck steht, der sich periodisch zwischen 15 und 20 MPa ändern kann. Der Innenraum des Zylinders ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. Das Gehäuse 1 erstreckt sich in ein Kurbelgehäuse 5, das Luft bei Atmosphärendruck enthält. Eine Kolbenstange 6, deren unteres Ende als Kreuzkopf 7 ausgebildet ist, erstreckt sich durch eine Mittelöffnung im Gehäuse 1. Die Kolbenstange 6 erstreckt sich auch durch eine Öffnung in einem Deckel 8, der am oberen Teil des Gehäuses 1 be-

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festigt ist. Eine Dichtung 9 ist zwischen benachbarten Oberflächen der Kolbenstange 6 und der Öffnung in dem Deckel 8 vorgesehen. Die Dichtung 9 dient zur Aufrechterhaltung ei;:es gleichförmigen Gasdruckes unter dem Deckel 8, der dem mittleren Gasdruck über dem Deckel 8 entspricht. Die Dichtung 9 kann jedoch auch weggelassen werden, da ein wechselnder Druck unter dem Deckel 8 im allgemeinen keinen nachteiligen Einfluß auf die Vorrichtung hat.

Die Mittelöffnung in dem Gehäuse 1 begrenzt einen Hohlraum 10, der eine konisch eingedrückte mittlere Bodenfläche 11 aufweist, die mit einer korrespondierend geformten Dichtung 12 aus mit Graphit verstärktem Polytetrafluoräthylen im Eingriff steht. Diese Dichtung 12 ist zwischen der Oberfläche 11 und einer konischen Oberfläche einer Metallhülse 13 eingekeilt, die in axialer Richtung durch eine Druckfeder 14 belastet ist. Die Keilkraft der Feder 14 drückt die Dichtung 12 radial nach innen gegen die Oberfläche der Kolbenstange 6. Der Gasdruck im Hohlraum 12 vervielfacht diese Kraft.

Die Dichtung 12 ist m:t einem rohrförmigen Fortsatz 15 versehen, dessen Innendurchmesser leicht in Richtung nach oben, d.h. in Richtung auf die Hochdruckkammer 4, zunimmt. In der Zeichnung ist diese Zunahme des Durchmessers übertrieben dargestellt. Die tatsächlichen Abmessungen können wie folgt se.ln:

Durchmesser der Kolbenstange 12 mm

axiale Länge der Dichtung an der
Kolbenstangenoberfläche 9 mm

axiale Länge des Dichtungsfortsatzes 11 mm Innendurchmesser

des Dichtungsfortsatzes am oberen Ende 12,9 mm

Während des Betriebs der Vorrichtung wird Öl ständig dem unteren Ende der Kolbenstange über den Kanal 16 zugeführt. Dieses

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Öl schmiert und Kühlt die Kolbenstange 6. Ein dünner Ölfilm wird in den schmalen Raum zwischen den einander berührenden Oberflächen der Dichtung 12 und der Kolbenstange 6 eingezogen. Dieser Ölfilm verhindert wirksam einen Austritt von Gas zwischen der Kolbenstange und der Dichtung 12. Eine konstante Ölströmung nach oben längs der Kolbenstange 6 sollte jedoch vermieden werden, da das Öl möglicherweise in den Raum 10 und schließlich in die Kammer 4 eintreten könnte.

Der konische, ringförmige Teil des Raumes 12, der durch die Oberfläche der Kolbenstange 6 und die Innenfläche des rohrförmigen Fortsatzes 15 der Dichtung 12 begrenzt wird, bewirkt, daß ein in diesem Raum angesammeltes Öl nach unten infolge der Pumpwirkung geführt wird, die durch die hin- und hergehende Bewegung der Kolbenstange 5 verursacht wird. Auf diese V/eise tritt ein Ausgleich der Ölströme in den beiden axialen Richtungen auf, und es erfolgt kein resultierender Öltransport.

Die Dichtung 12 und ihr Fortsatz 15 können so hergestellt werden, daß zunächst eine Einheit geformt wird, die eine zylindrische Öffnung mit gleichförmigem Durchmesser hat, und daß anschließend der Fortsatz dadurch verfonnt wird, daß man die Dichtung auf einen konischem Dorn aufsetzt. Die Verformung wird dadurch bleibend,daß man die Einheit erwärmt, während sie auf den Dorn aufgesetzt ist.

Eine Vorrichtung mit den oben angegebenen Abmessungen wurde mit einem Kolbenhub von 42 mm und mit 3100 Doppelhüben/min geprüft. Der Druck des von der Atmosphäre abzudichtenden Gases änderte sich mit einer Periode von 3100 pro Minute zwischen 8 und 10 MPa während 300 Std. Nach dem Versuch konnte kein Öl festgestellt werden, das an der Dichtung vorbeigeströmt war, und keine Abnutzung der Dichtung oder der Kolbenstange war sichtbar oder meßbar.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - D;. R. Koenigsberger DIpI.-Phys ·*. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. MOO München 2 · !'''iuhausstraOe 4 · Telefon Semmel Nr 33 9341 · Telegramme Zumpat · Telex 92807» 1/Li Akt Nr.106 Kommanditbolaget United Stirling (Sweden) AB & Co Malmö / Schweden PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung mit einer Abdichtung zur Vermeidung eines Gasdurchtritts an einer geradlinig hin- und hergehenden Kolbenstange (6), mit einer Wand (1,2), durch die sich die Kolbenstange (6) erstreckt, mit einer Hochdruckgaskammer (4) an einer Seite der Wand (1,2), mit einer Niederdruckgaskammer (5) an der anderen Seite dieser Wand-(1,2), wobei die Abdichtung eine ölzuführungseinrichtung (16) umfaßt, die um die Kolbenstange (6) in der Niederdruckgaskaramer (5) einen Ölfilm erzeugt, und mit einer Vorspanneinrichtung (13»14), die Radialkräfte an der Dichtung (12) aufrechterhält und rings um die Kolbenstange neben dieser Wand (1,2) befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (12) mit einem rohrförmigen Fortsatz (15) versehen ist, der einen leicht zunehmenden Innendurchmesser in Richtung auf die Hochdruckkammer (4) aufweist, v/obei der Fortsatz (15) außerhalb des Teils (12) der Dichtung angeordnet ist, der den Radialkräften ausgesetzt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Voixichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) auf mit Graphit verstärktem Polytetrafluoräthylen besteht .and einteilig mit ihrem röhrenförmigen Fortsatz (15) ausgebildet ist.

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