DE2158445C3 - Kolbendichtung von Kolbenmaschinen für hohe Betriebsdrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbendichtung für hohe Betriebsdrücke mit mindestens einem ungeschützten. mit radialem Spiel in einer Ringnut angeordneten Kolbenring, der in seinem Außendurchmesscr so bemessen ist. daß er nach Erwärmung auf Betriebstemperatur den Spalt zwischen Zylinder und Kolben schließt.

Bei derartigen Kolbendichtungen ist es erforderlich, für einen wirksamen Einsatz der Kolbenmaschine möglichst bald nach deren Anfahren eine gute Dichtigkeit bei möglichst geringem Verschleiß der Kolbenringe und Zylinder oder möglichst geringer Flächenpressung zwischen Kolben und Zylinder zu erreichen.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse geschlossene und zusätzlich einlageverstärkte PTFE-KoI-benringe radial bewegbar vorzusehen (deutsche Offenlegungsschrift 19 18 690). Diese geschlossenen Kolbenringe werden nicht unbeschränkt für alle Betriebsbedingungen und Kolbendurchmesser zu verwenden sein; denn bei hohen Betriebsdrücken und kleinem Kolbendurchmesser kann sich, durch den zwangläufig großen Spalt und somit sehr große Spaltfläche zwischen dem Kolbenring und dem Zylinder im kalten Zustand bedingt, kein wirksamer Differenzdruck und damit nicht die für die Ausdehnung des Kolbenringes notwendige Betriebstemperatur einstellen. Weiterhin ist es bekannt, im Rahmen einer Kolbendichtung einen im Querschnitt U-förmigen, ungeschlitzten, mit radialem Spiel in einer Ringnut angeordneten Kolbenring als Trägerring für einen geschützten Kolbenring in einer im Außenumfang des Trägerringes umlaufenden Nut vorzusehen

60 (CH-PS 2 04 321). Dieser ungeschützte U-förmige Kolbenring kann auch nach Erwärmung auf Betriebstemperatur nicht allein den Spa!: zwischen Zylinder und Kolben schließen, da er außen auf 120 Grad einen größeren Radius als am übrigen Umfang zeigt. Für die Kolbendichtung ist hauptsächlich der geschlitzte Kolbenring zustandig, wobei der ungeschützte Kolbenring mit seinem 120-Grad-Bogen mittig zur Schlitzstelle gegen den Zylinder mit Hilfe einer radial wirkenden, zur Schlitzstelle diametral entgegengesetzt am geschlitzten Kolbenring innen befindlichen Feder gepreßt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung eines ungeschützten Kolbenringes, der seine Dichtwirkung erst nach der betriebsbedingten Erwärmung erreicht, den bis dahin vorliegenden Spalt zu schließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolbenring in seinem Außenumfang eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines geschlitzten Hilfskolbenringes aufweist, der den Spalt /wischen Zylinder und ungeschütztem Kolbenring bis /u dessen Erwär mung auf Betriebstemperatur schließt.

Will man verhindern, daß der Hilfskolbenring schnell verschleißt, besteht nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Hilfskoibenring aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften, z. B. PTFE, mit geringer Vorspannung und größerem Stoßspiel.

Für Trockenlauf-Kolbenmaschinen bestehen erfindungsgemäß der Kolbenring und der Hilfskolbenring aus für Trockenlauf geeigneten Werkstoffen.

Für doppeltwirkende Kolben befindet sieh nach der Erfindung die umlaufende Nut für den Hilfskolbenring etwa in der Mitte im Außenumfang des Kolbenringes; während für einfach wirkende Kolben der Hilfskolbenring wie bei doppeltwirkenden Kolben oder auch so im Außenumfang des Kolbenringes untergebracht ist, daß die eine Seitenfläche des Hilfskolbenringes einen der die Kolbenringe seitlich einfassenden Zwischenringe berührt und gegen einen Raum höheren Drucks gerichtet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere dann, daß bereits vor Erreichung der Betriebstemperatur und entsprechender Ausdehnung des ungeschlitzten Kolbenringes der in seinem Außenumfang befindliche geschlitzte Hilfskolbenring den Spall zwischen dem Zylinder und dem Kolbenring schließt und so in der Lage ist, rasch einen Differenzdruck aufzubauen, der /ur Ausdehnung des Kolbenringes und Übernahme der Hauptdichtfunktion durch ihn führt, daß der sonst hohe Verschleiß von Kolbenring- und Zylinderwerkstoffen bei Hochdruck-Kolbenmaschincn vermieden ist, der benutzte Hilfskolbenring aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften, z. B. PTFE, besteht und eine besonders gute Abdichtung durch die Kolbendichtung erreicht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden naher beschrieben. Ks zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch eine Kolbendichtung für einfach wirkende Verdichtung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Kolbendichtung für einfach und doppeltwirkende Verdichtung und

F i g. 3 einen Ausschni'.t aus einem Längsschnitt durch eine Kolbendichtung für einfach wiikende Verdichtung.

In der Zylinderlauffläche I macht der Kolben 2 mit den massiven und ungeschützt ausgeführten Kolbenringen 3, den Ίηι Außenumfang der Kolbenringe 3 in einer

Nut eingebauicn geschlitzten Hilfskolbenringen 4 bekannter Bauart, den Zwischenringen 5. den Abslands· ringen 6 und dei Kolbenmuucr 7 hin- ';nd hergehende Bewegungen. Der äußere Durchmesser des Kolbenringes 3 ist so bemessen, daß allein zufolge der thermischen Beanspruchung des Kolbenringes 3 durch seine Betriebstemperatur der Spalt zwischen dem Kolbenring 3 und der Zylinderlauffläche 1 geschlossen oder fast geschlossen ist. Durch entsprechende Dimensionierung des Kolbenringes 3 kann so für einen gewühlten Kolbenringwerkstoff /.. B. die gewünschte Flächenprcssung zwischen dem Kolbenring 3 und der Zylinderlaufflache bei Betriebstemperatur und Betriebsdruck im Zylinder festgelegt werden. Während der Inbetriebnahme der Kolbenmaschine kann es vorkommen, daß der besagte Spalt zwischen Kolbenring 3 und Zylinder wegen der niedrigen Temperatur im Zylinder so groß bleibt, daß der Kolbenring 3 allein schlecht dichten würde. Die Folge wäre, daß die davon befallene Druckstufe zu wenig Druck aufbauen könnte und die Vorstufe die fehlende Druckdifferenz mit übernehmen müßte, wodurch Schwierigkeiten in der Kolbenmaschine entstehen könnten. Um solche Schwierigkeiten mit Sicherheit auszuschließen, tritt zusätzlich der im Kolbenring } untergebrachte geschlitzte Hilfskolbenring 4 in Tätigkeit. Mit Hilfe dieses Hilfskolbenringes 4 ist dann der Kolben 2 an dieser Stelle des Kolbenringes 3 schon bei sehr niedrigem Differenzdruck verhältnismäßig dicht. Bei steigender Temperatur und steigendem Druck wird der Spalt zwischen dem Kolbenring 3 und dem Zylinder immer geringer, bis der Kolbenring 3 zur Anlage s kommt und seine Außenmantelflächc mit der des Hilfskolbenringes 4 bündig ist. Dem Konstrukteur ist es also möglich, vorauszubestimmen. welche Flachehpressung er zwischen dem Kolbenring 3 und der Zylinderh'jffläche I zulassen will. Besonders bei Trockenlaufverdich-

ίο tern ist die richtige Festlegung dieser zulässigen Fla chenpressung von entscheidender Bedeutung für die einwandfreie Funktion dieser Kolbendichtung. Die Lage des Hilfskolbenringes 4 ist nach der Verwendungsart festzulegen. Die Ausführung nach F i g. 2 eig-

H net sich für einfach oder doppeltwirkende Kolben: während die Anordnung nach den F ι g. 1 und 3 ausschließlich für einfach wirkende Kolben gedacht ist. wobei mit IO der Raum höheren und mit 11 der Raum niedrigeren Druckes bezeich· ei ist. (Im den Hilfskoibenring 4 vor großem Verschleiß zu schützen, ist er insbesondere mit geringer Vorspannung und größerem Stoßspiel gefertigt und besteht z.B. aus IMl I.. wobei also beim Anfahren tier Maschine der Betriebsdruck den Hilfskolbenring 4 gegen die /\linderl;:iillläche I drückt und die Dichtwirkung erzielt, die hei Betriebstemperatur und Betriebsdruck fast aui.schlicßlich \nm Kolbenring 3 übernommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolbendichtung für hohe Betriebsdrücke mit mindestens einem ungeschlitzten, mit radialem Spiel 5 in einer Ringnut angeordneten Kolbenring, der in seinem Außendurchmesser so bemessen ist, daß er nach Erwärmung auf Betriebstemperatur den Spalt zwischen Zylinder und Kolben schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (3) in seinem Außenumfang eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines geschlitzten Hilfskolbenrings (4) aufweist, der den Spalt zwischen Zylinder und ungeschlitztem Kolbenring (3) bis zu dessen Erwärmung auf Betriebstemperatur schließt.

?. Kolbendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolbenring (4) aus einem Werkstoff mil guten Gleiteigenschaften. /. B. PTFE, mit geringer Vorspannung und größerem Stoßspiel besteht.

3. Kolbendichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (3) und der Hilfskolbenring (4) aus für Trockenlauf geeigneien Werkstoffen bestehen.

4. Kolbendichtung nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß sich die umlaufende Nut für den Hilfskolbenring (4) etwa in der Mitte im Außenumfang des Kolbenrings (3) befindet (Fig. 1 und 2).

5. Kolbendichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß de^r Hilfskolbenring (4) so im Außenumfang des Kolbenrings (3) untergebracht ist, daß die eine Seitenfläche des Hilfskolbennngcs (4) einen der die Kolbenringe (3) seitlich einfassenden Zwischenringe (5) berührt und gegen einen Raum (10) höheren Drucks gerichtet ist (F 1 g. 3).