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Dichtungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung
(im folgenden als Dichtungsvorrichtung "der vorliegenden Art" bezeichnet) zur Begrenzung
oder Verhinderung des Beckens von Gas durch ein Element, durch das eine sich geradlinig
hin- und herbewegende Stange von einer Kammer, die Gas bei einem hohen sich zyklisch
ändernden Druck enthält, zu einem gasgefüllten Raum führt, in dem der Druck niedriger
als der niedrigste in der Kammer auftretende Druck ist, wobei sich dieses Element
zwischen der Kammer und dem gasgefüllten Raum befindet und eine Dichtung aufnimmt,
durch die diese Stange verläuft, wobei die Dichtung einen verengten Durchgang für
das Beckgas von der Kammer neben der Stange zu einem Rückführungskanal zuläßt, der
das Beckgas zu der Kammer zurückführt und ein Rückströmventil enthält, das eine
Gasströmung in dem Rücicführungskanal nur in der Richtung zu der Kammer zuläßt.
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Dichtungsvorrichtungen der vorliegenden Art wurden für die Verwendung
in Heißgasmaschinen vorgeschlagen, zum Beispiel bei
Maschinen, die
den Stirlingzyklus verwenden. Das Problem liegt darin, das Lecken des Arbeitsgases
neben einer Kolbenstange zu dem Kurbelwellengehäuse zu verhindern und das Eindringen
von Öl von dem Kurbelwellengehäuse in die Arbeitskammer der Imschine zu verhindern.
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Bei einer bekannten Vorrichtung der vorliegenden Art wurde vorgeschlagen,
ein Dichtungsfluid - zusammen mit dem von der Kammer leckenden Gas - zum Beispiel
ein Schmieröl zu verwenden, das einem Raum, der die Kolbenstange umgibt, zugeführt
und anschliessend durch den Rückführungskanal abgezogen wird.
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Diese vorgeschlagene Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie
eine besondere Einrichtung zum Zuführen des Lichtungsfluids erfordert. Außerdem
erfordert diese Vorrichtung besondere Maßnahmen, die ein Lecken des Gases abdichten
können, wenn die Maschine nicht läuft, und schließlich besteht das Risiko, daß Öl
in das in dem Arbeitszyklus verwendete Gas eintritt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dichtungsvorrichtung
der vorliegenden Art so zu verbessern, daß die Herstellungskosten verringert werden
und ein zuverlässigerer Betrieb auch während extrem langer Zeitabstände zwischen
den Wartungen erreicht wird.
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Dies wird bei einer Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Art erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß zur trennung dieses gasgefüllten Raumes von einem die Stange
umgebenden und mit dem Rückführungskanal in Verbindung stehenden Raum ein elastischer
Ring aus Kunststoffmaterial vorgesehen ist, der an beiden Enden konisch verjüngt
ist, die Stange umgibt und gegen die Stange zwischen zwei Metallringen verkeilt
ist, die komplementur zu den sich verjüngenden Enden des elastischen Ringes ausgebildet
sind, und daß die Verkeilungswirkung durch eine Bederspannung bewirkt wird, die
die Ringe in der Richtung der Stangenachse belastet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
unter
Bezugnahme au9 die beitofügte Zeichnung naher erläutert, die einen Längsschnitt
einer Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, die bei der Kolbenstange einer
Heißgasmaschine verwendet wird.
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Eine sich geradlinig hin- und herbewegende Kolbenstange 1 ist mit
einem Kreuzkopf 2 verbunden, der in einer zylindrischen Wand 3 geführt wird. Der
Kreuzkopf 2 ist an eine Pleuelstange 4 angelenkt, und die Kolbenstange 1 ist an
ihrem oberen Ende mit einem nicht dargestellten Kolben verbunden, der in einem Zylinder
5 arbeitet. Die später beschriebene Dichtungsvorrichtung dient dazu, eine erste
Kammer 6, die Arbeitskammer genannt wird, sich oberhalb der Dichtungseinrichtung
befindet und ein Gas bei einem hohen sich zyklisch ändernden Druck enthält, von
einem gasgefüllten Raum in der Form einer zweiten Kammer 7 zu trennen, in der ein
Druck herrscht, der niedriger als der niedrigste in dem Zyklus in der Kammer 6 auftretende
Druck ist.-Diese zweite g mer 7 ist ein Teil des Kurbetwellengehäuses, das einen
ölgeschmierten Antriebsmechanismus enthält, von dem der Kreuz kopf 2 und die Pleuelstange
4 Teile sind.
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Eine ringförmige Schulter 8 erstreckt sich radial nach innen in Bezug
auf die aneinanderstoßenden Enden der zylindrischen Wand 3 und des Zylinders 5.
Die Dichtungsvorrichtung umfaßt ein ringförmiges Gehäuse 9, das in axialer Richtung
durch diese Schulter 8 gehalten wird. 0Ring 10 verhindern das Fließen des Fluids
in der axialen Richtung zwischen dem Gehäuse 9 und den angrenzenden Oberflächen
des Zylinders 5 und der Schulter 8.
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Das Gehäuse 9 ist mit einer zentralen Bohrung ii und einem sich nach
innen erstreckenden Flansch 12 versehen. Die Kolbenstange 1 führt durch die Bohrung
11 und den Flansch 12 und ist von einer Hutdichtung 13, einem Ölabstreifer 14 und
einem Dichtungselement umschlossen, das aus einem Ring 15 aus Kunststoffmaterial
- zum Beispiel aus verstärktem Teflon - besteht, der an beiden Enden konisch verjüngt
und zwischen zwei komplementäre t'tetallringe 16 und 17 verkeilt ist.
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Der Ölabstreifer 14 wird durch eine radförmige Hülse 18 gehalten,
die auf dem Ring 16 sitzt und als AuSlagerfür das untere Ende einer Druckfeder 19
dient, deren oberes Ende sich gegen eine Abdeckung 20 abstützt, die an dem Gehäuse
9 befestigt ist und die Hutdichtung 13 festhält.
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Die Kolbenstange 1, das Gehäuse 9, die Abdeckung 20 und der Ring 15
begrenzen einen Raum 21, der die Kolbenstange 1 umgibt und mit einem Rückführungskanal
22 in Verbindung steht, welcher einen Ölabscheider 23 und ein Rückströmventil 24
enthält.
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Der axiale Abstand zwischen der Hutdichtung 13 und dem Ölabstreifer
14, und somit dem Ring 15, ist größer als die Hublänge der Kolbenstange 1.
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Die dargestellte und beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Während des Betriebes der Maschine, in der die Vorrichtung verwendet wird, ändert
sich der Gasdruck in der Kammer 6 zyklisch zwischen einem maximalen und einem minimalen
Wert. Infolge des Rückströmventils 24, das die Strömung durch den Kanal 22 bestimmt,
entspricht der Gasdruck in dem Raum 21 normalerweise dem minimalen Wert des Druckes
in der Kammer 6. Die Hutdichtung 13 verringert die Gasströmung von der Kammer 6
in den Raum 21, aber kann diese Strömung nicht verhindern.
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Der Druck in dem Teil 7 des Kurbelwellengehäuses liegt normalerweise
etwas über dem normalen Atmosphärendruck. Der Kreuzkopf 2 ist geschmiert, um eine
geringe Reibung zu erhalten und die durch die Reibung entwickelte Wärme abzuführen.
Das Schmieröl kommt automatisch mit dem unteren Ende der Kolbenstange 1 in Berührung
und schmiert und kühlt dadurch diese.
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Der Ring 15 hindert den größten Teil des Öles daran, in den Raum 21
einzudringen, aber ein dünner Ölfilm wird in jedem Falle zwischen dem Ring 15 und
der Stange 1 durchgezogen. Irgendwelche Öltropfen oder Öldämpfe, die davon herrühren,
werden durch die Gasströmung erfaßt, die kontinuierlich in der Richtung auf den
Filter
23 zu durchtritt, in dem das Öl kondensiert, von der Gasströmung getrennt und aufgefangen
wird.
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Ölteilchen, die an der Stange 1 haften, treten nicht durch die Hutdichtung
13, da die Hublänge der Kolbenstange 1 so klein ist, daß der Ölabstreifer 14 und
die Hutdichtung 13 niemals die gleichen Teile der Kolbenstange 1 berühren.
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Die dargestellte Vorrichtung ist also von der vorliegenden Art, und
zur Trennung des gasgefüllten Raumes 7, in dem der Druck niedriger als der niedrigste
Wert des sich zyklisch ändernden Druckes in der Zylinderkammer 6 ist, von dem die
Stange 1 umgebenden Raum 21 ist der Ring 15 vorgesehen. Der Raum 21 steht mit dem
Rückführungskanal 22 in Verbindung, der das Rückströmventil 24 enthält. Der Ring
15 ist gegen die Stange 1 zwischen den zwei Metallringen 16 und 17 verkeilt, wobei
die Keilwirkung durch die Feder 19 bewirkt wird, die über die Hülse 18 auf den Ring
16 wirkt und die Ringe 16, 15 und 17 in der axialen Richtung der Stange 1 belastet.