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Vorrichtung mit einer in Form einer Rollmembrane ausgebildeten
Abdichtung zwischen zwei ineinander verschieblichen, koaxialen
Maschinenteilen
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primierbare Mittel durch eine Flüssigkeit gebildet ist und dass die Vorrichtung eine der Ergänzung von
Leckflüssigkeit dienende Fördereinrichtung aufweist.
Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat das Merkmal, dass als Förder- einrichtung zur Ergänzung der Leckflüssigkeit eine Flüssigkeitspumpe vorgesehen ist.
Da bei der Vorrichtung meistens Schmieröl vorhanden ist, hat eine günstige Ausführungsform der Vor- richtung nach der Erfindung das Merkmal, dass das unkomprimierbare Mittel durch das in der Vorrichtung vorhandene Schmieröl gebildet ist und dass als Fördereinrichtung zur Ergänzung der Leckölmenge ein als
Flüssigkeitspumpe wirkender Ölabstreifring vorgesehen ist.
Eine vorteilhafteAusführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat das Merkmal, dass die För- dereinrichtung zur Ergänzung derLeckflüssigkeit von einem auf den, auf die Membrane wirkenden Druck- unterschied ansprechenden Regelmechanismus gesteuert ist, der den Abfluss eines etwa geförderten Flüs- sigkeitsüberschusses bewirkt.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform hat die Vorrichtung nach der Erfindung das Merk- mal, dass die Membrane in an sich bekannter Weise aus einem Elastomer hergestellt ist, dass die konvexe
Seite der Membrane dem Dichtraum zugewendet ist und dass die Membrane wenigstens teilweise an den
Wänden der ineinander beweglichen Maschinenteile anliegt und dabei eine in mindestens einem der Ma- schinenteile vorgesehene Öffnung zur Abfuhr eines etwaigen Überschusses an unkomprimierbarem Mittel normalerweise verschliesst und aber beim Sinken des auf der Membrane lastenden Druckunterschiedes unterhalb eines bestimmten Wertes diese Öffnung wenigstens während eines Teiles des Hubes freigibt. Unter einem Elastomer soll in dieser Beziehung ein Stoff mit gummiartigen Eigenschaften verstanden werden, z. B. Gummi oder Vulkollan.
Bei dieser Ausführungsform wird die Elastizität der Membrane benutzt, wodurch beiVerringerung desDruckunterschiedes auf derMembrane die Länge derMembrane quer zu ihrer Umfangsrichtung kleiner wird. Infolgedessen ist dieMembrane über einen kleineren Abstand mit den Wänden der Elemente in Berührung, so dass die Abfuhröffnung wenigstens teilweise frei wird und Mittel abgeführt werden kann.
Eine günstige Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat-das Merkmal, dass die Öffnung für die Abfuhr eines etwaigen Überschusses an unkomprimierbarem Mittel durch einen porösen, für das Mittel durchlässigen Wandteil gebildet ist.
Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung hat das Merkmal, dass dieMembrane mit einer Haut eines diffusionshemmenden Materials überzogen ist. Infolgedessen wird die Diffusion durch die Membrane hindurch auf ein Mindestmass herabgesetzt.
DieErfindung wird anHand der Zeichnungen näher erläutert, in der eine Anzahl von Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung in denFig. 1-9 schematisch und nichtmassstäblich im Längsschnitt dargestellt sind.
Die Fig. l und 2 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Elastizität derMembrane die Konstantheit des dasMittel erhaltenden Raumes sichert. ie Fig . 3,4, 5, 6 und 7 zeigen eine Anzahl von Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei das Volumen des das unkomprimierbareMittel enthaltenden Raumes lediglich durch dieFormgebung der steifen Wandteile kon- stant gehalten wird, welche diesen Raum begrenzen.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei mittels eines Ölabstreifringes Mittelüberschuss dem das unkomprimierbare Mittel enthaltenden Raum zugeführt wird, während Mittel durch einen porösen Wandteil abgeführt wird, Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei dem ein Überschuss an Mittel dem das unkomprimierbare Mittel enthaltenden Raum zugeführt wird und Mittel durch einen auf den auf der Membrane wirksamen Druckunterschied ansprechenden Regelmechanismus abgeführt wird.
Nach Fig. 1 ist eine Rollmembrane 11 mit dem einen Ende an dem stillstehenden Bauteil 12 und mit dem andernEnde an dem imBauteil 12 beweglichen Bauteil 13 befestigt. In der Zeichnung ist der Bauteil 13 in Form einer Stange dargestellt, die gleitend in dem als Gleitbüchse ausgebildeten Bauteil 12 beweglich ist. Die Einzelteile 12 und 13 können auch in Form einer Kolben-Zylinderkombination ausgebildet werden. Die Rollmembrane 11 trennt die Räume I und II. In dem Raum I befindet sich ein Medium, das sowohl flüssig als auch gasförmig sein kann. Dieses Medium kann sowohl einem konstanten Druck unterliegen als auchDruckschwankungen erfahren. In dem Raum II ist eine Menge unkomprimierbaren Mittels vorhanden, das z. B. durch eine Flüssigkeit, aber auch durch einen körnigen festen Stoff gebildet werden kann.
Während der Hin-und Herbewegung der Einzelteile 12 und 13 gegeneinander könnte das Volumen des Raumes II, wenn die Rollmembrane 11 eine konstante Länge haben würde, Grössenänderungen aufweisen. Da die Membrane jedoch aus einem elastischen Stoff hergestellt ist, wird der im Raum I vorherrschende Druck die Membrane stets derart verformen, dass der Raum II stets ganz mit dem un-
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komprimierbaren Mittel gefüllt ist, wodurch das Volumen dieses Raumes während der gegenseitigen Be- wegung der Elemente 12 und 13 konstant ist. In dem Raum II wird eine solche Menge unkomprimierbaren
Mittels angebracht, dass infolge des Druckes im Raum I die Membrane während der Bewegung der Ele- mente 12 und 13 stets derart vorgespannt wird, dass der Raum II vollständig mit unkomprimierbarem Mit- tel gefüllt bleibt.
Bei der Hochbewegung des Elementes 13 würde das Volumen des Raumes II grösser wer- den, was aus der durch gestrichelte Linien angedeuteten Lage ersichtlich ist (Membranenverschiebung ruft eine grössere Volumenveränderung hervor als die durch den verstärkten Teil des Elementes 13 bei der
Hochbewegung ausgeglichene Änderung). Der Druck des Mediums im Raum I dehnt die Rollmembrane 11 derart, dass die Volumenvergrösserung des Raumes 11 zunichtegemacht wird und dass die Membrane über ihre ganze Länge abgestützt wird.
Fig. 2 zeigt eine Konstruktion, die grösstenteilsder jach Fig. l ähnlich ist, wobei jedoch der Unter- schied besteht, dass eine Rollmembrane 21 in diesem Falle in entgegengesetzter Richtung, d. h. mit ihrer konkaven Seite dem Raum II zugewendet zwischen den gegeneinander beweglichen Elementen 22 und 23 angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform muss der Druck des im Raum II vorhandenen, unkomprimier- barenMittels stets höher sein als derDruck des im Raum I enthaltenen Mediums. Die Membrane wird da- bei durch den Druck des unkomprimierbaren Mittels gestreckt gehalten. Das Gestrecktbleiben der Roll- membrane ist sowohl in der Ausführung nach Fig. l als auch in der nach Fig. 2 und auch bei allen weite- ren Ausführungsformen eine erste Anforderung, um die Abdichtung gut funktionieren zu lassen.
Fig. 3 zeigt eineRollmembrane 31, die zwischen den gegeneinander beweglichen Einzelteilen 32 und
33 angebracht ist und die Räume I und 11 voneinander trennt. Im Raum I befindet sich ein flüssiges oder gasförmiges Medium, während der Raum II mit unkomprimierbarem Mittel gefüllt ist. Die Wandteile a, b, c des Einzelteiles 33 und d, g, f des Einzelteiles 32, welche Wandteile einen Teil der Begrenzung des Raumes II bilden, sind derart gestaltet, dass bei der gegenseitigen Bewegung der Elemente 32 und 33 das Volumen des Raumes II konstant bleibt, ohne dass die Länge im dargestellten Querschnitt der Rollmembrane 31 sich ändert0. In dem Raum II ist nur eine solche Menge unkomprimierbaren Mittels vorhanden, dass infolge des imRaum I vorherrschendenDruckes dieRollmembrane eineverhältnismässig geringe Spannung hat.
Diese Spannung ist weiter, abgesehen von etwaiger Alterung der Membrane, während desBetriebes der Vorrichtung konstant. Diese Anordnung und Abstützung der Membrane hat den Vorteil, dass die Abdichtung bei sehr hohen Drücken und grossenDruckänderungen imRaum I anwendbar ist (welche Drücke durch dieRollmembrane auf das unkomprimierbareMittel im Raum 11 übertragen werden), wobei dennoch eine lange Lebensdauer der Rollmembrane möglich ist.
Nach Fig. 4 ist eine Rollmembrane 41 zwischen den Einzelteilen 42 und 43 angeordnet. Diese Ausführungsform ist grundsätzlich der Ausführungsform nachFig. 3 ähnlich, nur die Wandteile a, b, c des Einzelteiles 43 und d, f. g des Einzelteiles 42 haben eine etwas andere Gestalt. Auch hier gilt die Bedingung, dass bei der gegenseitigen Bewegung der Einzelteile 42 und 43 das Volumen des Raumes 11 bei gleichbleibender Länge der im Querschnitt dargestellten Rollmembrane 41 konstant bleiben soll.
Nach den Fig. 5 und 6 ist eine Rollmembrane 51 zwischen den gegeneinander beweglichen Einzelteilen 52 und 53 angebracht. Die Rollmembrane trennt dabei die Räume I und II, wobei sich im Raum I ein flüssiges oder gasförmigesMedium unter Druck befindet, während der Raum II ein unkomprimierbares Mittel enthält. Bei dieserAusführungsform ist der Einzelteil 53 aus zwei zylindrischen Teilen mit konstanten, aber verschiedenen Durchmessern d1 und dz zusammengebaut. Das Element 52 ist am Innenumfang mit zwei zylindrischen Wandteilen mit Durchmessern d3 und d versehen.
Für diese Durchmesser gilt die Beziehung :
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Es wird auf diese Weise erreicht, dass die Oberflächen der Wandteile h-k und l-m des Raumes II einander gleich sind, da, wenn der Einzelteil 53 sich über einen Abstand y nach oben verschiebt, die Rollmembrane 51 die in Fig. 5 durch eine gestrichelte Linie angedeutete Lage einnehmen wird. Es ist daraus ersichtlich, dass der Punkt P dieser Membrane nur über einen Abstand 1/2 y nach oben bewegbar ist. Infol-
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chen wird durch die Volumsverkleinerung infolge der Verschiebung des Einzelteiles 53.
Auf diese Weise wird durch eine äusserst einfache Formgebung der Einzelteile 52 und 53 erreicht, dass das Volumen des Raumes 11 bei gleichbleibender Länge der im Querschnitt dargestellten Rollmembrane konstant bleibt.
Obiges gilt sowohl für dieAusführungsform dertig. 5 als auch für die nach Fig. 6. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen ist der, dass in Fig. 5 die Membrane mit ihrer konvexen Seite dem Raum II zugewendet ist, während die Membrane in der Ausführungsform nach Fig. 6 mit ihrer konvexen Seite vondiesemRaum abgewendet Ist.
Dies bringt mit sich, dass bei der Vorrichtung nach Fig. 5 die Membrane eine geringe Spannung hat, indem im Raum II etwas weniger Mittel eingebracht wird als der Länge derMembrane in dem entspannten Zustand entsprechen würde, während in der Vorrichtung nach Fig. 6 die Membrane gespannt wird, indem eine etwas grössere Menge des Mittels in dem Raum II vorgesehen wird als derLänge derMembrane im nicht gespannten Zustand entsprechen würde, so dass dieMembrane durch das unkomprimierbare Mittel gespannt wird.
In den Fig. 7a-c sind noch einige mögliche Ausführungsbeispiele dargestellt. Die Rollmembrane 71 ist dabei zwischen den gegenseitig beweglichenEinzelteilen 72 und 73 angebracht und trennt die Räume I und II. DieseAusführungsformen unterliegen alle demselbenPrinzip wie die in denFig. 5 und 6 dargestellten Abdichtungen. Die unterhalb der Membrane 71 liegenden steifen Teile der Wände der Elemente 72 und 73, welche Teile einen Teil der Begrenzung des Raumes II bilden und welche Teile der Membrane zugewendet sind, haben in einer Projektion auf eine zur Achse der Vorrichtung senkrechte Ebene, gleiche Oberflächen. In Fig. 7a sind das die Wandteile q, t und u, x.
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Um zu erreichen, dass die Projektion der erwähnten Wandteile in jeder Ausführungsform einander gleich ist, muss für die Durchmesser d1. dz und da der zylindrischen Teile der Einzelteile 72 und 73 wieder die gleiche Beziehung gelten wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5.
InFig. 8 ist eineRollmembrane 81 zwischen den gegeneinander hin- und herbeweglichen Einzelteilen 82 und 83 angebracht. Auch hier trennt dieRollmembrane zweiRäume I und II, von denen der Raum I ein einem Druck unterliegendes Medium und der Raum 11 ein unkomprimierbares Mittel enthalten. Auch bei dieser Vorrichtung sind die steifen Wandteile a, b, c und d, f, g, h, i, die einen Teil der Begrenzung des Raumes II bilden, wieder derart gestaltet, dass das Volumen des Raumes II bei der gegenseitigen Bewegung der Teile 82 und 83 bei gleichbleibender Länge der Membrane 81 konstant bleibt. Weiter ist in der Vorrichtung ein Ölabstreifring 84 vorgesehen, der bei der Hochbewegung des Einzelteiles 83 dem Raum n Öl zuführt. Ein Teil 85 der Wand d, f des Raumes II ist porös ausgebildet.
An diesen porösen Wandteil 85 schliesst sich eine Ölabfuhrleitung 86 an, die in einem Ölbehälter 87 ausmündet, aus dem derÖlabstreifring 84 das Öl an sich zieht.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende : Der Ölabstreifring 84 pumpt Öl in den Raum 11. Wenn die eingepumpteMenge gerade der aus dem Raum 11 wegleckenden Menge entspricht, so geschieht nichts, da das Volumen des Öles im Raum 11 gerade konstant bleibt. Wird jedoch ein Überschuss dem Raum II zugeführt, so nimmt die Ölmenge im Raum II zu, wodurch die Membrane über einen geringeren Abstand gegen die Wände gedrückt wird. Infolgedessen wird ein Teil des porösen Wandteiles freigegeben, so dass das Öl durch die Abfuhrleitung 86 zurück nach dem Behälter 87 fliessen kann. Die Membrane 81 gibt den porö5e8 (Wandteil nur während eines Teiles des Hubes frei.
Auf diese Weise wird eine Regelung erhalten, bei der die Membranlänge nahezu konstant bleibt.
Statt einesÖlabstreifringes kann auch eine üblicheFlüssigkeitspumpe fürdieölzufuhr verwendet werden.
Der. poröse Wandteil kann aus jedem beliebigenMaterial hergestellt werden. Es ist jedoch vorteilhaft, zu diesem Zweck poröses Sintermaterial anzuwenden. Gegebenenfalls kann das poröse Material auc weg- gelassen werden, so dass eine übliche Abfuhröffnung gebildet wird.
Fig. 8 zeigt den Fall, in dem der Ölabstreifring im Einzelteil 82 untergebracht ist. Der Ölabstreifring kann abe"ebenso gut im beweglichen Einzelteil 83 untergebracht werden.
Fig. 9 zeigt eine Rollmembrane 91, die zwischen einem Zylinder 92 und einem sich darin hin-und herbewegenden Kolben 93 angebracht ist. Auch hier trennt die Membrane einen Raum I oberhalb des Kolbens von einem Raum II unterhalb Jer Membrane, welcher Raum wieder ein konstantes Volumen hat und mit einem unkomprimierbaren Mittel, in diesem Falle z. B. Schmieröl, gefüllt ist. In dem Raum I befindet sich ein Medium, das in diesem Falle Druckänderungen unterworfen ist. Der Zylinder 92 ist weiter mit einem Einlass-und Auspuffventilgehäuse 95 und 96 versehen. In der Vorrichtung ist weiter ein Ölab-
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