BR112021014290A2

BR112021014290A2 - Anel de vedação com abertura de desgaste

Info

Publication number: BR112021014290A2
Application number: BR112021014290-8A
Authority: BR
Inventors: Bernhard Spiegl; Andreas Kaufmann; Martin Lagler; Marian Janko-Grasslober; Matthias Kornfeld
Original assignee: Hoerbiger Wien Gmbh
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-09-28
Also published as: MX2021009032A; KR20210118451A; CA3128137A1; EP3918234A1; JP2022519219A; ES2930042T3; EP3918234B1; AU2020213671A1; WO2020157142A1; US20220099183A1; CN113383183A

Abstract

anel de vedação com abertura de desgaste. a presente invenção refere-se a um anel de vedação (14) que é construído da maneira mais simples e compacta possível, permite uma vida útil mais longa e pode ser adaptado flexivelmente a condições de uso diferentes. de acordo com a invenção, isso é conseguido pelo fato que pelo menos uma abertura de desgaste (27) é provida em pelo menos um segmento de anel (14a), a dita abertura de desgaste se estendendo a partir de uma superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) e/ou da segunda extremidade de anel axial (re2) do segmento de anel (14a) na direção de uma superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), em que a extremidade de abertura (27a) da pelo menos uma abertura de desgaste (27) é disposta em uma distância da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) na direção radial do segmento de anel (14a), a dita distância se igualando maximamente a 40% da altura do anel radial (rh) se estendendo entre a superfície circunferencial externa exterior (23) e a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), e a extremidade de abertura de desgaste (27) se encontra entre as primeira e segunda extremidades de anel axial (re1, re2) e está disposta a uma distância das primeira e segunda extremidades de anel axial (re1, re2).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANEL DE VEDAÇÃO COM ABERTURA DE DESGASTE".

[0001] A presente invenção refere-se a um anel de vedação tendo pelo menos três segmentos de anel, cada um tendo uma extremidade do primeiro segmento e uma extremidade do segundo segmento na direção circunferencial, em que uma primeira superfície de contato tangencial da extremidade do primeiro segmento de um segmento de anel está contígua a uma segunda superfície de contato tangencial da extremidade do segundo segmento de um segmento de anel adjacente a ela na direção circunferencial a fim de criar uma vedação radial do anel de vedação, e uma primeira superfície de contato axial da extremidade do primeiro segmento de um segmento de anel, voltada para uma extremidade do primeiro anel axial do anel de vedação, está contígua a uma segunda superfície de contato axial da extremidade do segundo segmento de um segmento de anel adjacente a ela na direção circunferencial e voltada para uma segunda extremidade do anel axial do anel de vedação a fim de criar uma vedação axial do anel de vedação. A invenção refere-se também a um dispositivo de vedação para vedar uma haste de pistão translacionalmente oscilante tendo um compartimento no qual vários anéis de vedação dispostos axialmente em sucessão são providos, bem como um compressor de pistão tendo um compartimento de compressor e pelo menos um compartimento de cilindro disposto no mesmo, em que um pistão oscila translacionalmente.

[0002] Compressores de pistão no projeto de cruzeta, especialmente no projeto de ação dupla, requerem que o espaço de compressão do lado da manivela no cilindro, no qual a (alta) pressão do cilindro é variável com o tempo, seja vedado ao longo da haste do pistão oscilante. Essa vedação é normalmente realizada contra a (baixa)

pressão existente no cárter, que corresponde essencialmente à pressão ambiente. Os elementos de vedação que são usados em tal vedação são chamados de anéis de vedação e são dispostos em uma chamada vedação por pressão. Os elementos de vedação podem seguir os movimentos laterais da haste do pistão até certo ponto sem perder seu efeito de vedação. Para aumentar a vida útil e a confiabilidade de uma vedação por pressão, vários desses anéis de vedação são geralmente conectados axialmente em série em uma vedação por pressão. Tais vedações por pressão ou retentores são suficientemente conhecidos da técnica anterior em modalidades muito variadas, por exemplo, da GB 928 749 A, US 1 008 655 A ou EP 2 056 003 A1.

[0003] Devido ao movimento relativo entre a haste do pistão e os anéis de vedação, os anéis de vedação estão sujeitos a um certo desgaste nas superfícies de contato com a haste do pistão. Esse desgaste do anel geralmente requer formatos de anel cortados que permitem o reajuste contínuo automático do anel quando material é removido na superfície de contato do anel/haste do pistão. Para esse propósito, anéis cortados radialmente e tangencialmente são geralmente usados, os quais são inseridos aos pares nas câmaras de vedação da vedação por pressão para cobrir mutuamente as fendas das juntas que ocorrem para compensar desgaste. Tais combinações de anel cortado radialmente/tangencialmente são vedações de ação única que vedam apenas na direção da cruzeta, enquanto os cortes radiais asseguram que nenhuma pressão maior possa ser encerrada na vedação no curso da fase de reexpansão do lado da manivela do compressor de pistão. No caso de formatos de anéis cortados, sabe-se que molas tubulares enroladas em torno da circunferência externa são geralmente usadas, as quais pressionam os anéis de vedação contra a haste do pistão, mesmo no estado não pressurizado.

[0004] Especialmente em pressões maiores, uma extrusão significante dos anéis de vedação na lacuna formada entre a haste do pistão e o compartimento de vedação ou disco da câmara também pode ocorrer em arranjos convencionais. Para evitar essa extrusão o máximo possível, anéis de suporte metálico adicionais que não tocam de forma plana a haste do pistão podem ser usados entre o anel no lado de baixa pressão e o disco da câmara, como descrito na US 3 305 241 A, por exemplo.

[0005] No caso de uma combinação de um anel de vedação cortado radialmente e tangencialmente, a vedação em direção à haste do pistão ocorre essencialmente apenas devido ao anel de vedação cortado tangencialmente, cujos segmentos de anel podem ser empurrados juntos devido ao corte tangencial e, assim, manter o efeito de vedação. O anel de vedação cortado radialmente é essencialmente usado apenas para vedar as lacunas de desgaste do anel de vedação tangencial nas direções axial e radial. O anel de vedação radial apenas se desgasta até que os segmentos do anel fiquem um contra o outro na direção circunferencial. Os anéis de vedação cortados radialmente e tangencialmente, portanto, desgastam de maneira diferente. A fim de evitar que os anéis de vedação cortados radialmente e tangencialmente torçam um em relação ao outro, o que pode ter o resultado que as lacunas de desgaste no anel de vedação cortado tangencialmente não sejam mais cobertas e, consequentemente, o efeito de vedação seria perdido, uma trava de torção tem a ser provida entre os anéis. Tal trava de torção é geralmente realizada como um pino que é inserido em recessos associados no anel de vedação cortado radialmente e tangencialmente. Na EP 2 056 003 A1 já foi então proposto não prover uma combinação de anéis de vedação de um anel de vedação cortado radialmente e tangencialmente, mas apenas um anel de vedação único que é cortado ambos radialmente e também tangencialmente. Como resultado, o comprimento axial geral de uma vedação por pressão e, portanto, a vedação inteira pode ser reduzida.

[0006] Com o aumento das pressões de compressão do compressor, a tensão nos anéis de vedação aumenta e então também seu desgaste. Um método conhecido de redução da carga em um anel de vedação segmentado é prover compensação de pressão, como mostrado, por exemplo, na EP 2 056 003 A1. A pressão maior aplicada é deliberadamente trazida para a superfície de vedação dinâmica (radialmente entre o anel de vedação e a haste do pistão) e axialmente mais perto do lado voltado para longe da pressão (lado do cárter) por meio de uma ou mais ranhuras de compensação de pressão se estendendo na direção circunferencial. Isso reduz a pressão de superfície na superfície de vedação dinâmica, reduz atrito e aumenta a vida útil. A desvantagem no presente documento, no entanto, é que esse princípio de compensação de pressão só pode ser aumentado até um certo ponto, uma vez que a espessura da parede axial restante no anel de vedação não é mais suficientemente estável devido à(s) ranhura(s) de compensação de pressão e as pressões aplicadas podem causar deformações e então vazamentos. Uma outra desvantagem dos anéis de vedação com compensação de alta pressão é que os anéis são pressionados radialmente sobre a haste do pistão com apenas uma pequena força residual. Uma vez que a haste do pistão também está geralmente sujeita a um certo movimento lateral em adição ao movimento oscilante translacional, as forças de atrito na superfície de contato axial do anel de vedação podem impedir ou pelo menos retardar o movimento radial do anel, de modo que o anel pode levantar a haste do pistão e podem ocorrer vazamentos concomitantes.

[0007] A US 3.305.241 descreve um anel de vedação cortado tangencialmente de três partes, em que os dois furos radiais são providos centralmente entre as duas faces de extremidade em cada segmento de anel. Os furos abertos em uma ranhura circunferencial na superfície circunferencial interna. Um anel de cobertura separado é requerido para a vedação axial. Ranhuras são dispostas nas faces de extremidade para reduzir a pressão de contato axial. A DE 699 35 834 T2 não descreve um anel de vedação de uma haste de pistão translacionalmente oscilante, mas ao contrário um anel de vedação para eixos giratórios. O anel tem quatro segmentos, em que três furos radiais são dispostos em cada segmento, que se abrem para uma ranhura circunferencial interna. São providas ranhuras nas faces de extremidade axial para reduzir uma carga de pressão do segmento em relação a um compartimento.

[0008] É, portanto, um objetivo da invenção prover um anel de vedação e um dispositivo de vedação que eliminem as desvantagens da técnica anterior. Em particular, o anel de vedação deve ser construído o mais simples e compacto possível, permitir uma vida útil mais longa e ser capaz de ser adaptado de forma flexível a diferentes condições de uso.

[0009] De acordo com a invenção, o objetivo é atingido em que pelo menos uma abertura de desgaste é provida em pelo menos um segmento de anel, que se estende a partir de uma superfície circunferencial externa radialmente exterior e/ou da segunda extremidade de anel axial do segmento de anel na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel, em que uma extremidade de abertura de desgaste radialmente interna da pelo menos uma abertura de desgaste se abrindo voltada para a superfície circunferencial interna é espaçada em uma distância na direção radial do segmento de anel da superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel que é no máximo 40% de uma altura de anel radial se estendendo entre a superfície circunferencial externa exterior e a superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel, em que a extremidade de abertura de desgaste está entre as primeira e segunda extremidades de anel axial e é espaçada das primeira e segunda extremidades de anel axial. A partir de um certo estado de desgaste, em que a abertura de desgaste é exposta na superfície circunferencial interna radialmente interior do anel de vedação, uma compensação de pressão pode então ser permitida entre uma pressão alta aplicada na superfície circunferencial externa e a segunda extremidade de anel axial e uma pressão menor relativa à mesma aplicada à primeira extremidade de anel axial. A pressão de contato na haste do pistão é então diminuída, de maneira que o desgaste pode ser reduzido.

[0010] É vantajoso se pelo menos uma seção de extremidade de pelo menos uma abertura de desgaste voltada para a superfície circunferencial interna radialmente interior for inclinada na direção da primeira extremidade de anel axial. O comportamento de compensação de pressão pode então ser adaptado ao desgaste radial progressivo do anel de vedação, em particular aumentado, a partir da exposição da abertura de desgaste na superfície circunferencial interna radialmente interior do anel de vedação.

[0011] Pelo menos uma abertura de desgaste tem vantajosamente um curso reto e uma seção transversal circular constante tendo um diâmetro de abertura de desgaste que é 2-60%, preferivelmente 2-40%, da largura do anel axial do anel de vedação. As aberturas de desgaste podem então ser produzidas facilmente, por exemplo, através de perfuração ou fresagem, em que as dimensões provaram ser vantajosas para obter a melhor compensação de pressão possível.

[0012] Preferivelmente, um limite de pelo menos uma abertura de desgaste voltada para a primeira extremidade de anel axial é espaçada em uma distância axial de abertura de desgaste na direção axial da primeira extremidade de anel axial que é 2% a 20% da largura do anel axial, preferivelmente 2-15%. A compensação de pressão pode então ser melhorada sem reduzir inadmissivelmente a estabilidade do anel de vedação.

[0013] Preferivelmente, pelo menos uma abertura de alívio é provida em pelo menos um segmento de anel, que se estende a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel para a superfície circunferencial externa radialmente exterior e/ou para a segunda extremidade de anel axial do segmento de anel. Uma compensação de pressão entre uma pressão alta aplicada à superfície circunferencial externa e a segunda extremidade do anel axial e uma pressão menor em relação à mesma aplicada à primeira extremidade do anel axial é então permitida, de maneira que desgaste pode ser reduzido.

[0014] Vantajosamente, uma primeira extremidade de abertura de alívio de pelo menos uma abertura de alívio, abrindo para a superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel é espaçada da primeira extremidade de anel axial a uma distância axial de abertura de alívio que é de 4% a 40%, preferivelmente 4-20%, da largura do anel axial do segmento do anel. Como resultado, a compensação de pressão pode ser aproximada o máximo possível do lado de baixa pressão na direção axial sem enfraquecer inadmissivelmente o anel de vedação.

[0015] A pelo menos uma abertura de alívio tem preferivelmente, pelo menos na extremidade da abertura de alívio, um comprimento de abertura de alívio na direção circunferencial que é 2-100% da largura do anel axial do anel de vedação, preferivelmente 2-50%, em particular no máximo 25% da largura do anel axial. Desta maneira, por exemplo, um recesso em formato de ranhura que se estende em uma área relativamente pequena na direção circunferencial pode ser provido na superfície circunferencial interna.

[0016] Pelo menos duas aberturas de alívio são preferivelmente providas em pelo menos um segmento de anel, em que cada uma das aberturas de alívio tem uma primeira abertura de extremidade de abertura de alívio na superfície circunferencial radialmente interna do segmento de anel, em que as primeiras extremidades de abertura de alívio de duas aberturas de alívio dispostas próximas uma da outra na direção circunferencial estão dispostas espaçadas uma da outra em uma distância circunferencial de abertura de alívio z, que é preferivelmente 1 mm a 15 mm, em que a distância circunferencial de abertura de alívio é preferivelmente igual entre todas as aberturas de alívio de um segmento de anel. A compensação de pressão pode então ser melhorada, em particular pode acontecer mais uniformemente na direção circunferencial.

[0017] Preferivelmente, pelo menos uma porção de pelo menos uma abertura de alívio adjacente à superfície circunferencial interna radialmente interior do anel de vedação é inclinada ou curvada na direção da primeira extremidade de anel axial. A compensação de pressão pode então ser adaptada ao desgaste radial do anel de vedação, em particular aumentada.

[0018] Pelo menos uma abertura de alívio é provida, cuja primeira extremidade da abertura de alívio, que se abre para a superfície circunferencial radialmente interna do de anel de vedação, é espaçada na direção circunferencial de uma segunda extremidade de abertura de alívio da abertura de alívio, que se abre para a superfície circunferencial externa radialmente exterior do anel de vedação. Então, um furo de alívio, que se estende obliquamente a partir da superfície circunferencial interna interior para a superfície circunferencial externa exterior do anel de vedação, pode ser provido, por exemplo, na superfície circunferencial interna interior na região da primeira extremidade do segmento.

[0019] Preferivelmente, a pelo menos uma abertura de alívio tem, pelo menos na extremidade da abertura de alívio, uma largura de abertura de alívio axial que é 2-30%, preferivelmente 2-20%, da largura do anel axial do anel de vedação. Preferivelmente, a abertura de alívio tem um curso reto e uma seção transversal circular constante com um diâmetro de abertura de alívio que é 2-30%, preferivelmente 2-20%, da largura do anel axial do anel de vedação. Como resultado, as aberturas de alívio podem ser facilmente produzidas, por exemplo através de perfuração ou fresagem, em que as dimensões provaram ser vantajosas para obter a melhor compensação de pressão possível.

[0020] De acordo com uma modalidade vantajosa, pelo menos um recesso de compensação é provido em pelo menos um segmento de anel, recesso que se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior do segmento de anel na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel e da primeira extremidade do anel axial na direção da segunda extremidade do anel axial, em que preferivelmente pelo menos um recesso de compensação é provido por segmento de anel. Como resultado, a pressão de contato axial em uma parede e o atrito na direção radial podem ser reduzidos, de modo que o anel de vedação pode acompanhar melhor os movimentos laterais de uma haste de pistão.

[0021] É também vantajoso se pelo menos um recesso de partida for provido na superfície circunferencial radialmente interna de pelo menos um segmento de anel, recesso que se estende na direção axial do segmento de anel a partir da segunda extremidade do anel axial na direção da primeira extremidade do anel axial e na direção radial do segmento de anel a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior do segmento de anel na direção da superfície circunferencial externa radialmente exterior do segmento de anel, em que o recesso de partida tem uma profundidade de recesso de partida radial de no máximo 3% da altura do anel. Como resultado, pressão de superfície aumentada pode ser gerada na superfície circunferencial interna radialmente interior do anel de vedação, que não é compreendida pelo recesso de inicialização, durante a fase de partida de um compressor, o que é particularmente vantajoso no caso de anéis de vedação equalizados em alta pressão a fim de reduzir vazamento durante inicialização.

[0022] É vantajoso se pelo menos uma ranhura axial, que se estende a partir da primeira extremidade do anel axial para a segunda extremidade do anel axial, for provida na superfície circunferencial externa radialmente exterior de pelo menos um segmento de anel, preferivelmente cada segmento de anel. A rigidez estrutural do segmento de anel e, portanto, do anel de vedação, pode então ser melhorada.

[0023] O objeto também é obtido por um dispositivo de vedação, em que pelo menos um anel de vedação de acordo com a invenção é provido no dispositivo de vedação, e por um compressor de pistão, em que pelo menos um anel de vedação de acordo com a invenção é provido no compartimento do compressor.

[0024] A presente invenção é explicada em mais detalhes abaixo com referência às Figuras 1 a 8d, que mostram modalidades vantajosas exemplares, esquemáticas e não restritivas da invenção. Nas Figuras:

[0025] A Figura 1 mostra um dispositivo de vedação para uma haste de pistão,

[0026] A Figura 2 mostra um anel de vedação em uma vista isométrica,

[0027] As Figuras 3a e 3b mostram um anel de vedação ou um segmento de anel em uma vista superior da primeira extremidade do anel axial,

[0028] As Figuras 4a e 4b mostram um anel de vedação ou um segmento de anel em uma vista superior da segunda extremidade do anel axial,

[0029] As Figuras 5a e 5b mostram condições de pressão em um anel de vedação,

[0030] A Figura 6 mostra um anel de vedação em uma vista superior da superfície circunferencial externa e vistas em corte em diferentes posições do anel de vedação,

[0031] As Figuras 7a-7d mostram, cada uma, um segmento de anel do anel de vedação tendo modalidades diferentes de recessos de compensação,

[0032] As Figuras 8a-8d mostram um segmento de anel do anel de vedação com uma seção inicial em vistas diferentes.

[0033] A Figura 1 mostra um dispositivo de vedação 1 (vedação por pressão) conhecido na técnica anterior para uma haste de pistão translacionalmente oscilante 2, por exemplo, um compressor de pistão bem conhecido (não mostrado) tendo cruzeta. A haste do pistão 2 realiza essencialmente um movimento de translação oscilante, conforme simbolizado pela seta dupla. O movimento de translação resulta do projeto de cruzeta conhecido de motores de pistão, que é usado em particular em motores de pistão de funcionamento relativamente lento, grandes, por exemplo, em compressores de gás ou motores a diesel grandes. As forças laterais da haste impulsora são suportadas em uma chamada junta cruzada, que é montada no cárter. O pistão, que é fixado na cruzeta com uma haste, executa apenas um movimento essencialmente translacional. O conceito de cruzeta é basicamente conhecido, motivo pelo qual não é discutido em mais detalhes no presente documento. Apenas movimento translacional deve ser entendido no presente documento, no entanto, para significar que a haste do pistão 2 também pode ser submetida a leves movimentos laterais.

[0034] No estado montado, o dispositivo de vedação 1 é disposto no compressor de pistão de tal forma que uma primeira extremidade de vedação axial AE1 fica voltada na direção axial em direção ao pistão do compressor de pistão (não mostrado) disposto em um cilindro. Uma segunda extremidade de vedação axial AE2, oposta, do dispositivo de vedação 1 está voltada para o cárter do compressor de pistão. O dispositivo de vedação 1 então serve para vedar uma pressão alta PH na primeira extremidade de vedação AE1 (no cilindro) em relação a uma pressão PN menor em relação a ela na segunda extremidade de vedação AE2 (no cárter), que corresponde essencialmente à pressão ambiente ou pode ser ligeiramente maior. Conseguir o melhor efeito de vedação possível é importante para garantir que o mínimo possível de meio comprimido possa escapar do cilindro para o cárter e de lá, sob certas circunstâncias, para o ambiente. Isso é particularmente importante no caso de compressores a gás em que, por exemplo, o gás natural é comprimido, a fim de evitar que uma mistura combustível de gás e ar seja formada fora do compressor, o que poderia, em certas circunstâncias, resultar em um chama ou uma explosão. Ainda, a melhor vedação possível é necessária por questões de segurança para não colocar em perigo as pessoas nas proximidades do compressor. Ainda, a melhor vedação possível é vantajosa a fim de aumentar a taxa de entrega e, portanto, a eficiência do compressor.

[0035] O dispositivo de vedação 1 geralmente tem um compartimento substancialmente cilíndrico 3 que pode ser montado, por exemplo, a partir de um número i de segmentos de compartimento 3i (também chamados de discos de câmara) dispostos axialmente em sucessão. No exemplo mostrado, o dispositivo de vedação 1 tem uma pluralidade de câmaras 4 voltadas para a haste de conexão 2, câmaras essas que são formadas no presente documento por recessos nos segmentos de compartimento 3i. Um ou mais anéis de vedação 7a-7c em várias modalidades são dispostos em cada uma das câmaras 4, por exemplo, a combinação de um anel de vedação cortado radialmente e um anel de vedação cortado tangencialmente mencionado no início ou, como mostrado, um anel de vedação radialmente/tangencialmente cortado combinado 7b.

Unindo axialmente os anéis de vedação 7a-c, um anel de suporte 8, que é feito de um metal adequado, por exemplo, pode ser provido em cada caso para evitar a extrusão dos anéis de vedação 7a-c.

O dispositivo de vedação 1 mostrado tem, por exemplo, três tipos diferentes de anéis de vedação 7, em que o primeiro anel de vedação 7a adjacente ao cilindro é provido como um chamado "disjuntor de pressão", que é usado para reduzir a velocidade de fluxo do gás.

Dois anéis de vedação 7b, cada um em uma câmara 4b, são dispostos adjacentes ao anel de vedação 7a na direção do cárter.

Os anéis de vedação 7b são anéis de vedação cortados radial/tangencialmente combinados convencionais no presente documento.

Os anéis de vedação 7c axialmente adjacentes aos mesmos são, cada um, dispostos em uma câmara 4c e, no exemplo mostrado, são separados das câmaras 4b ou dos anéis de vedação 7b dispostos nas mesmas por uma câmara tampão 4e.

Na modalidade exemplar mostrada, os anéis de vedação 7c formam uma barreira de vedação, como descrito, por exemplo, na EP 2 376 819 B1 ou na EP 2 855 982 B1. Para este propósito, um meio de vedação pressurizado, por exemplo, óleo de vedação, é alimentado nas câmaras 4c por meio de uma linha de alimentação 9. O meio de vedação pode ser descarregado para circulação por meio de uma linha de descarga 10. Devido ao meio de vedação, os anéis de vedação 7c são submetidos a uma pressão de óleo radialmente a partir do exterior e axialmente e são pressionados por essa (pressão) contra a haste do pistão 2 e separados axialmente a fim de criar ou melhorar a vedação.

Os anéis de vedação 7b, por outro lado, são mantidos na haste do pistão 2 por meio de molas tubulares 11 dispostas na circunferência e, durante operação, são pressionados contra a haste do pistão 2 por uma diferença de pressão.

A vedação por uma barreira de vedação por meio de anéis de vedação 7c é, no entanto, apenas mostrada por uma questão de completude e não desempenha um papel para a invenção.

[0036] Na segunda extremidade de vedação axial AE2 do dispositivo de vedação 1, dois anéis raspadores 13 são dispostos adjacentes aos anéis de vedação 7c, que são providos para raspar e coletar meio de vedação que está aderido à haste de pistão 2. Os anéis raspadores 13 raspam o meio de vedação e o descarregam radialmente para fora em uma câmara 4d. O meio de vedação é removido da câmara 4d por meio de uma linha de coleta 12, então filtrado, por exemplo, coletado em um recipiente de armazenamento, e alimentado de volta para os anéis de vedação 7b.

[0037] O dispositivo de vedação 1 na Figura 1 é, obviamente, apenas um exemplo e pode ser projetado de qualquer outra maneira, em particular com outros arranjos de anéis de vedação 7a-c e/ou anéis raspadores 13. Por exemplo, os segmentos de compartimento 3i para formar as câmaras 4c para vedação por meio de uma barreira de vedação e a câmara tampão 4e também poderiam ser completamente dispensados e, no dispositivo de vedação 1, apenas segmentos de compartimento 3i tendo câmaras 4b para anéis de vedação 7b e uma ou mais câmara(s) 4d para anéis raspadores 13 podem ser providos. De acordo com a invenção, pelo menos um anel de vedação 14, que é descrito abaixo e projetado de acordo com a invenção, está disposto no dispositivo de vedação 1.

[0038] O anel de vedação 14 de acordo com a invenção explicada abaixo com referência às Figuras 2-8d se refere, por exemplo, a um dos anéis de vedação 7b mostrados na Figura 1. Certamente, o dispositivo de vedação 1 mostrado deve ser entendido apenas como um exemplo a fim de explicar a aplicação do anel de vedação 14 de acordo com a invenção. O dispositivo de vedação 1 poderia, certamente, também ter mais ou menos anéis de vedação de funcionamento a seco 7a (anéis disjuntores de pressão), anéis de vedação 7b, anéis de vedação 7c submetidos a meio de vedação e anéis raspadores 13, por exemplo, apenas um ou mais anéis de vedação de funcionamento a seco 7b, em que pelo menos um anel de vedação 14 de acordo com a invenção é provido.

[0039] A Figura 2 mostra um anel de vedação 14 em uma modalidade vantajosa da invenção. O anel de vedação 14 tem uma abertura substancialmente cilíndrica, central, 15 através da qual, no estado instalado, a haste de pistão translacionalmente oscilante 2 (vide Figura 1), por exemplo de um compressor de pistão, se estende. O diâmetro da abertura cilíndrica 15, quer dizer o diâmetro interno Di (vide Figura 3a) do anel de vedação 14, corresponde essencialmente ao diâmetro da haste do pistão 2 ou, durante operação, se adapta a ela mesmo quando está desgastada, como será explicado em mais detalhes abaixo. O anel de vedação 14 tem pelo menos três segmentos de anel 14a, cada um com uma primeira extremidade de segmento SE1 na direção circunferencial e uma segunda extremidade de segmento SE2 na direção circunferencial. Os três segmentos de anel 14a são preferivelmente de projeto idêntico e podem ser montados adjacentes um ao outro na direção circunferencial a fim de formar o anel de vedação

14. A subdivisão do anel de vedação 14 em segmentos de anel 14a tem a vantagem que o anel de vedação 14 pode ser instalado mais facilmente na haste do pistão 2 e que desgaste do anel de vedação 14 que ocorre durante a operação do compressor pode ser melhor compensado. Em particular, a haste do pistão 2 não precisa ser removida a fim de dispor o anel de vedação 14 em torno da haste do pistão 2.

[0040] Uma primeira superfície de contato tangencial 19a e uma primeira superfície de contato axial 16 são providas na primeira extremidade de segmento SE1 de um segmento de anel 14a (vide também Figura 3b), em que a primeira superfície de contato axial 16 está voltada para a primeira extremidade do anel axial RE1. Tanto a primeira superfície de contato tangencial 19a quanto a primeira superfície de contato axial 16 são preferivelmente delimitadas por uma primeira superfície de limitação de desgaste 22. No exemplo mostrado, a primeira superfície de contato tangencial 19a e a primeira superfície de contato axial 16 são diretamente adjacentes uma à outra e são preferivelmente dispostas em ângulo reto uma para a outra. No caso mais simples, um primeiro recesso de segmento axial pode ser provido na primeira extremidade de segmento SE1 (vide também Figura 3b), que se estende a partir de uma primeira extremidade de anel axial RE1 do anel de vedação 14 parcialmente na direção de uma segunda extremidade de anel axial RE3 axialmente oposta. As superfícies de limite do primeiro recesso de segmento axial formam então a primeira superfície de contato tangencial 19a e a primeira superfície de contato axial 16 e também a primeira superfície de limitação de desgaste 22, cuja função será explicada em detalhes abaixo.

[0041] Na segunda extremidade de segmento SE2 de um segmento de anel 14a, uma segunda superfície de contato tangencial 19b é provida, a qual está contígua à primeira superfície de contato tangencial 19a da primeira extremidade de segmento SE1 de um segmento de anel 14a adjacente a ela na direção circunferencial a fim de criar uma vedação radial para o anel de vedação 14. Ainda, uma segunda superfície de contato axial 17 é provida na segunda extremidade do segmento SE2 de um segmento de anel 14a (vide também Figuras 4a + 4b), que está contígua à primeira superfície de contato axial 16 da primeira extremidade de segmento SE1 de um segmento de anel 14a adjacente a ela na direção circunferencial a fim de criar uma vedação axial para o anel de vedação 14. A segunda superfície de contato tangencial 19b e a segunda superfície de contato axial 17 preferivelmente estão adjacentes uma à outra e são vantajosamente dispostas em um ângulo reto uma para a outra. No caso mais simples, como mostrado, um segundo recesso de segmento axial pode ser provido na segunda extremidade de segmento SE2 dos segmentos de anel 14a (vide também Figura 4b), que se estende parcialmente axialmente a partir da segunda extremidade de anel axial RE2 do anel de vedação 14 na direção oposta, primeira extremidade do anel axial RE1. A delimitação axial do segundo recesso de segmento axial forma a segunda superfície de contato axial 17 e a delimitação na direção circunferencial forma uma segunda superfície de extremidade 29. No entanto, o segundo recesso de segmento axial não forma a segunda superfície de contato tangencial 19b; isso é formado, por exemplo, pelo fato que o segmento de anel 14a é cortado tangencialmente radialmente no exterior na segunda extremidade de segmento SE2. Neste ponto, no entanto, deve ser observado que o termo tangencial em conexão com as primeira e segunda superfícies de contato tangencial 19a, 19b não significa necessariamente tangencial no sentido estritamente matemático. Isso significa que o curso das superfícies de contato tangenciais 19a, 19b não tem necessariamente que formar uma tangente de uma curvatura, por exemplo, do diâmetro interno Di ou do diâmetro externo Da. Os primeiro e segundo recessos de segmento podem então ser produzidos, por exemplo, por meio de uma fresa adequada ou feitos durante um processo de moldagem por injeção.

[0042] O anel de vedação 14 é disposto no estado instalado no compressor de modo que a primeira extremidade do anel axial RE1 fique voltada para o cárter, em que a baixa pressão PN prevalece, o que corresponde essencialmente à pressão ambiente (ou pode ser ligeiramente maior) e que a segunda extremidade do anel axial RE2 está voltada para o cilindro, em que prevalece a pressão relativamente maior

PH. Os termos lado de pressão alta e lado de pressão baixa também são usados para isso abaixo. Deve ser observado que quando múltiplos anéis de vedação 14 são dispostos axialmente em sucessão em um dispositivo de vedação 1, a pressão sobre todo o dispositivo de vedação 1 é reduzida da pressão alta PH no lado do cilindro para pressão baixa PN em relação a ele no lado do cárter. Isto significa que o anel de vedação 14, que é o primeiro a se unir ao cilindro na direção axial, é submetido a pressões maiores do que os anéis de vedação 14 que seguem na direção do cárter. As condições de pressão nos anéis de vedação 14 de um dispositivo de vedação 1, portanto, diferem como uma regra.

[0043] No novo estado instalado, quando o anel de vedação 14 ainda não está desgastado, no exemplo mostrado as primeira e segunda superfícies de limitação de desgaste 21, 22 de segmentos de anel adjacentes 14a voltados um para o outro na direção circunferencial são espaçados um do outro por uma distância de desgaste a, em que as superfícies de contato tangenciais 19a, 19b e as superfícies de contato axiais 16, 17, certamente, no entanto, estão contíguas uma à outra a fim de criar a vedação radial e axial do anel de vedação 14. Essa distância de desgaste a é usada para compensar o desgaste ao qual o anel de vedação 14 é submetido na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 durante operação de funcionamento. Uma ranhura circunferencial 20, que se estende na direção circunferencial em torno de todo o anel de vedação 14, pode ser provida na superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14. A ranhura circunferencial 20 é provida para receber uma mola tubular 11 (não mostrada) que tensiona radialmente o anel de vedação 14 e o retém na haste do pistão 2 no estado instalado, como foi explicado com referência à Figura 1.

[0044] Se ocorrer desgaste na superfície circunferencial interna 18,

a mola tubular 11 em combinação com a pressão alta PH no lado do cilindro garante que o anel de vedação 14 se ajuste automaticamente radialmente pelo fato que as superfícies de contato tangenciais 19a, 19b voltadas uma para a outra dos segmentos de anel 14a deslizam uma contra a outra, como indicado na Figura 3a pelas setas nas extremidades do segmento SE1, SE2. O desgaste reduz a distância de desgaste a até que um ajuste de desgaste máximo possível seja obtido, no qual a distância de desgaste vai para zero (a=0) e uma segunda superfície de limitação de desgaste 21 provida na direção circunferencial no final da segunda extremidade do segmento SE2 de um segmento de anel 14a está contígua à primeira superfície de limitação de desgaste 22 da primeira extremidade de segmento SE1 de um segmento de anel adjacente 14a na direção circunferencial.

[0045] De acordo com a invenção, pelo menos uma abertura de desgaste 27 é provida em pelo menos um segmento de anel 14a do anel de vedação 14, de preferência em cada segmento de anel 14a, que se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e/ou da segunda extremidade do anel axial RE2 do anel de vedação 14 em uma parte da altura do anel RH na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do anel de vedação 14. É importante que a abertura de desgaste 27 não se estenda no estado não desgastado do segmento de anel 14a para a superfície circunferencial interna 18 do segmento de anel 14a. No caso de um furo, a abertura de desgaste 27 seria feita, por exemplo, como um furo cego começando da superfície circunferencial externa 23 na direção da superfície circunferencial interna 18. Certamente, a abertura de desgaste 27 feita como um furo também poderia ser adicionalmente ou alternativamente perfurada a partir da segunda extremidade do anel axial RE2 na direção da superfície circunferencial interna 18. É essencial para a abertura de desgaste 27 (independentemente de sua modalidade) que uma extremidade de abertura de desgaste 27a (vide Figura 6) da pelo menos uma abertura de desgaste 27 voltada mais em direção à superfície circunferencial interna 18 na direção radial seja espaçada em uma distância na direção radial do segmento de anel 14a da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do segmento de anel 14a, que é no máximo 40% da altura do anel RH, preferivelmente no máximo 30%, particularmente preferivelmente no máximo 20%. A altura do anel RH se estende entre a superfície circunferencial externa exterior 23 e a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do anel de vedação 14, então corresponde essencialmente à metade da diferença entre o diâmetro interno Di e o diâmetro externo Da do anel de vedação 14, como mostrado na Figura 4a. É essencial que a extremidade da abertura de desgaste 27a se encontre entre as primeira e segunda extremidades do anel axial RE1, RE2 e esteja espaçada das primeira e segunda extremidades do anel axial RE1, RE2. Isso significa que a extremidade da abertura de desgaste 27a é circundada por material de anel visto em ambas, direção axial e direção circunferencial, de modo que ela só fica exposta quando há um desgaste radial correspondente.

[0046] No entanto, como mostrado nas Figuras 2-4, múltiplas aberturas de desgaste 27 são preferivelmente providas em um segmento de anel 14a na circunferência, particularmente preferivelmente pelo menos duas aberturas de desgaste 27 por segmento de anel 14a. No exemplo mostrado, as aberturas de desgaste 27 se estendem a partir da superfície circunferencial externa 23 ou no presente documento a partir da ranhura circunferencial externa 20 disposta na superfície circunferencial externa 23 na direção radial do anel de vedação 14 (em paralelo às extremidades do anel axial RE1, RE2 ) na direção da superfície circunferencial interna 18, sem atingir a superfície circunferencial interna 18, e são feitas como furos cilíndricos.

[0047] Se as aberturas de desgaste 27 forem perfuradas, elas podem, conforme mostrado, ter uma base cônica, de acordo com a broca utilizada. Se as aberturas de desgaste 27 forem fresadas, por exemplo, por meio de uma fresa, elas geralmente têm uma base essencialmente plana. Certamente, outras opções de fabricação também seriam novamente concebíveis, tal como moldagem por injeção ou fabricação aditiva.

[0048] O comprimento e o diâmetro das aberturas de desgaste 27 dependem essencialmente de um comportamento de compensação de pressão desejado do anel de vedação 14, em que o comprimento ou a extensão na direção radial é dimensionada de modo que a extremidade da abertura de desgaste 27a da abertura de desgaste 27 seja espaçada no máximo 40% da altura do anel radial RH do anel de vedação 14 da superfície circunferencial interna 18. No exemplo mostrado nas Figuras 2-4, as aberturas de desgaste 27 estão dispostas centralmente na direção axial entre as duas extremidades do anel RE1, RE2. No entanto, elas também podem ser dispostas mais perto de uma extremidade do anel RE1, RE2, preferivelmente a uma distância axial de abertura de desgaste y da primeira extremidade do anel axial RE1 que é 2% a 20% da largura do anel RB, preferivelmente 2-15%, em particular no máximo 10%, como será explicado em mais detalhes com referência à Figura 6. O arranjo axial específico depende substancialmente da compensação de pressão desejada do anel de vedação 14 a ser obtida.

[0049] A pelo menos uma abertura de desgaste 27 ou de preferência múltiplas aberturas de desgaste 27 de um segmento de anel 14a são dimensionadas de modo que, a partir de um certo estado de desgaste do anel de vedação 14, uma extremidade de abertura de desgaste radialmente interna 27a voltada para a superfície circunferencial interna 18 (vide Figura 2 e em particular a Figura 6) é exposta. Como resultado, a partir deste estado de desgaste, as aberturas de desgaste 27 se estendem completamente a partir da superfície circunferencial externa 23 para a superfície circunferencial interna 18. A partir deste estado de desgaste, as aberturas de desgaste 27 agem, portanto, como as aberturas de alívio 25 (descritas abaixo em detalhes). Em particular, durante operação do compressor, as aberturas de desgaste 27 aumentam então a compensação de pressão entre a superfície circunferencial interna 18 e a superfície circunferencial externa 23 do anel de vedação 14, de modo que, por exemplo, colapso indesejado prematuro do anel de vedação 14 pode ser evitado. Detalhes sobre a função de uma abertura de alívio 25 são explicados abaixo com base nas Figuras 5a + b.

[0050] A(s) abertura(s) de desgaste 27 também pode(m) se estender, no entanto, partindo da segunda extremidade de anel axial RE2 na direção da superfície circunferencial interna 18, analogamente às aberturas de alívio 25, uma vez que a pressão alta PH também é aplicada à segunda extremidade de anel axial RE2.

[0051] Por exemplo, as aberturas de desgaste 27 podem ser dimensionadas de modo que, a partir do estado de desgaste em que as aberturas de desgaste 27 são expostas na superfície circunferencial interna 18, uma compensação de pressão essencialmente completa ocorre entre a superfície circunferencial interna 18 e a superfície circunferencial externa 23. Como resultado, o anel de vedação 14 perderia um pouco do seu efeito de vedação, mas o risco de destruição pode ser reduzido, em particular evitado. Uma compensação de pressão completa é entendida no presente documento como significando que as forças radiais agindo sobre a superfície circunferencial externa 23 e sobre a superfície circunferencial interna 18 devido à pressão são essencialmente completamente equilibradas, de modo que essencialmente nenhuma força causada por uma diferença de pressão ainda age sobre o anel de vedação 14 na direção radial. Isso significa essencialmente que um anel de vedação 14 se desativa a partir de um certo estado de desgaste. Para esse propósito, é preferivelmente previsto que um ou mais outros anéis de vedação 14 do dispositivo de vedação 1, que podem ter menos desgaste, ainda exibam o seu efeito de vedação essencialmente normalmente. O anel ou anéis de vedação desativados 14 não precisam ser trocados imediatamente, o que resultaria em uma paralisação do compressor, mas intervalos de manutenção predeterminados poderiam ser cumpridos mais facilmente, por exemplo, a partir de uma certa quantidade de vazamento, que pode ser detectada através de medição.

[0052] Pode ser vantajoso se pelo menos uma seção de extremidade de pelo menos uma abertura de desgaste 27 voltada para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 estiver inclinada na direção da primeira extremidade de anel axial RE1, por exemplo, em um ângulo de abertura de desgaste φ, como será explicado em mais detalhes abaixo com base na Figura 6. Neste caso, o comportamento de compensação de pressão pode ser adaptado ao desgaste progressivo, uma vez que a abertura de desgaste em 27a exposta na superfície circunferencial interna 18 se desloca dependendo do desgaste essencialmente na direção axial, na direção da primeira extremidade do anel axial RE1.

[0053] As características mostradas nas figuras, em particular Figuras 2 a 4b, em adição à(s) abertura (s) de desgaste 27, em particular a provisão de uma ou mais aberturas de alívio 25, a ranhura circunferencial 20 ou as ranhuras axiais 24 são opcionais e são descritas em mais detalhes abaixo. A modalidade do anel de vedação 14 de acordo com a Figura 2 mostra então uma modalidade vantajosa tendo múltiplas características independentes umas das outras.

[0054] De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da invenção, pelo menos uma abertura de alívio 25 é provida em pelo menos um segmento de anel 14a, mas de preferência em cada segmento de anel 14a, cada um dos quais se estende a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do respectivo segmento de anel 14a do anel de vedação 14 para a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e/ou para a segunda extremidade de anel axial RE2 do respectivo segmento de anel 14a do anel de vedação 14. As aberturas de alívio 25 são recessos contínuos que conectam a superfície circunferencial interna interior 18 à superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e/ou à segunda extremidade de anel axial RE2. Vantajosamente, múltiplas aberturas de alívio 25 são providas por segmento de anel 14a, por exemplo, três aberturas de alívio 25 cada, como mostrado no anel de vedação exemplar 14 de acordo com as Figuras 2-4. Nesse caso, as aberturas de desgaste 27 são preferivelmente cada uma dispostas na direção circunferencial entre duas aberturas de alívio 25, particularmente preferivelmente centralmente entre duas aberturas de alívio 25. As aberturas de alívio 25 então não se abrem para uma ranhura circunferencial periférica na superfície circunferencial interna interior 18 como antes na técnica anterior, mas ao contrário diretamente para a superfície circunferencial interna interior 18.

[0055] As aberturas de alívio 25 são usadas para influenciar deliberadamente as condições de pressão que prevalecem durante operação do compressor no anel de vedação 14 entre o lado de pressão alta do anel de vedação 14 voltado para o cilindro (segunda extremidade do anel axial RE2) e o lado de pressão baixa do anel de vedação 14 voltado para o cárter (primeira extremidade do anel axial RE1), como será explicado em mais detalhes abaixo com referência às Figuras 5a + 5b.

[0056] As aberturas de alívio 25 têm, cada uma, uma primeira extremidade de abertura de alívio 25a que se abre para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do respectivo segmento de anel 14a do anel de vedação 14. Se mais de uma abertura de alívio 25 for provida em um segmento de anel 14a, as extremidades de abertura de alívio 25a de duas aberturas de alívio adjacentes 25 se abrindo para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 são dispostas espaçadas umas das outras na direção circunferencial a uma distância circunferencial de abertura de alívio z, como pode ser visto na Figura 2. Isso significa que as extremidades da abertura de alívio 25a não estão conectadas uma à outra na superfície circunferencial interna radialmente interior 18. A superfície circunferencial interna 18 do segmento de anel 14a se estende então na direção circunferencial entre duas extremidades de abertura de alívio adjacentes 25a. Dependendo do tamanho do segmento de anel 14a, a distância circunferencial de abertura de alívio z é preferivelmente de 1 mm a 15 mm, particularmente preferivelmente 1-10 mm, por exemplo, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 , 11, 12, 13, 14 mm. Distâncias intermediárias também são certamente possíveis, por exemplo, 1,5 mm, 2,5 mm, 3,5 mm, 4,5 mm, 5,5 mm, etc. A distância circunferencial de abertura de alívio z não é medida a partir do centro da extremidade de abertura de alívio 25a para o centro da extremidade de abertura de alívio 25a, mas ao invés indica a distância na direção circunferencial entre os limites da extremidade de abertura de alívio 25a, ou em outras palavras o comprimento da superfície circunferencial interna 18 na direção circunferencial entre as extremidades de abertura de alívio adjacentes 25a. As distâncias circunferenciais de abertura de alívio z entre as extremidades de abertura de alívio 25a das aberturas de alívio 25 de um segmento de anel 14a são preferivelmente iguais, mas elas também poderiam ser diferentes, certamente.

[0057] As extremidades da abertura de alívio 25a são espaçadas em uma distância axial de abertura de alívio x da primeira extremidade do anel axial RE1. A superfície circunferencial interna 18 do segmento de anel 14a então se estende na direção axial entre uma extremidade de abertura de alívio 25a e a primeira extremidade de anel axial RE1. A distância axial de abertura de alívio x é preferivelmente 4% a 40%, vantajosamente 4-30%, particularmente preferivelmente 4-20%, muito particularmente preferivelmente 4-15%, em particular no máximo 10%, da largura do anel axial RB, como mostrado na Figura 2 e em detalhes na Figura 6. A distância axial da abertura de alívio x não é medida a partir do centro de uma extremidade de abertura de alívio 25a, mas a partir do limite da extremidade de abertura de alívio 25a, que está voltada para a primeira extremidade de anel axial RE1. Em outras palavras, a distância axial de abertura de alívio x é o comprimento da superfície circunferencial interna 18 na direção axial entre a extremidade de abertura de alívio 25a e a primeira extremidade de anel axial RE1. As distâncias axiais da abertura de alívio x das extremidades da abertura de alívio 25a das aberturas de alívio 25 de um segmento de anel 14a não têm necessariamente que ser as mesmas como mostrado, no entanto, mas poderiam também diferir.

A largura do anel axial RB se estende entre as primeira e segunda extremidades do anel axial RE1, RE2. Detalhes sobre o projeto de uma abertura de alívio 25 são explicados em detalhes abaixo com referência à Figura 6. Como pode ser visto na Figura 2, a largura da abertura de alívio axial das aberturas de alívio 25, pelo menos nas extremidades da abertura de alívio 25a, é pequena em relação à largura do anel RB.

Com uma seção transversal circular das aberturas de alívio 25 (pelo menos nas extremidades da abertura de alívio 25a), a largura da abertura de alívio axial corresponde ao diâmetro.

A largura da abertura de alívio axial das extremidades da abertura de alívio 25a é preferivelmente 2%-30% da largura do anel RB, preferivelmente 2-25%, particularmente preferivelmente no máximo 20%, em particular no máximo 15%. Em geral, as extremidades da abertura de alívio 25a não estão localizadas centralmente entre as duas extremidades do anel axial RE1, RE2 do anel de vedação 14, mas mais perto da primeira extremidade do anel axial RE1 do que da segunda extremidade do anel axial RE2. A primeira extremidade do anel axial RE1 está voltada para o lado de baixa pressão no estado instalado.

[0058] A fim de melhorar a rigidez estrutural do anel de vedação 14, pelo menos um segmento de anel 14a, preferivelmente cada segmento de anel 14a, pode ser provido com pelo menos uma ranhura axial 24 na superfície circunferencial externa 23, ranhura que se estende continuamente na direção do eixo axial da primeira extremidade do anel axial RE1 (possivelmente interrompida pela ranhura circunferencial 20) para a segunda extremidade do anel axial. No entanto, múltiplas ranhuras axiais 24 são preferivelmente providas para cada segmento de anel 14a. No exemplo mostrado, as aberturas de alívio 25 na superfície circunferencial externa 23 abrem cada uma em uma ranhura axial 24. Certamente, isso não é absolutamente necessário e as aberturas de alívio 25 poderiam também se abrir na direção circunferencial próximo às ranhuras axiais 24 para a superfície circunferencial externa 23 do anel de vedação 14 (ou na ranhura circunferencial 20).

[0059] As aberturas de alívio 25 na modalidade mostrada são, cada uma, projetadas na forma de furos cilíndricos, uma vez que esses podem ser produzidos de forma particularmente facilmente através de usinagem. Certamente, uma seção transversal não circular também pode ser provida para uma ou mais aberturas de alívio 25 e/ou um curso não reto das aberturas de alívio 25, o que, no entanto, aumenta o custo de produção das aberturas de alívio 25.

[0060] As aberturas de alívio 25têm preferivelmente um curso reto, de modo que elas podem ser produzidas da forma mais simples possível, por exemplo, por meio de uma broca cilíndrica ou fresa. Certamente, outros métodos de produção também seriam concebíveis,

por exemplo, as aberturas de alívio 25 poderiam ser produzidas diretamente por meio de um método de moldagem por injeção, em particular integradas segmento de anel 14a durante o método de moldagem por injeção, sem a necessidade de perfuração subsequente, por exemplo. Também seria concebível que o anel de vedação 14 fosse produzido por meio de um processo de fabricação aditivo, por exemplo, impressão 3-D, em que as aberturas de alívio 25 podem novamente ser levadas em consideração diretamente durante a produção.

[0061] Como as aberturas de alívio (opcionais) 25 são produzidas não desempenha um papel, no entanto, é essencial que as aberturas de alívio 25 se estendam a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 para a superfície circunferencial externa radialmente exterior e/ou para a segunda extremidade de anel axial RE2 (em cada uma das quais a pressão alta PH do lado do cilindro é aplicada). No projeto mais simples, as aberturas de alívio 25 se estendem na direção radial do anel de vedação 14, como mostrado na seção A-A da Figura 6, então em paralelo com as extremidades de anel axial RE1, RE2.

[0062] De acordo com um projeto preferido adicional da invenção, no entanto, pelo menos uma porção da pelo menos uma abertura de alívio 25 adjacente à superfície circunferencial radialmente interna 18 do anel de vedação 14 é inclinada na direção da primeira extremidade do anel axial RE1, por exemplo, por um primeiro ângulo de abertura de alívio ε, como indicado no exemplo mostrado na Figura 2 e explicado em mais detalhes abaixo com referência à Figura 6. Portanto, as condições de pressão no anel de vedação 14 podem ser deliberadamente influenciadas durante a vida útil do anel de vedação 14, de modo que a compensação de pressão do anel de vedação 14 pode ser adaptada ao desgaste radial. No caso mais simples, a abertura de alívio correspondente 25 é também feita como um furo cilíndrico no projeto, em que o eixo do furo está inclinado em direção à primeira extremidade de anel axial RE1. A segunda extremidade de abertura de alívio 25b, que se abre para a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23, está, portanto, mais próxima da primeira extremidade de anel axial RE1 do que a primeira extremidade de abertura de alívio 25a da abertura de alívio 25, que se abre para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18. Devido ao curso inclinado, a primeira extremidade de abertura de alívio 25a "se move" essencialmente na direção da primeira extremidade de anel axial RE1 conforme o segmento de anel 14a se desgasta radialmente, pelo que a compensação de pressão do anel de vedação 14 é aumentada dependendo do desgaste, uma vez que a pressão alta PH na superfície circunferencial interna 18 é trazida para mais perto da primeira extremidade do anel axial RE1 na direção axial. Isso significa essencialmente que quanto maior o desgaste no segmento de anel 14a, maior é também a compensação de pressão. Isso reduz a pressão de contato radial do anel de vedação 14 contra a haste do pistão 2 durante operação e aumenta a vida útil do anel de vedação 14.

[0063] A fim de distribuir melhor a pressão na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 na direção circunferencial, uma ou mais aberturas de alívio 25 poderiam, por exemplo, também terminar em um tipo de recesso/ranhura fresado na superfície circunferencial interna radialmente interior 18, que se estende na direção circunferencial em uma área relativamente pequena. Nesse caso, as primeiras extremidades de abertura de alívio 25a não teriam mais a seção transversal preferivelmente circular da abertura de alívio restante 25 (radialmente entre o recesso/ranhura fresado e a superfície circunferencial externa exterior 23 e/ou a segunda extremidade de anel axial RE2), mas seriam formadas pelo formato correspondente do recesso/ranhura fresado. A distância circunferencial de abertura de alívio z na direção circunferencial e a distância axial de abertura de alívio x na direção axial seriam então medidas a partir do respectivo limite do recesso/ranhura fresado na direção axial e na direção circunferencial. Em vez de um recesso/ranhura fresado, um tipo de furo alongado também pode ser provido, por exemplo. As aberturas de alívio 25 geralmente têm, pelo menos nas extremidades da abertura de alívio 25a das mesmas, um comprimento de abertura de alívio na direção circunferencial que é preferivelmente 2-100% da largura do anel axial RB do anel de vedação 14, preferivelmente 2-50%, em particular no máximo 25% da largura do anel axial RB. Em geral, é essencial que as extremidades da abertura de alívio 25a na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 não estejam conectadas uma à outra por uma ranhura circunferencial provida para compensação de pressão durante a operação. Isso ocorre porque uma ranhura circunferencial iria, em particular em conjunto com um pequeno espaçamento de abertura de alívio axial x, resultar em um flanco estreito feito de material de anel sendo formado na primeira extremidade de anel axial RE1. Este flanco seria excitado para vibrar durante a operação, o que resultaria em desgaste desigual e vazamentos indesejados.

[0064] Na Figura 3a, o anel de vedação 14 mostrado na Figura 2 é mostrado em uma vista superior normal para a primeira extremidade do anel axial RE1 ou a superfície da primeira extremidade anel preferivelmente plana, que está voltada para o lado de pressão baixa no estado instalado. A Figura 3b mostra um único segmento de anel 14a do anel de vedação 14 de acordo com a Figura 3a. O formato do primeiro recesso de segmento axial pode ser visto na Figura 3b, que está disposto na primeira extremidade de segmento SE1 do segmento de anel 14a a fim de formar a primeira superfície de contato tangencial 19a e a primeira superfície de contato axial 16. Como já descrito, o primeiro recesso de segmento axial se estende axialmente a partir da primeira extremidade do anel axial RE1 parcialmente na direção da segunda extremidade do anel axial RE2, oposta, de modo que a segunda extremidade de segmento SE2 de um segmento de anel 14a adjacente a ela na direção circunferencial pode engatar no primeiro recesso do segmento axial. Os segmentos de anel adjacentes 14a então se sobrepõem parcialmente na direção circunferencial, de modo que as primeiras superfícies de contato tangenciais 19a das primeiras extremidades de segmento SE1 dos segmentos de anel 14a estão contiguas às segundas superfícies de contato tangenciais 19b das segundas extremidades de segmento SE1 de um segmento de anel adjacente 14a a fim de criar a vedação radial do anel de vedação 14. Analogamente, as primeiras superfícies de contato axiais 16 das primeiras extremidades de segmento SE1 dos segmentos de anel 14a formados pelo respectivo primeiro recesso de segmento axial estão contíguas às segundas superfícies de contato axiais 17 das segundas extremidades de segmento SE2 formadas pelo respectivo segundo recesso de segmento axial a fim de criar a vedação axial do anel de vedação 14. O primeiro recesso de segmento axial e o segundo recesso de segmento axial são dispostos nas extremidades de segmento SE1, SE2 de um segmento de anel 14a que são opostas na direção circunferencial e nas extremidades de anel axial RE1, RE2 opostas.

[0065] As extremidades de segmento SE1, SE2 cooperam na direção circunferencial de tal forma que as superfícies de contato tangenciais 19a, 19b estão voltadas uma para a outra e podem deslizar uma contra a outra. Isso permite que o anel de vedação 14 seja reajustado para desgaste durante operação até a distância de desgaste a (vide Figuras 2 + 3a) entre a segunda superfície de limitação de desgaste 21 da segunda extremidade de segmento SE2 de um segmento de anel 14a estar contígua à primeira superfície de limitação de desgaste 22 do primeiro recesso de segmento axial da primeira extremidade de segmento SE1 do segmento de anel adjacente 14a. Na segunda extremidade de segmento SE2 do segmento de anel 14a, preferivelmente na transição entre a segunda superfície de contato tangencial 19b e a segunda superfície de limitação de desgaste 21, um arredondamento externo R2 com um certo raio é provido a fim de facilitar o reajuste do desgaste ou, em particular, o deslizamento das superfícies de contato tangenciais 19a, 19b uma contra a outra. Na primeira extremidade do segmento SE1, de forma análoga àquela, um arredondamento interno R1 é vantajosamente provido entre a primeira superfície de contato tangencial 19a e a primeira superfície de limitação de desgaste 22, como mostrado nas Figuras 3b e 4b.

[0066] As aberturas de desgaste 27 são feitas no presente documento como furos cegos tendo uma base cônica e se estendem a partir da superfície circunferencial externa 23, no presente documento a base da ranhura circunferencial 20, radialmente na parte da altura do anel RH na direção da superfície circunferencial interna 18, em que as extremidades da abertura de desgaste 27a das aberturas de desgaste 27 estão cada uma espaçadas a uma distância na direção radial do segmento de anel 14a a partir da superfície circunferencial radialmente interna 18, que é no máximo 40% da altura do anel radial RH do anel de vedação 14. No anel de vedação ilustrado 14, três aberturas de alívio 25 e duas aberturas de desgaste 27 são providas para cada segmento de anel 14a. As aberturas de desgaste 27 são dispostas no presente documento centralmente entre as aberturas de alívio 25 na direção circunferencial. As aberturas de desgaste 27 se estendem no presente documento na direção radial do anel de vedação 14 (paralelas às extremidades de anel axial RE1, RE2) e as aberturas de alívio 25 estão inclinadas, isto é, elas estão inclinadas na direção da primeira extremidade de anel axial RE1 a fim de aumentar a compensação de pressão dependendo do desgaste. Certamente, este projeto deve ser entendido apenas como um exemplo, o projeto estrutural preciso e o número e orientação das aberturas de alívio 25 e/ou das aberturas de desgaste 27 são certamente deixados para o versado na técnica e dependem da área desejada de uso do anel de vedação 14 e o efeito a ser obtido, em particular uma compensação de pressão a ser obtida. É unicamente essencial para a invenção que pelo menos uma abertura de desgaste 27 seja provida em pelo menos um segmento de anel 14a, todas as características adicionais são opcionais.

[0067] As Figuras 4a e 4b mostram o anel de vedação 14 ou um segmento de anel individual 14a do anel de vedação 14 em uma vista superior da segunda extremidade de anel axial RE2, que no estado instalado está voltado para o lado de pressão alta do compressor. O segundo recesso de segmento axial que é provido na segunda extremidade de segmento SE2 de um segmento de anel 14a de modo a formar a segunda superfície de contato axial 17 pode ser visto em particular na Figura 4b. A segunda superfície de contato tangencial 19b é provida no exterior da segunda extremidade de segmento SE2 na direção radial. O segundo recesso de segmento axial se estende parcialmente a partir da segunda extremidade de anel axial RE2, em particular a partir de uma segunda superfície de extremidade de anel preferivelmente plana 28 provida na mesma, axialmente na direção da primeira extremidade de anel axial RE1, em particular a primeira superfície de extremidade de anel plana. Em adição à segunda superfície de contato axial 17, o segundo recesso de segmento axial também forma uma segunda superfície de extremidade 29 da segunda extremidade de segmento SE2, que é espaçada do segmento de anel 14a adjacente a uma primeira superfície de extremidade 30 da primeira extremidade de segmento SE1 por uma distância de segmento b, como mostrado na Figura 4a. A interação de extremidades de segmento adjacentes SE1, SE2 então cria um recesso radial 31 que penetra radialmente completamente no anel de vedação 14 e é axialmente delimitado, cuja largura corresponde ao espaçamento de segmento b. Com o desgaste continuado do anel de vedação 14, o espaçamento de segmento b diminui de maneira análoga ao espaçamento de desgaste a (vide Figuras 2 + 3a), até que a distância de desgaste a se torne zero (onde b> a). Com a mesma dimensão a = b no estado não desgastado (novo) do anel de vedação 14, a distância de desgaste a no exemplo mostrado, por razões cinemáticas, se torna zero antes da distância de segmento b conforme o desgaste progride. Isso depende essencialmente do projeto estrutural específico, em particular do arranjo das superfícies de contato tangenciais 19a, 19b. Alternativamente, no entanto, as superfícies de extremidade 29, 30 também poderiam ser também usadas como o limite de desgaste (onde a> b).

[0068] As superfícies de contato tangenciais 19a, 19b poderiam, por exemplo, também se estender continuamente a partir da superfície circunferencial externa 23 para a superfície circunferencial interna 18. Como resultado, o reajuste de desgaste essencialmente não seria mais limitado pela distância de desgaste a, como mostrado até agora. O primeiro recesso de segmento axial provido na primeira extremidade de segmento e SE1, portanto, não teria mais uma primeira superfície de limitação de desgaste 22 e a segunda extremidade de segmento SE2 não teria mais uma segunda superfície de limitação de desgaste 21. Neste caso, o reajuste de desgaste poderia ser limitado, por exemplo, pelo recesso radial 31 na segunda extremidade de anel axial RE2, cuja largura corresponde ao espaçamento do segmento b, como foi mostrado com referência à Figura 4a.

[0069] Certamente, o material e as propriedades da superfície do anel de vedação 14 também podem ser alterados a fim de obter o melhor resultado possível em uma aplicação. De acordo com uma modalidade vantajosa, o anel de vedação 14 é produzido a partir de um material adequado tribologicamente otimizado, por exemplo, a partir de um compósito de politetrafluoretileno (PTFE). A produção poderia ocorrer, por exemplo, através de usinagem, através de moldagem por injeção ou também através de métodos aditivos tal como impressão 3D.

[0070] Na Figura 5a, as condições de pressão em um anel de vedação convencional 7b durante operação do compressor são mostradas esquematicamente de forma simplificada com base em uma seção longitudinal. Na Figura 5b, as condições de pressão em um anel de vedação 14 de acordo com a invenção são mostradas em comparação com as mesmas. O anel de vedação 14 é preferivelmente disposto em um dispositivo de vedação 1 (não mostrado), que é disposto, por exemplo, no cárter de um compressor, a fim de vedar a haste do pistão 2 (como, por exemplo, na Figura 1). Os anéis de vedação 7b, 14 são dispostos de modo que a respectiva primeira extremidade de anel axial RE1 fique voltada para o lado de pressão baixa (lado do cárter) e a respectiva segunda extremidade de anel axial RE2 fique voltada para o lado de pressão alta (lado do cilindro). Os anéis de vedação 7b, 14 são dispostos de modo que a respectiva primeira extremidade de anel axial RE1 esteja contígua a um segmento de compartimento 3i do dispositivo de vedação 1 a fim de criar uma vedação na direção radial entre a primeira extremidade de anel axial RE1 e o segmento de compartimento 3i. A vedação corresponde a uma vedação essencialmente estática, uma vez que não há nenhum ou apenas um movimento relativo muito leve entre a primeira extremidade de anel axial RE1 do anel de vedação 14 e o segmento de compartimento 3i.

[0071] A pressão alta PH é aplicada à superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e a pressão PN, que é mais baixa em relação a ela, é aplicada à superfície circunferencial interna radialmente interior 18 na primeira extremidade do anel axial RE1. A pressão alta PH diminui na direção radial para a pressão baixa PN, em que o perfil de pressão tem um perfil não linear no exemplo mostrado. A pressão alta PH é aplicada à segunda extremidade do anel axial RE2 e é essencialmente constante ao longo da altura do anel radial RH entre a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e a superfície circunferencial interna radialmente interior 18. Neste ponto, deve ser observado que a pressão em um dispositivo de vedação 1 diminui na direção axial da pressão alta PH no cilindro para a pressão baixa PH no cárter passo a passo no respectivo número provido de anéis de vedação

14. Isso significa que as condições de pressão nos anéis de vedação 14 de um dispositivo de vedação 1 geralmente diferem, certamente. A pressão alta PH aplicada ao primeiro anel de vedação 14 voltado para o cilindro, portanto, não corresponde à pressão alta PH aplicada ao anel de vedação 14 que segue, etc. A pressão alta PH e a baixa pressão PN no relatório, portanto, se referem, cada uma, a um anel de vedação 14. A pressão baixa PN em um anel de vedação 14 corresponde aproximadamente à pressão alta PH do respectivo anel de vedação 14 seguindo axialmente (na direção do cárter), etc.

[0072] Analogamente a isso, a pressão alta PH é aplicada à superfície circunferencial externa radialmente exterior 23, em que a pressão é essencialmente constante ao longo da largura do anel axial RB do anel de vedação 14 entre a segunda extremidade do anel axial RE2 e a primeira extremidade do anel axial RE1. Uma vedação entre a pressão alta PH na segunda extremidade do anel axial RE2 (no lado do cilindro) e a pressão menor PN em relação a ela na primeira extremidade de anel axial RE1 (no lado do cárter) é produzida na superfície circunferencial interna radialmente interior 18, que está contígua à haste de pistão translacionalmente oscilante 2 em operação. Devido ao movimento relativo entre o anel de vedação (fixo) 14 e a haste de pistão translacionalmente oscilante 2, esta é uma vedação dinâmica. Como indicado na Figura 5a, uma curva de pressão substancialmente linear resulta aproximadamente ao longo da superfície circunferencial interna radialmente interior 18, em que a pressão diminui da pressão alta PH (na segunda extremidade do anel axial RE2) para a pressão baixa PN (na primeira extremidade de anel axial RE1). A princípio, a queda de pressão na superfície circunferencial interna 18 na direção axial é também não linear devido à compressibilidade do meio gasoso, mas em certos casos (por exemplo, diferença de pressão menor entre alta pressão PH e pressão baixa PN em pressões altas absolutas), a curva de pressão pode ser bem aproximada por uma função linear por uma questão de simplicidade, como mostrado. No exemplo mostrado na Figura 5a, isso significa que o anel de vedação 7b é pressionado radialmente mais fortemente contra a haste do pistão 2 devido à diferença de pressão radial maior em comparação com o anel de vedação 14 de acordo com a invenção, o que resulta em maior desgaste e é, portanto, desvantajoso. Ainda, o anel de vedação 7b da Figura 5a é pressionado mais fortemente contra a haste do pistão 2 na área da primeira extremidade do anel axial RE1 do que na segunda extremidade do anel axial RE2 por causa da diferença de pressão radial maior em comparação com a segunda extremidade de anel axial RE2. Essa distribuição de pressão desigual pode sob certas circunstâncias também resultar em desgaste desigual, o que também é desvantajoso.

[0073] A Figura 5b mostra um anel de vedação 14 de acordo com a invenção, em que a vista em corte para ilustrar a compensação de pressão se estende na área de uma abertura de alívio 25 (opcional), que é feita no presente documento como um furo cilíndrico e se estende na direção radial do anel de vedação 14, em paralelo às extremidades do anel axial RE1, RE2. As condições de pressão no anel de vedação 14 são descritas com base na abertura de alívio 25, essencialmente o mesmo se aplica à abertura de desgaste 27, certamente (com altura do anel RH reduzida), assim que o desgaste radial tenha exposto a abertura de desgaste 27a na superfície circunferencial interna 18. Como mencionado, em adição à pelo menos uma abertura de desgaste 27, preferivelmente uma ou mais aberturas de alívio 25 são providas por segmento de anel 14a, como mostrado na Figura 2, a fim de fazer o perfil de pressão o mais uniforme possível na direção circunferencial. Os perfis de pressão nas extremidades do anel axial RE1, RE2 e na superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 são essencialmente idênticos ao anel de vedação convencional 7b de acordo com a Figura 5a. O perfil de pressão na superfície de vedação dinâmica ao longo da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 entre a haste de pistão 2 e o anel de vedação 14 é agora influenciado pela abertura de desgaste 27 (exposta pelo desgaste) ou a(s) abertura(s) de alívio 25 ou deliberadamente.

[0074] Como pode ser visto na Figura 5b, há uma compensação de pressão entre a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 (pressão alta PH) e aquela da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 (pressão baixa PN). Isso significa que a pressão entre a segunda extremidade do anel axial RE2 (lado do cilindro) e o limite da primeira extremidade da abertura de alívio 25a da abertura de alívio 25 (ou extremidade de abertura de desgaste 27a da abertura de desgaste 27) voltada para a primeira extremidade do anel axial RE1 é essencialmente constante. A partir do limite da primeira extremidade de abertura de alívio 25a da abertura de alívio 25 (ou extremidade de abertura de desgaste 25a da abertura de desgaste 27) voltada para a primeira extremidade de anel axial RE1 e a primeira extremidade de anel axial RE1, a pressão diminui da pressão alta PH para a pressão menor PN em relação a ela, em que a curva de pressão é aproximadamente linear, como já foi explicado com referência à Figura 5a.

[0075] Em contraste com o anel de vedação 7b de acordo com a Figura 5a, uma compensação de pressão essencialmente completa ocorre no anel de vedação 14 de acordo com a Figura 5b na área entre a segunda extremidade do anel axial RE2 e o limite da primeira extremidade de abertura de alívio 25a da abertura de alívio 25 (ou extremidade de abertura de desgaste 27 da abertura de desgaste 27) voltada para a primeira extremidade de anel axial RE1 na direção axial. A diferença de pressão ΔP entre o perfil de pressão na Figura 5a e o perfil de pressão na Figura 5b é mostrada sombreada na Figura 5b. Isso significa que o anel de vedação 14 é suportado na direção axial em uma área mais longa do que um anel de vedação convencional 7b devido à compensação de pressão radial e só é pressionado mais fortemente contra a haste do pistão 2 na área entre o limite da primeira extremidade de abertura de alívio 25a (ou extremidade de abertura de desgaste 27a) voltada para a primeira extremidade de anel axial RE1 e a primeira extremidade de anel axial RE1 devido à diferença de pressão radial.

[0076] Na prática, a compensação de pressão possível máxima é limitada pela distância circunferencial de abertura de alívio z da(s) abertura(s) de alívio 25 uma da outra, pela distância axial de abertura de alívio x das extremidades de abertura de alívio 25a a partir da primeira extremidade de anel axial RE1, e pelas propriedades do material do anel de vedação 14. O projeto estrutural é preferivelmente tal que a distância circunferencial de abertura de alívio z entre as aberturas de alívio 25 na direção circunferencial e a distância axial de abertura de alívio x entre os furos de alívio 25 e a primeira extremidade de anel axial RE1 na direção axial são selecionadas de modo que, com dado material, uma resistência suficientemente alta do anel de vedação 14 é assegurada de modo que haja o mínimo possível de deformação e vazamento concomitante na área entre as primeiras extremidades da abertura de alívio 25a e a primeira extremidade de anel axial RE1 do anel de vedação 14.

[0077] Para garantir isso, a distância circunferencial de abertura de alívio z é preferivelmente 1 mm até 15 mm, a distância axial de abertura de alívio x é preferivelmente 4% a 40% da largura do anel axial RB, o comprimento da abertura de alívio das aberturas de alívio 25 (pelo menos nas extremidades da abertura de alívio 25a) é preferivelmente 2% a 100% da largura do anel RB, e a largura da abertura de alívio axial das aberturas de alívio 25 (pelo menos nas extremidades da abertura de alívio 25a) é preferivelmente 2%-30% da largura do anel axial RB. A largura de abertura de alívio axial das extremidades de abertura de alívio 25a e a distância axial de abertura de alívio x são combinadas uma com a outra de tal forma que em qualquer caso a condição é satisfeita, de acordo com a qual as extremidades de abertura de alívio 25a ficam descentralizadas entre as extremidades do anel axial RE1, RE2, isto é, mais próximo da primeira extremidade do anel axial RE1 do que da segunda extremidade do anel axial RE2. Se a distância circunferencial de abertura de alívio z fosse muito pequena, o anel ficaria muito enfraquecido, o que pode resultar em deformações indesejáveis e vazamento maior. Por outro lado, se a distância circunferencial da abertura de alívio z fosse muito grande, a pressão alta PH não pode ser desenvolvida completamente entre as extremidades da abertura de alívio 25a em certas circunstâncias. Isso resultaria em uma distribuição de pressão desfavorável na direção circunferencial e, portanto, compensação de pressão inadequada, o que por sua vez pode resultar em uma força de atrito maior e, portanto, um grau de desgaste de anel maior. Certamente, o tamanho, a forma e o arranjo da(s) abertura(s) de alívio 25 mostradas na Figura 5b devem ser entendidos apenas como um exemplo, o projeto estrutural específico depende da área de aplicação do anel de vedação 14 e é deixado para um versado na técnica.

[0078] Na Figura 6, várias possibilidades para o arranjo da abertura de alívio 25 e da abertura de desgaste 27 são mostradas a título de exemplo com base em seções longitudinais múltiplas A-A a D-D através de um anel de vedação 14. A seção A-A mostra uma abertura de alívio 25 que se estende na direção radial do anel de vedação 14, isto é, essencialmente paralela às duas extremidades do anel axial RE1, RE2. A abertura de alívio 25 tem uma seção transversal circular e está espaçada da primeira extremidade de anel axial RE1 a uma distância axial de abertura de alívio x, que é medida a partir do limite da primeira extremidade de abertura de alívio 25a da abertura de alívio 25, que está voltada para a primeira extremidade do anel axial RE1. A distância axial de abertura de alívio x depende da área de aplicação do anel de vedação 14 e, em particular, do perfil de pressão desejado na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do anel de vedação, como foi mostrado com o auxílio da Figura 5b. A distância axial de abertura de alívio x é preferivelmente de 4% a 40%, vantajosamente 4-30%, particularmente preferivelmente 4-20%, muito particularmente preferivelmente 4-15%, em particular no máximo 10%, da largura do anel axial RB do anel de vedação 14. Como já mencionado, a distância axial de abertura de alívio x não deve ser menos do que uma certa distância mínima a fim de garantir uma resistência suficientemente alta do anel de vedação 14, em que a distância mínima é 4% da largura do anel axial RB. Os furos alívio 25 são, portanto, preferivelmente providos predominantemente na metade do anel de vedação 14 voltados para o lado de pressão baixa se, como mostrado, eles forem feitos como furos se estendendo radialmente, contínuos.

[0079] Se a abertura de alívio 25 for feita como um furo cilíndrico, o diâmetro da abertura de alívio dE é preferivelmente entre 2-30%, preferivelmente 2-25%, particularmente preferivelmente 2-20%, em particular 15%, da largura do anel axial RB do anel de vedação 14. A abertura de alívio 25 pode, no entanto, também ter uma seção transversal, preferivelmente constante, não circular, por exemplo uma seção transversal elíptica ou uma seção transversal na forma de um orifício alongado. Neste caso, as dimensões mencionadas se referem à largura da abertura de alívio axial da abertura de alívio 25.

[0080] Independentemente do formato da seção transversal e do curso das aberturas de alívio 25, geralmente se aplica que as primeiras extremidades de abertura de alívio 25a das aberturas de alívio 25 estejam dispostas fora do centro na superfície circunferencial interna radialmente interior 18. Na direção axial, elas estão, portanto, mais próximas da primeira extremidade do anel axial RE1 do que da segunda extremidade do anel axial RE2. A largura da abertura de alívio axial das aberturas de alívio 25 na primeira extremidade de abertura de alívio 25a, por exemplo, o diâmetro no caso de uma seção transversal circular, depende então da distância axial de abertura de alívio x. Isso significa que quanto maior a distância axial da abertura de alívio x da primeira extremidade do anel RE1, menor a largura de abertura de alívio axial máxima possível, a fim de garantir que a extremidade de abertura de alívio 25a esteja mais próxima na direção axial da primeira extremidade de anel axial RE1 do que da segunda extremidade do anel axial RE2.

[0081] Como já mencionado e mostrado com referência à Figura 2, no entanto, a abertura de alívio 25 poderia também ter um curso desviando da direção radial do anel de vedação 14, como mostrado na seção D-D na Figura 6. A abertura de alívio 25 no presente documento tem uma seção transversal circular análoga à seção A-A, mas a abertura de alívio 25 está inclinada na direção axial em um ângulo de abertura de alívio ε para a direção radial. A segunda extremidade de abertura de alívio radialmente externa 25b da abertura de alívio está então mais próxima da primeira extremidade de anel axial RE1 do que da primeira extremidade de abertura de alívio radialmente interna 25a. No exemplo mostrado, o ângulo de abertura de alívio ε é medido entre a primeira extremidade do anel axial RE1 e o eixo da abertura de alívio 25 feita como um furo cilíndrico. A distância axial de abertura de alívio x é medida como já descrito a partir do limite da primeira extremidade de abertura de alívio 25a na superfície circunferencial interna radialmente interior 18, que está voltada para a primeira extremidade de anel axial RE1. Os valores da distância axial de abertura de alívio x se relacionam naturalmente com a nova condição do anel de vedação 14 sem desgaste. A(s) abertura(s) de alívio 25 pode(m), no entanto, também em uma vista superior (Figuras 3+4), ter um curso desviando da direção radial, isto é, inclinado, como será explicado em mais detalhes abaixo com referência à Figura 8b.

[0082] Devido ao arranjo inclinado de pelo menos uma abertura de alívio 25, a compensação de pressão pode ser mudada dependendo do desgaste do anel de vedação 14, uma vez que a posição axial da extremidade de abertura de alívio radialmente interna 25a muda dependendo do desgaste. No exemplo mostrado, a extremidade de abertura de alívio 25a viaja no caso de desgaste radial v do anel de vedação 14 na direção da primeira extremidade de anel axial RE1. Isso significa que a distância axial de abertura de alívio xv com desgaste radial v é menos do que a distância axial de abertura de alívio x na nova condição do anel de vedação 14. A dimensão da distância axial de abertura de alívio xv depende naturalmente do ângulo de abertura de alívio ε. Como resultado, a compensação de pressão aumenta na direção axial dependendo do estado de desgaste do anel de vedação 14, em que o grau de compensação de pressão pode ser selecionado dependendo do tamanho do ângulo de abertura de alívio ε.

[0083] Uma abertura de alívio 25 não tem que ser completamente inclinada em todo o seu comprimento; a princípio, também seria suficiente se apenas uma porção da abertura de alívio 25 adjacente à superfície circunferencial interna 18 fosse inclinada na direção da primeira extremidade de anel axial RE1. O restante da porção da abertura de alívio 25 voltada para a superfície circunferencial externa 23 pode se estender em paralelo às extremidades do anel RE1, RE2, como indicado por linhas tracejadas na seção D-D. A compensação de pressão da abertura de alívio 25 inclinada em porções seria então dependente do desgaste (a primeira extremidade de abertura de alívio 25a viaja na direção da primeira extremidade de anel RE1) até que o desgaste v seja alcançado e a porção inclinada da abertura de alívio 25 essencialmente desaparecesse completamente.

[0084] Com mais desgaste progressivo, a compensação de pressão permaneceria essencialmente constante devido à porção reta (tracejada) da abertura de alívio 25, uma vez que a primeira extremidade de abertura de alívio 25a não se desloca mais na direção da primeira extremidade de anel RE1. O comprimento da porção inclinada da abertura de alívio 25 na direção radial do anel de vedação 14 é preferivelmente entre 0-60% da altura do anel RH, particularmente preferivelmente 40%. Toda a abertura de alívio 25 ou a porção da abertura de alívio 25 adjacente à superfície circunferencial interna 18 poderia, certamente, também ter um curso completamente ou parcialmente curvo em vez do curso reto. A abertura de alívio 25 ou a porção da abertura de alívio 25 adjacente à superfície circunferencial interna 18 seria nesse caso curvada na direção da primeira extremidade de anel axial RE1, de modo que a primeira extremidade de abertura de alívio 25a se desloque na direção da primeira extremidade do anel RE1 dependendo do desgaste.

[0085] Como já mencionado, no entanto, as aberturas de alívio 25 são apenas opcionais. De acordo com a invenção, uma (preferivelmente múltiplas) abertura de desgaste 27 é provida no pelo menos um segmento de anel 14a do anel de vedação 14, como já foi descrito com referência à Figura 2. A seção B-B mostra uma abertura de desgaste

27 na forma de um furo cilíndrico com uma base cônica e com um diâmetro de abertura de desgaste dv. A abertura de desgaste 27 se estende no presente documento na direção radial do anel de vedação 14, isto é, no exemplo mostrado em paralelo às primeira e segunda extremidades do anel axial RE1, RE2. Em contraste com a abertura de alívio 25, no entanto, a abertura de desgaste 27 se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14 apenas na parte da altura do anel RH na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18, sem chegar na mesma (na condição nova, sem desgaste). Isso significa que a abertura de desgaste 27 conecta apenas a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14 à superfície circunferencial interna radialmente interior 18 após um certo desgaste radial v do anel de vedação. A abertura de desgaste 27 então contribui apenas para compensação de pressão (descrita na Figura 5b) deste estado de desgaste v e então assume essencialmente uma função análoga àquela das aberturas de alívio 25.

[0086] A pelo menos uma abertura de desgaste 27 é espaçada a uma distância axial de abertura de desgaste y da primeira extremidade do anel axial RE1, em que a distância axial de abertura de desgaste y é medida a partir do ponto da abertura de desgaste 27 que está mais próximo da superfície circunferencial interna 18 na direção radial, uma vez que esse ponto é o primeiro exposto devido a desgaste. Isso significa que a abertura de desgaste 27 não está conectada à primeira extremidade do anel axial RE1, mas apenas à superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e/ou à segunda extremidade do anel axial RE2. Em geral, a extremidade da abertura de desgaste radialmente interna 27a voltada para a superfície circunferencial interna 18 fica então entre as primeira e segunda extremidades de anel axial RE1, RE2. A extremidade de abertura de desgaste 27a é então circundada pelo material do anel de vedação 14, visto na direção axial e na direção circunferencial. No exemplo mostrado (seção B-B), a abertura de desgaste 27 é feita como um furo tendo uma base cônica, a distância axial de abertura de desgaste y é então medida até a ponta da extremidade da abertura de desgaste 27a. A distância axial de abertura de desgaste y pode ser igual à distância axial de abertura de alívio x, mas também pode ser diferente, por exemplo, como indicado na Figura 6. A distância axial de abertura de desgaste y é preferivelmente 2-20% da largura do anel axial RB do anel de vedação 14, particularmente preferivelmente 2-15%, em particular no máximo 10%.

[0087] A extensão radial da abertura de desgaste 27 começando da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23, no presente documento a profundidade de abertura de desgaste tv do furo cilíndrico, é selecionada de modo que a extremidade de abertura de desgaste 27a seja espaçada na direção radial a partir da superfície circunferencial interna 18 a uma distância de no máximo 40% da altura do anel radial RH e é vantajosamente selecionada dependendo de um desgaste esperado v do anel de vedação. Por exemplo, o tempo até que um certo desgaste v de um certo material do anel de vedação seja alcançado sob certas condições de operação e levando em consideração a rugosidade da superfície da haste do pistão 2 pode ser determinado em testes. A partir disso poderia ser estimado, por exemplo, por quanto tempo (por exemplo, muitas horas de operação) um compressor pode ser operado até atingir o desgaste v. A profundidade da abertura de desgaste tv da abertura de desgaste 27 poderia então ser dimensionada de modo que a abertura de desgaste 27 conecte a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 à superfície circunferencial interna radialmente interior 18 após um certo número de horas de operação, a fim de permitir compensação de pressão aumentada a partir desse ponto no tempo.

[0088] No entanto, pelo menos uma abertura de desgaste 27 também pode ser provida no anel de vedação 14, na qual pelo menos uma porção de extremidade voltada para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 é inclinada na direção da primeira extremidade de anel axial RE1. Preferivelmente, no entanto, não apenas a porção de extremidade da abertura de desgaste 27 é inclinada (como indicado por linhas tracejadas na seção C-C), mas toda a abertura de desgaste 27. Em particular, pelo menos uma abertura de desgaste 27 pode ser feita como um furo cilíndrico, que se estende obliquamente a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18, como mostrado na seção C-C na Figura 6. A abertura de desgaste 27 é inclinada no presente documento em um ângulo de abertura de desgaste φ para a primeira extremidade de anel axial final RE1. Análogo ao projeto reto (seção B-B), isso resultaria em compensação de pressão aumentada do desgaste v. Ainda, na variante inclinada de acordo com a seção C-C, do desgaste v, a compensação de pressão aumentaria automaticamente dependendo do desgaste progressivo adicional, como já foi explicado com referência à abertura de alívio 25. A profundidade da abertura de desgaste tv no furo inclinado não corresponde à profundidade do furo, mas sim à extensão máxima da abertura de desgaste 27 na direção radial, começando a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23, como mostrado na seção C-C.

[0089] O diâmetro de abertura de desgaste dv da(s) abertura(s) de desgaste 27 (com seção transversal circular) pode, por exemplo, corresponder ao diâmetro de abertura de alívio vE ou ser diferente dele. O diâmetro de abertura de desgaste dv da(s) abertura(s) de desgaste 27 é preferivelmente entre 2-60% do anel axial com RB do segmento de anel 14a, particularmente preferivelmente 25%. Da mesma forma, o ângulo de abertura de desgaste φ entre a abertura de desgaste 27 e a primeira extremidade do anel axial RE1 poderia corresponder ao ângulo de abertura de alívio ε ou ser diferente do mesmo. Isso, por sua vez, depende das condições de limite de uso do anel de vedação 14 e das propriedades desejadas com relação à compensação de pressão a ser obtida.

[0090] As aberturas de alívio 25 e/ou as aberturas de desgaste 27 não têm necessariamente que se abrir na superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14, no entanto. Seria concebível, por exemplo, que uma abertura de alívio 25 e/ou abertura de desgaste 27 se estendesse adicionalmente ou alternativamente para a segunda extremidade do anel axial RE2, por exemplo, como indicado por linhas tracejadas na seção A-A para a abertura de alívio 25 e na seção B-B para a abertura de desgaste. Uma vez que a pressão alta PH no lado do cilindro também é aplicada à segunda extremidade do anel axial RE2, o efeito da compensação de pressão também pode ser implementado com uma abertura de alívio 25, que conecta a superfície circunferencial interna radialmente interior 18 à segunda extremidade de anel axial RE2 ou a uma abertura de desgaste 27 que, a partir de um certo desgaste v, conecta a superfície circunferencial interna 18 à segunda extremidade de anel axial RE2. Devido à produção mais simples, no entanto, é vantajoso se as aberturas de alívio 25 e/ou as aberturas de desgaste 27 estiverem dispostas em particular na forma de um furo cilíndrico começando da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14 até ou na direção das superfícies circunferenciais internas radialmente internas 18.

[0091] De acordo com uma modalidade vantajosa adicional do anel de vedação 14, pelo menos um recesso de compensação 32 pode ser providenciado no anel de vedação 14, como mostrado em cada uma das Figuras 7a-7d com a ajuda de um segmento de anel 14a. O pelo menos um recesso de compensação 32 se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14 na parte da altura do anel RH na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do anel de vedação 14 e a partir da primeira extremidade de anel axial RE1 na parte da largura do anel RB na direção da segunda extremidade do anel axial RE2. O(s) recesso(s) de compensação 32 é/são essencialmente usado(s) para reduzir a pressão de contato axial e então o atrito na superfície de contato entre a primeira extremidade do anel axial RE1 e o segmento de compartimento 3i (indicado esquematicamente na seção EE na Figura 7a) do dispositivo de vedação 1 durante operação do compressor.

[0092] Particularmente no caso de anéis de vedação fortemente compensados em pressão 14 (por exemplo, grande número de aberturas de alívio 25, pequena distância circunferencial de abertura de alívio z, pequena distância axial de abertura de alívio x), pode acontecer que o anel de vedação 14, devido à alta compensação de pressão, é apenas pressionado em operação com uma força resultante relativamente baixa radialmente contra a haste do pistão 2 (vide, por exemplo, Figura 5b). Quaisquer movimentos laterais da haste do pistão 2 que ocorrem durante a operação poderiam, sob certas circunstâncias, apenas ser insuficientemente seguidos pelo anel de vedação 14 sem um recesso de compensação 32 devido ao atrito na superfície de contato entre a primeira extremidade do anel axial RE1 e o segmento de compartimento 3i, o que resultaria no anel de vedação 14 se levantando da haste do pistão 2 na direção radial e então vazamentos indesejados. O recesso de compensação 32 reduz a força de atrito contrariando o movimento lateral do anel de vedação 14, como um resultado do qual o anel de vedação 14 pode acompanhar melhor os movimentos da haste de pistão 2 na direção radial. O(s) recesso(s) de compensação 32 pode(m) ser projetado(s) de forma diferente, como será descrito em detalhes abaixo com referência às Figuras 7a-7d, em que em cada caso o segmento de anel 14a é mostrado em uma vista superior à esquerda e em uma vista em corte correspondendo à respectiva linha de corte mostrada na vista superior à direita.

[0093] Na Figura 7a, o recesso de compensação 32 é formado na forma de uma ranhura alongada de largura bA, que tem uma primeira extremidade de recesso de compensação 32a e uma segunda extremidade de recesso de compensação 32b espaçada da mesma em um certo ângulo na direção circunferencial, como pode ser visto na ilustração à esquerda. A extensão máxima hA do recesso de compensação 32 na direção radial, que pode ser vista na seção E-E, é preferivelmente 60% da altura do anel radial RH. Isso assegura que ainda haja uma superfície de vedação estática suficientemente grande disponível na primeira extremidade do anel axial RE1, que está em contato com a superfície de contato no segmento de compartimento 3i, a fim de obter uma vedação radial. A extensão máxima hA do(s) recesso(s) de compensação 32 na direção radial se aplica independentemente do projeto estrutural do(s) recesso(s) de compensação 32. A profundidade do recesso de compensação tA máxima do(s) recesso(s) de compensação 32 na direção axial de o anel de vedação 14 está entre 1-40% da largura do anel RB do anel de vedação 14, preferivelmente 0,5 mm, em que isso também se aplica independentemente do projeto específico (Figuras 7a-7d) do recesso de compensação 32.

[0094] A modalidade de acordo com a Figura 7b tem vários recessos de compensação separados 32 que estão espaçados uns dos outros na direção circunferencial, como é mostrado na vista superior esquerda. Como resultado, os recessos de compensação 32 dispostos no exterior na direção circunferencial (nas extremidades do segmento

SE1, SE2) podem, por exemplo, ser dimensionados de forma diferente dos recessos de compensação 32 entre eles, de modo que a pressão de contato pode ser variada na direção circunferencial. A seção F-F mostrada à direita mostra novamente a extensão hA do recesso de compensação correspondente 32 na direção radial e a profundidade do recesso de compensação tA.

[0095] A configuração do recesso de compensação 32 na Figura 7c corresponde essencialmente àquela na Figura 7a, mas com a diferença que o recesso de compensação 32 tem aberturas de recesso de compensação adicionais 32c em uma área situada na direção circunferencial entre a primeira extremidade de recesso de compensação 32a e a segunda extremidade de recesso de compensação 32b, que conectam o recesso de compensação 32 radialmente à superfície circunferencial externa radialmente exterior 23, como pode ser visto na vista superior esquerda. A seção G-G mostrada à direita mostra novamente a extensão hA do recesso de compensação 32 na direção radial e a profundidade do recesso de compensação tA.

[0096] A Figura 7d mostra uma modalidade adicional de um recesso de compensação 32, em que o recesso de compensação 32 é conectado radialmente à superfície circunferencial externa 23 do anel de vedação em toda sua extensão na direção circunferencial, como mostrado na vista superior esquerda. Isso cria uma superfície de contato relativamente grande no segmento de compartimento 3i, na qual a pressão alta PH no lado do cilindro pode atuar, de modo que que a pressão de contato axial do anel de vedação 14 no segmento de compartimento 3i pode ser reduzida mais em comparação com as variantes de acordo com as Figuras 7a-c. A seção H-H mostrada à direita mostra novamente a extensão hA do recesso de compensação 32 correspondente na direção radial e a profundidade do recesso de compensação tA.

[0097] As variantes mostradas são, certamente, apenas exemplos, que devem mostrar possíveis projetos estruturais do(s) recesso(s) de compensação 32 de uma maneira não restritiva. Uma pessoa versada na técnica pode, certamente, também prover outras modalidades do(s) recesso(s) de compensação 32.

[0098] Nas Figuras 8a-d, uma modalidade vantajosa adicional do anel de vedação 14 de acordo com a invenção é mostrada a título de exemplo com base em um segmento de anel 14a. Como já descrito adequadamente, pelo menos uma abertura de desgaste 27 é provida em pelo menos um segmento de anel 14a do anel de vedação 14. Preferivelmente, uma ou mais aberturas de alívio 25 são adicionalmente providas, no presente documento quatro aberturas de alívio 25 por segmento de anel 14a, que são cada uma espaçadas umas das outras por uma distância circunferencial de abertura de alívio z. A distância circunferencial de abertura de alívio z não tem que ser igual entre todas as aberturas de alívio 25 (como mostrado), mas também poderia ser diferente, por exemplo.

[0099] De acordo com uma modalidade vantajosa adicional da invenção, pelo menos um recesso de partida 33 é provido na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 de pelo menos um segmento de anel 14a do anel de vedação 14. O pelo menos um recesso de partida 33 se estende na direção axial do segmento de anel 14a a partir da segunda extremidade do anel axial RE2 na parte da largura do anel RB na direção da primeira extremidade do anel axial RE1. Na direção radial do segmento de anel 14a, o recesso de partida 33 se estende a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do segmento de anel 14a em uma pequena parte da altura do anel RH na direção da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do segmento de anel 14a. O recesso de partida 33 é espaçado das respectivas extremidades de segmento SE1, SE2 na direção circunferencial. A Figura 8d mostra uma vista isométrica do segmento de anel 14a, em que o recesso de partida 33 é claramente visível. No exemplo mostrado, apenas um recesso de partida 33 é provido no segmento de anel 14a, mas, certamente, vários recessos de partida 33, que são menores em relação ao recesso de partida 33 mostrado, poderiam ser providos um ao lado do outro no segmento de anel 14a, espaçados uns dos outros na direção circunferencial.

[0100] O arranjo de um recesso de partida 33 é usado em particular no caso de anéis de vedação fortemente compensados em pressão 14 (por exemplo, número grande de aberturas de alívio 25, distância circunferencial de abertura de alívio z pequena e distância axial de abertura de alívio x pequena). Com tais anéis de vedação 14, vazamento aumentado pode ocorrer quando o compressor dá a partida da paralisação, uma vez que a pressão de contato radial com a qual o anel de vedação 14 é pressionado contra a haste do pistão 2 pode, sob certas circunstâncias, não ser suficiente para compensar erros de tolerância relacionados à fabricação ou quaisquer rebarbas no anel de vedação 14 e/ou na haste do pistão 2. Como resultado do arranjo de pelo menos um recesso de partida 33, no início da fase de partida, o anel de vedação 14 está contíguo a uma superfície de partida 34 na haste do pistão 2, que é relativamente pequena comparado com toda a superfície circunferencial interna radialmente interior 18. Como resultado, a pressão da superfície relacionada à pressão na superfície de partida 34 no início da fase de partida é aumentada, o que resulta em um efeito de vedação melhorado e, portanto, menos vazamento. Nesse contexto, a fase de partida não deve ser entendida apenas como a partida inicial do compressor de pistão, mas também cada partida a partir da paralisação (pelo menos contanto que uma superfície de partida 34 esteja presente). O pelo menos um recesso de partida 33 é preferivelmente dimensionado de modo que a superfície de partida restante 34 de um segmento de anel 14a esteja entre 25% e 75% da superfície circunferencial interna 18 do segmento de anel 14a, preferivelmente 60%. Se vários recessos de partida 33 estiverem dispostos no segmento de anel 14a, a razão de área se refere à soma das áreas individuais dos recessos de partida 33 em relação à superfície circunferencial interna 18 do segmento de anel 14a.

[0101] Na Figura 8a, um segmento de anel 14a do anel de vedação 14 é mostrado em uma vista normal para a superfície circunferencial interna radialmente interior 18. A partir da segunda extremidade de anel axial RE2, na qual a pressão alta PH no lado do cilindro é aplicada durante operação do compressor de pistão, o recesso de partida 33 se estende na parte da largura do anel RB na direção da primeira extremidade do anel axial RE1, na qual a pressão PN menor em relação a ela prevalece durante operação. A largura do recesso de partida bAL na direção axial do anel de vedação 14 é preferivelmente 30% a 90% da largura do anel axial RB, em particular 65%, a fim de desenvolver um efeito suficientemente alto durante a partida do compressor. Ainda, as primeiras extremidades de abertura de alívio 25a das aberturas de alívio 25 podem ser vistas na Figura 8a, que são cada uma espaçadas uma da outra na direção circunferencial na distância circunferencial de abertura de alívio z (medida a partir dos limites das extremidades de abertura de alívio 25a voltadas uma em direção à outra).

[0102] A Figura 8b mostra uma seção radial através do segmento de anel 14a de acordo com a linha de seção I-I da Figura 8a. A Figura 8c mostra uma seção longitudinal através do segmento de anel 14a de acordo com a linha de corte J-J da Figura 8b. Na Figura 8c, a profundidade do recesso de partida radial tAL, que é muito pequena em comparação com a altura do anel radial RH, pode ser vista, que se move na faixa entre 1 e 3% da altura do anel radial RH, particularmente preferivelmente 2%. Devido a essa profundidade de recesso de partida muito pequena tAL, o comportamento de partida é melhorado conforme descrito, sem o comportamento do anel de vedação 14 mudar fundamentalmente durante a operação normal do compressor. O recesso de partida 33 não é, portanto, uma ranhura circunferencial no sentido convencional que conecta as aberturas de alívio 25 e, portanto, não faz nenhuma ou uma contribuição insignificantemente pequena para a compensação de pressão quando o compressor está em operação. Após o desgaste da superfície de partida 34, o anel de vedação 14 se comporta como um anel sem um recesso de partida 33. No contexto da invenção, a abertura direta das extremidades de abertura de alívio 25a das aberturas de alívio 25 na superfície circunferencial interna radialmente interior 18 também deve ser entendida como abrindo para o recesso de partida 33. As condições de pressão mostradas com referência à Figura 5b são, portanto, também substancialmente válidas para um anel de vedação 14 tendo um recesso de partida 33. Se vários recessos de partida 33 forem providos em um anel de vedação 14, por exemplo, um recesso de partida 33 por segmento de anel 14a (como mostrado) ou múltiplos recessos de partida33 por segmento de anel 14a, esses também podem ser feitos de forma diferente. Por exemplo, os recessos de partida 33 podem ter diferentes profundidades de recesso de partida radiais tAL e/ou formatos diferentes e/ou larguras de recesso de partida bAL diferentes na direção axial a fim de serem capazes de tornar o comportamento de partida do anel de vedação 14 ainda mais variável. As condições de contorno, em particular com relação à superfície de partida 34 restante, no entanto, permanecem as mesmas. Devido à fabricação, o(s) recesso(s) de partida 33 também podem ter um certo raio nas bordas sob certas circunstâncias, o que resulta, por exemplo, da geometria de uma ferramenta usada, por exemplo, uma fresa.

[0103] Na seção I-I na Figura 8b, aberturas de alívio 25 e aberturas de desgaste 27 são novamente mostradas em variantes diferentes. A abertura de alívio 25-1, que está disposta na segunda extremidade do segmento SE2 do segmento de anel 14a, difere no presente documento das três aberturas de alívio restantes 25-2. As aberturas de alívio 25-2 são realizadas como furos passantes cilíndricos e têm um curso na direção radial do anel de vedação 14 ou no presente documento o segmento de anel 14a. As aberturas de alívio 25-2 então não são dispostas inclinadas (por exemplo, como nas Figuras 2-4) e então têm um ângulo de abertura de alívio ε = 0. As aberturas de alívio 25-2 então se estendem em paralelo às primeira e segunda extremidades de anel RE1, RE2, como pode ser visto na seção A-A na Figura 8c.

[0104] A abertura de alívio 25-1, que está disposta na segunda extremidade do segmento SE2 do segmento de anel 14a, se estende no presente documento em uma direção que desvia da direção radial do segmento de anel 14a. Em contraste com as aberturas de alívio 25 (Figura 2+ seção D-D na Figura 6) inclinadas em um primeiro ângulo de abertura de alívio ε na direção axial, a abertura de alívio 25-1 é disposta de modo que ela não se encontre no plano de seção mostrado na Figura 8b, então em paralelo com as primeira e segunda extremidades de anel RE1, RE2, mas se desviando da direção radial em um segundo ângulo de abertura de alívio ω neste plano de seção. Isto significa essencialmente que a segunda extremidade de abertura de alívio 25- 1b, que se abre para a superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14, é circunferencialmente espaçada da primeira extremidade de abertura de alívio 25-1a, que se abre para a superfície circunferencial interna interior 18, como mostrado na Figura 8b.

[0105] A distância entre as extremidades da abertura de alívio 25- 1a, 25-1b resulta do ângulo de abertura de alívio ω e o diâmetro externo Da do anel de vedação 14 como ω*Da. Esse arranjo inclinado da abertura de alívio 25-1 também permite a compensação de pressão em uma porção da superfície circunferencial interna 18 situada próximo da segunda extremidade de segmento SE2. Tal compensação de pressão seria impossível ou difícil de implementar com uma abertura de alívio radial 25 análoga às aberturas de alívio 25-2 devido à sobreposição das extremidades do segmento SE2, SE1 de dois segmentos de anel adjacentes 14a. Certamente, também seria concebível que uma ou mais aberturas de alívio 25 fossem providas em um anel de vedação 14 ou um segmento de anel 14a, que estão dispostas desviando da direção radial ambos em um primeiro ângulo de abertura de alívio ε e em um segundo ângulo de abertura de alívio ω. Isso significa que a primeira extremidade de abertura de alívio 25a poderia ser espaçada da segunda extremidade de abertura de alívio 25b tanto na direção axial como na direção circunferencial.

[0106] As duas aberturas de desgaste 27 se estendem no presente documento na direção radial do segmento de anel 14a. Como pode ser visto na Figura 8b, as duas aberturas de desgaste 27 se estendem com uma profundidade diferente tv1> tv2 da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 do anel de vedação 14 na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18. No caso de desgaste v = RH-tv1, a abertura de desgaste 27 tendo a profundidade tv1 é primeiro exposta e conforme o desgaste progride v = RH-tv2, a abertura de desgaste 27 tendo a profundidade tv2 é exposta. Desta forma, um aumento essencialmente em dois estágios da compensação de pressão é obtido. Certamente, mais ou menos aberturas de desgaste 27 e/ou aberturas de alívio 25 poderiam também ser providas, mas pelo menos uma abertura de desgaste 27 em pelo menos um segmento de anel 14a. Uma ou mais aberturas de desgaste 27 também poderiam ser dispostas inclinadas para a direção radial do anel de vedação 14 em um primeiro ângulo de abertura de desgaste φ, adicionalmente ou alternativamente para a profundidade tv diferente (vide seção C-C na Figura 6) e/ou em um segundo ângulo de abertura de desgaste λ (não mostrado), análogo ao segundo ângulo de abertura de alívio ω, como foi mostrado na Figura 8b.

[0107] Dependendo da aplicação, as modalidades da invenção mostradas podem, com certeza, ser combinadas conforme desejado a fim de obter um resultado desejado, em particular uma compensação de pressão desejada do anel de vedação 14. Pelo menos um anel de vedação 14 de acordo com a invenção é preferivelmente disposto em um dispositivo de vedação 1 de um compressor de pistão mostrado na Figura 1, particularmente preferivelmente múltiplos anéis de vedação 14 de acordo com a invenção em sucessão na direção axial.

[0108] Finalmente, deve ser novamente apontado que as características descritas e mostradas das modalidades ilustradas nas Figuras 1-8d devem ser consideradas independentemente umas das outras e, certamente, também podem ser usadas sozinhas ou em qualquer combinação. Por exemplo, um anel de vedação 14 não tem necessariamente que ter aberturas de alívio 25 e aberturas de desgaste, como mostrado na Figura 2. No caso mais simples, o anel de vedação 14 de acordo com a invenção poderia ter pelo menos uma abertura de desgaste 27 de qualquer formato em pelo menos um segmento de anel 14a, que se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior 23 e/ou da segunda extremidade de anel axial RE2 do segmento de anel 14a na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do segmento de anel 14a, em que a extremidade de abertura de desgaste 27a da pelo menos uma abertura de desgaste 27 é espaçada uma distância na direção radial do segmento de anel 14a da superfície circunferencial interna radialmente interior 18 do segmento de anel 14a que é no máximo 40% da altura do anel radial RH. Opcionalmente, uma ou mais aberturas de alívio 25 tendo qualquer formato, tamanho e curso poderiam ser adicionalmente providas.

Ainda, um ou mais recessos de compensação 32 e/ou recessos de partida 33 poderiam ser opcionalmente providos no anel de vedação 14, bem como uma ou mais ranhuras axiais 24 e/ou uma ranhura circunferencial 20.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Anel de vedação (14) tendo pelo menos três segmentos de anel (14a), cada um tendo uma primeira extremidade de segmento (SE1) e uma segunda extremidade de segmento (SE2) na direção circunferencial, em que uma primeira superfície de contato tangencial (19a) da primeira extremidade de segmento (SE1) de um segmento de anel (14a) está contígua a uma segunda superfície de contato tangencial (19b) da segunda extremidade de segmento (SE2) de um segmento de anel (14a) adjacente a ela na direção circunferencial para criar uma vedação radial do anel de vedação (14) e uma primeira superfície de contato axial (16), voltada para uma primeira extremidade do anel axial (RE1) do anel de vedação (14), da primeira extremidade do segmento (SE1) de um segmento de anel (14a) está contígua a um segunda superfície de contato axial (17), voltada para uma segunda extremidade do anel axial (RE2) do anel de vedação (14), da segunda extremidade do segmento (SE2) de um segmento do anel (14a) adjacente a ela na direção circunferencial para criar um vedação axial do anel de vedação (14), caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de desgaste (27) é provida em pelo menos um segmento de anel (14a), que se estende a partir de uma superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) e/ou da segunda extremidade de anel axial (RE2) do segmento de anel (14a) na direção de uma superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), em que uma extremidade de abertura de desgaste radialmente interior (27a) da pelo menos uma abertura de desgaste (27) voltada para a superfície circunferencial interna (18) é espaçada na direção radial do segmento de anel (14a) da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) em uma distância que é no máximo 40% de uma altura de anel radial (RH) se estendendo entre a superfície circunferencial externa exterior (23) e a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), em que a extremidade de abertura de desgaste (27a) está entre as primeira e segunda extremidades de anel axial (RE1, RE2) e é espaçada das primeira e segunda extremidades de anel axial (RE1, RE2), e em que a extremidade de abertura de desgaste (27a) é exposta na superfície circunferencial interna radialmente interior (18) de um certo estado de desgaste do anel de vedação (14), de modo que a abertura de desgaste (27) conecta a superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) e/ou a segunda extremidade de anel axial (RE2) do anel de vedação (14) à superfície circunferencial interna radialmente interior (18) .

2. Anel de vedação (14) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de extremidade de pelo menos uma abertura de desgaste (27) voltada em direção à superfície circunferencial interna radialmente interior (18) é inclinada na direção da primeira extremidade de anel axial (RE1).

3. Anel de vedação (14) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de desgaste (27) tem um curso reto e uma seção transversal circular constante tendo um diâmetro de abertura de desgaste (dv) que é 2-60%, preferivelmente 2-40%, da largura do anel axial (RB) do anel de vedação (14).

4. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de desgaste (27) é espaçada na direção axial da primeira extremidade de anel axial (RE1) em uma distância axial de abertura de desgaste (y) que é 2% a 20% da largura de anel axial (RB), preferivelmente 2-15%.

5. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de alívio (25) é provida em pelo menos um segmento de anel

(14a), que se estende a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) para a superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) e/ou para a segunda extremidade de anel axial (RE2) do segmento de anel (14a).

6. Anel de vedação (14) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma primeira extremidade de abertura de alívio (25a), que se abre para a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), de pelo menos uma abertura de alívio (25) é espaçada da primeira extremidade de anel axial (RE1) em uma distância axial de abertura de alívio (x), que é 4% a 40% da largura de anel axial (RB) do segmento de anel (14a), preferivelmente 4-20%.

7. Anel de vedação (14) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de alívio (25) tem, pelo menos na extremidade de abertura de alívio (25a), um comprimento de abertura de alívio na direção circunferencial que é 2- 100% da largura de anel axial (RB) do anel de vedação (14), preferivelmente 2-50%, em particular no máximo 25% da largura do anel axial (RB).

8. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas aberturas de alívio (25) são providas em pelo menos um segmento de anel (14a), em que as aberturas de alívio (25) têm, cada uma, uma primeira extremidade de abertura de alívio (25a) se abrindo para a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), em que as primeiras extremidades de abertura de alívio (25a) de duas aberturas de alívio (25) dispostas próximas umas das outras na direção circunferencial são espaçadas umas das outras em uma distância circunferencial de abertura de alívio (z), que é preferivelmente 1 mm a 15 mm.

9. Anel de vedação (14) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a distância circunferencial de abertura de alívio (z) é igual entre todas as aberturas de alívio (25) de um segmento de anel (14a).

10. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de pelo menos uma abertura de alívio (25) adjacente à superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) é inclinada ou curvada na direção da primeira extremidade de anel axial (RE1).

11. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura de alívio (25) é provida, a primeira extremidade de abertura de alívio (25a) cuja abertura para a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) é espaçada na direção circunferencial de uma segunda extremidade de abertura de alivio (25b) da abertura de alívio (25) se abrindo para a superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) do segmento de anel (14a).

12. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 11, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma abertura de alívio (25), pelo menos na extremidade de abertura de alívio (25a), tem uma largura de abertura de alívio axial que é 2-30%, preferivelmente 2-20%, da largura de anel axial (RB) do anel de vedação (14).

13. Anel de vedação de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma abertura de alívio (25) tem um curso reto e uma seção transversal circular constante tendo um diâmetro de abertura de alívio (dE) que é entre 2-30%, preferivelmente 2-20%, da largura do anel axial (RB) do anel de vedação (14).

14. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de compensação (32) é provido em pelo menos um segmento de anel (14a), que se estende a partir da superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) do segmento de anel (14a) na direção da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) e se estende a partir da primeira extremidade de anel axial (RE1) na direção da segunda extremidade de anel axial (RE2), em que preferivelmente pelo menos um recesso de compensação (32) é provido por segmento de anel.

15. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos um recesso de partida (33) é provido na superfície circunferencial interna radialmente interior (18) de pelo menos um segmento de anel (14a), que se estende na direção axial do segmento de anel (14a) a partir da segunda extremidade de anel axial (RE2) na direção da primeira extremidade de anel axial (RE1) e se estende na direção radial do segmento de anel (14a) a partir da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) na direção da superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) do segmento de anel (14a), a fim de formar uma superfície de partida menor (34) em relação à superfície circunferencial interna radialmente interior (18), em que o recesso de partida (33) tem uma profundidade de recesso de partida radial (tAL) de no máximo 3% da altura do anel (RH), em que a primeira extremidade de abertura de alívio (25a) da pelo menos uma abertura de alívio (25) se abre para o recesso de partida (33) até desgaste da superfície de partida (34) e se abre para a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) após desgaste da superfície de partida.

16. Anel de vedação (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma ranhura axial (24), que se estende a partir da primeira extremidade de anel axial (RE1) para a segunda extremidade de anel axial (RE2), é provida na superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) de pelo menos um segmento de anel (14a), preferivelmente cada segmento de anel (14a).

17. Dispositivo de vedação (1) para vedação de uma haste de pistão translacionalmente oscilante (2), tendo um compartimento (3) em que vários anéis de vedação (7) dispostos axialmente em sucessão são providos, caracterizado pelo fato de que pelo menos um anel de vedação (14) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16 é provido.

18. Compressor de pistão tendo um compartimento de compressor e pelo menos um compartimento de cilindro disposto nele, no qual um pistão oscila translacionalmente, caracterizado pelo fato de que o pistão é conectado por meio de uma haste de pistão a um virabrequim disposto no compartimento do compressor e tendo pelo menos um anel de vedação (14) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16 disposto no compartimento do compressor para vedação da haste do pistão.

19. Compressor de pistão de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de vedação (1) tendo um compartimento (3) é provido no compartimento do compressor, no qual vários anéis de vedação (7) dispostos axialmente em sucessão são providos, em que pelo menos um anel de vedação (14) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16 é provido.

20. Método para vedar uma haste de pistão translacionalmente oscilante de um compressor de pistão usando pelo menos um anel de vedação (14), que tem uma abertura cilíndrica central (15), através da qual a haste de pistão se estende, em que o anel de empanque (14) tem pelo menos três segmentos de anel (14a) cada um tendo uma primeira extremidade de segmento (SE1) e uma segunda extremidade de segmento (SE2) na direção circunferencial, em que uma primeira superfície de contato tangencial (19a) da primeira extremidade de segmento (SE1) de um anel segmento (14a) se apoia em uma segunda superfície de contato tangencial (19b) da segunda extremidade de segmento (SE2) de um segmento de anel (14a) adjacente a ela na direção circunferencial, a fim de produzir uma vedação radial, e uma primeira superfície de contato axial (16), voltada para uma primeira extremidade do anel axial (RE1) do anel de vedação (14), da primeira extremidade do segmento (SE1) de um segmento do anel (14a) se apoia em uma segunda superfície de contato axial (17), voltada para uma segunda extremidade do anel axial (RE2) do anel de vedação (14), da segunda extremidade de segmento (SE2) de um segmento de anel (14a) adjacente à mesma na direção circunferencial, a fim de produzir uma vedação axial, em que o anel de vedação (14) está disposto no compressor de pistão de modo que a primeira extremidade do anel axial (RE1) fique voltada para um cárter compressor de pistão, caracterizado pelo fato de que uma extremidade de abertura de desgaste radialmente interna (27a), voltada para a superfície circunferencial interna (18) do anel de vedação (14), situada entre as primeira e segundas extremidades de anel axial (RE1, RE2), e espaçada das primeira e segunda extremidades de anel axial (RE1, RE2), e espaçada na direção radial do segmento de anel (14a) da superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a) em uma distância de mais 40% de uma altura de anel radial (RH) que se estende entre a superfície circunferencial externa exterior (23) e a superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), de pelo menos uma abertura de desgaste (27), disposta em pelo menos um segmento de anel (14a), se estendendo a partir de uma superfície circunferencial externa radialmente exterior (23) e/ou a segunda extremidade de anel axial (RE2) do segmento de anel (14a) na direção de uma superfície circunferencial interna radialmente interior (18) do segmento de anel (14a), é exposta na superfície circunferencial interna radialmente interior (18) ao atingir um desgaste radial predefinido do anel de vedação (14), a fim de produzir uma compensação de pressão.