DE10352970A1 - Sealing arrangement for a cylinder/piston system in vacuum pumps comprises a sealing element in the form of a closed ring which is provided with a protrusion on the inner side - Google Patents

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Abstract

Sealing arrangement comprises a sealing element (5) in the form of a closed ring which is provided with a protrusion on the inner side. The upper edge (6) of the sealing element is flush with the upper edge of the piston lid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Zylinder-Kolben-System in Vakuumpumpen zum Abdichten zwischen einer Zylinderinnenwand und einem in dem Zylinder verschiebbar angeordneten Kolben.The The invention relates to a sealing arrangement for a cylinder-piston system in vacuum pumps for sealing between a cylinder inner wall and a displaceably arranged in the cylinder piston.

Bei allen Zylinder-Kolben-Systemen, welche zur Förderung und zum Verdichten von Gasen bestimmt sind, besteht eines der Hauptprobleme darin, den Kolben und die Zylinderinnenwand durch verschleißfeste und reibungsarme Vorrichtungen von einander zu trennen. Gleichzeitig muss der Spalt zwischen Kolben und Zylinder möglichst klein sein, um eine Rückströmung von Gasen zu verhindern.at All cylinder-piston systems used for conveying and compacting of gases, one of the main problems is that of Piston and the cylinder inner wall by wear-resistant and low-friction devices to separate from each other. At the same time, the gap between pistons and cylinders as possible be small to a backflow of Prevent gases.

Bei Verbrennungsmaschinen werden z. B. Ringe aus Kugelgrafitguss verwendet, die unter großer Ringspannung stehen, geschlitzt sind, in einer Kolbennut geführt werden und sich gegen die Zylinderwand abdrücken. Ein Ölfilm zwischen Kolbenring und Zylinderwand reduziert die Reibungskräfte.at Combustion engines are z. B. rings used in Kugelgrafitguss, the under big ones Are ring tension, slotted, are guided in a piston groove and press against the cylinder wall. An oil film between piston ring and Cylinder wall reduces frictional forces.

Bei Vakuumpumpen gilt für einen großen Teil der Anwendungen, dass Öl im Pumpenraum nicht erwünscht ist. Daher fehlt bei trockenen, d. h. ölfreien Pumpen, die Gase fördern, ein flüssiges Medium, mit dessen Hilfe die Reibungskräfte reduziert werden können. In diesen Fällen werden Kunststoffe mit sehr geringen Reibungskoeffizienten eingesetzt. Dies geschieht in Form von geschlitzten Kolbenringen aus Kunststoff, die in Kolbennuten untergebracht sind. In der Regel werden mehrere Ringe hintereinander angebracht, um eine möglichst geringe Rückströmung des Fördermediums zu erreichen. Durch die geschlitzten Kolbenringe entsteht dennoch eine gewisse Rückströmung, welche sich bei der Erzeugung von Hochvakuum sehr störend auswirkt.at Vacuum pumps applies to a big Part of the applications that oil not desired in the pump room is. Therefore missing in dry, d. H. oil-free pumps, which promote gases liquid Medium, with the help of which the frictional forces can be reduced. In these cases Plastics with very low friction coefficients are used. This is done in the form of slotted piston rings made of plastic, which are housed in piston grooves. In general, several will Rings attached in a row to minimize the backflow of the conveying medium to reach. Nevertheless, the slotted piston rings are created a certain backflow, which is very disturbing in the generation of high vacuum.

Bei trockenen Kolbenvakuumpumpen wird auf die Dichtwirkung eines langen Spaltes gesetzt. Zu diesem Zweck werden die Kolben auf ihrer ganzen Länge mit gleitfähigem Kunststoff beschichtet. Über die Länge des Spaltes erfolgt dann die Abdichtung. Eine solche Beschichtung ist aufwändig und teuer. Die Reibungskräfte und die Wärmeentwicklung sowie die Spaltgeometrie müssen genau abgestimmt werden, um ein Klemmen des Kolbens zu verhindern. Ist der Spalt zu groß, verschlechtern sich die vakuumtechnischen Daten.at dry piston vacuum pumps will affect the sealing effect of a long Gap set. For this purpose, the pistons are on their whole Length with slippery Plastic coated. about the length the gap is then the seal. Such a coating is expensive and expensive. The friction forces and the heat development as well the gap geometry must be precisely tuned to prevent jamming of the piston. is the gap is too big, worsen the vacuum technical data.

Aus der US 5,921,755 ist es bekannt, sogenannte Hutmanschetten als Dichtungselemente einzusetzen. Diese L-förmigen Dichtungselemente zeichnen sich durch sehr geringe Reibung aus, und zur Erreichung eines bestimmten Enddruckes sind weniger Pumpstufen nötig als mit anderen Lösungen.From the US 5,921,755 It is known to use so-called hat cuffs as sealing elements. These L-shaped sealing elements are characterized by very low friction, and to achieve a certain final pressure fewer pumping stages are required than with other solutions.

Solche Hutmanschetten haben jedoch auch Nachteile. Dazu gehört, dass durch einen relativ großen Totraum der Enddruck nachteilig beeinträchtigt wird. Außerdem entstehen Probleme durch seitliche Kolbenkräfte, welche die Hutmanschetten einseitig belasten.Such Hat cuffs, however, also have disadvantages. This includes that through a relatively large Dead space of the final pressure is adversely affected. In addition, arise Problems with lateral piston forces, which the hat cuffs load on one side.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung für ein Zylinder-Kolben-System vorzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Die Anordnung soll für den Einsatz im Vakuum geeignet und für einen trockenen Arbeitsraum von Vakuumpumpen ausgelegt sein. Eine einfache und kostengünstige Konstruktion, welche einen sicheren Lauf einer Kolbenpumpe gewährleistet, gehört ebenfalls zur Aufgabenstellung.Of the Invention is based on the object, a seal assembly for a cylinder-piston system to present, which does not have the disadvantages described above. The arrangement should be for suitable for use in a vacuum and for a dry working area be designed by vacuum pumps. A simple and inexpensive construction, which ensures a safe running of a piston pump, also belongs to the task.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 6 stellen weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung dar.The Task is by the characterizing features of the first protection claim solved. The requirements FIGS. 2 to 6 illustrate further embodiments of the invention.

Die vorgeschlagene Lösung stellt eine Dichtungsanordnung für ein Zylinder-Kolben-System in Vakuumpumpen vor, welche einen sicheren Lauf des Systems gewährleistet und dabei eine effektive Abdichtung zwischen Zylinderwand und Kolben vorsieht, so dass optimale vakuumtechnische Daten erreicht werden können. Die Führung des Kolbens im Zylinder ist äußerst exakt. Auftretende Kippkräfte werden absorbiert. Die Anordnung ist nahezu Totraum frei, so dass eine deutliche Verbesserung des Enddruckes erreicht wird. Die Materialauswahl trägt zur weiteren Optimierung des Systems bei.The suggested solution represents a seal arrangement for a cylinder-piston system in vacuum pumps, which ensures safe operation of the system and thereby an effective seal between the cylinder wall and piston provides optimal vacuum data can. The leadership of the piston in the cylinder is extremely accurate. Occurring tilting forces are absorbed. The arrangement is virtually dead space free, leaving a significant improvement of the final pressure is achieved. The material selection contributes to further optimization of the system.

Anhand der 1 bis 3 soll die Erfindung näher erläutert werden:Based on 1 to 3 the invention will be explained in more detail:

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Zylinder-Kolben-System. 1 shows a schematic cross section through a cylinder-piston system.

2 zeigt einen ausschnittweisen schematischen Querschnitt durch eine Dichtungsanordnung eines Zylinder-Kolben-System. 2 shows a fragmentary schematic cross section through a sealing arrangement of a cylinder-piston system.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Zylinder-Kolben-System mit verschiedenen Dichtungselementen. 3 shows a schematic cross section through a cylinder-piston system with various sealing elements.

Das dargestellte Zylinder-Kolben-System, das beispielsweise einen Teil einer Vakuumpumpe bildet, besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 1 und einem mittels einer Kolbenstange 2 längs verschiebbar in Zylinder 1 gelagerten Kolben 3.The illustrated cylinder-piston system, which for example forms part of a vacuum pump, consists essentially of a cylinder 1 and one by means of a piston rod 2 longitudinally displaceable in cylinder 1 stored piston 3 ,

Um einen oberhalb des Kolbens 3 angeordneten Kompressionsraum 4, über den beispielsweise das aus einem zu evakuierenden Behälter abgesaugte Gas aus dem Zylinder-Kolben-System herausgepresst wird, gegenüber dem Rest des Zylinder-Kolben-Systems abzudichten, ist bei dem dargestellten System ein Dichtungselement 5 vorgesehen. Dieses ist am Kolbendeckel 3a so angebracht, dass die Oberkante 6 des Dichtungselementes mit der Oberkante 3b des Kolbendeckels bündig abschließt. Das Dichtungselement 5 besteht aus einem geschlossenen Ring, welcher auf seiner Innenseite mit einer Erhebung 7 versehen ist. Dieser Erhebung steht im Kolbendeckel eine Nut 8 gegenüber. Die Erhebung schnappt in die Nut ein, so dass eine schlüssige und dichte Verbindung entsteht.To one above the piston 3 arranged compression space 4 For example, to seal the gas extracted from a cylinder to be evacuated from the cylinder-piston system with respect to the remainder of the cylinder-piston system is a sealing element in the illustrated system 5 intended. This is on the piston cover 3a so attached, that the top edge 6 of the sealing element with the upper edge 3b the piston cover flush. The sealing element 5 consists of a closed ring, which on its inside with a survey 7 is provided. This survey is in the piston cover a groove 8th across from. The survey snaps into the groove, creating a coherent and tight connection.

Zur besseren Abdichtung und vor allem zum exakten Führen des Kolbens 3 im Zylinder ist es vorteilhaft, mehrere Dichtungselemente am Kolben anzubringen. In weiteren Ausführungsformen können, wie in 3 dargestellt, Dichtungselemente unterschiedlicher Bauart, z. B. vom Typ einer Hutmanschette, mit dem erfindungsgemäßen Dichtungselement zusammen wirken. Eine Hutmanschette 10 unmittelbar im Anschluss an das Dichtungselement 5 muss so angeordnet sein, dass deren Lippe 11 vom Dichtungselement 5 und somit vom Kompressionsraum abgewandt ist. Dadurch wird ein schädlicher Totraum vermieden.For better sealing and above all for exact guidance of the piston 3 in the cylinder, it is advantageous to attach a plurality of sealing elements on the piston. In further embodiments, as in 3 illustrated, sealing elements of different types, eg. B. the type of cap sleeve, cooperate with the sealing element according to the invention. A hat cuff 10 immediately after the sealing element 5 must be arranged so that its lip 11 from the sealing element 5 and thus away from the compression space. As a result, a harmful dead space is avoided.

Um den Reibungswiderstand des an der Zylinderwand anliegenden Dichtungselementes 5 zu verringern, ist es sinnvoll, dieses aus einem PTFE-haltigen Material zu fertigen. Polytetrafluorethylen (PTFE) weist insbesondere unter mechanischer Druckbelastung gute Gleiteigenschaften auf, so dass auf diese Weise hohe Reibungsverluste vermieden werden können. Da andererseits PTFE keine sehr hohe Abriebfestigkeit besitzt, ist es vorteilhaft, wenn das PTFE-haltige Material wenigstens einen die mechanische Beständigkeit verstärkenden Zusatzstoff enthält, wobei hierfür vorzugsweise Metall-, Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoffmaterialien, insbesondere gewirkte Aramidfasern wie beispielsweise Kevlar®, geeignet sind.To the frictional resistance of the voltage applied to the cylinder wall sealing element 5 To reduce, it makes sense to make this from a PTFE-containing material. Polytetrafluoroethylene (PTFE) has good sliding properties, especially under mechanical pressure loading, so that high friction losses can be avoided in this way. On the other hand PTFE does not have a very high abrasion resistance, it is advantageous if the PTFE-containing material contains at least one mechanical resistance-enhancing additive, for this purpose preferably metal, glass, carbon or plastic materials, in particular knitted aramid fibers such as Kevlar ® , are suitable.

Claims (8)

Dichtungsanordnung für ein Zylinder-Kolben-System, insbesondere in Vakuumpumpen, zum Abdichten zwischen einer Zylinderwand (1a) und einem in dem Zylinder (1) verschiebbar angeordneten Kolben (3), wobei dieser mit einem Kolbendeckel (3a) versehen und ein Dichtungselement (5) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) die Form eines geschlossenen Ringes aufweist, welcher auf der Innenseite mit einer Erhebung (7) versehen ist, dass in dem Kolbendeckel (3a) eine Nut (8) vorhanden ist, in welche die Erhebung (7) einschnappt und dass die Oberkante (6) des Dichtungselementes (5) bündig mit der Oberkante (3b) des Kolbendeckels abschließt.Sealing arrangement for a cylinder-piston system, in particular in vacuum pumps, for sealing between a cylinder wall ( 1a ) and one in the cylinder ( 1 ) displaceably arranged piston ( 3 ), this with a piston cover ( 3a ) and a sealing element ( 5 ), characterized in that the sealing element ( 5 ) has the shape of a closed ring, which on the inside with a survey ( 7 ), that in the piston cover ( 3a ) a groove ( 8th ) in which the survey ( 7 ) and that the upper edge ( 6 ) of the sealing element ( 5 ) flush with the top edge ( 3b ) completes the piston cover. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dichtungselemente (5) am Kolben (3) angeordnet sind.Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that a plurality of sealing elements ( 5 ) on the piston ( 3 ) are arranged. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Dichtungselemente (5) mit einem oder mehreren Dichtungselementen anderer Bauart, wie z. B. einer Hutmanschette (10, 12), am Kolben (3) angeordnet sind.Sealing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that one or more sealing elements ( 5 ) with one or more sealing elements of another type, such. B. a hat cuff ( 10 . 12 ), on the piston ( 3 ) are arranged. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungselement (10) in Form einer Hutmanschette im Anschluss an das Dichtungselement (5) angebracht ist und dass die Lippe (11) des Dichtungselementes (10) von dem Dichtungselement (5) und somit vom Kompressionsraum abgewandt ist.Sealing arrangement according to claim 3, characterized in that a sealing element ( 10 ) in the form of a cap sleeve following the sealing element ( 5 ) and that the lip ( 11 ) of the sealing element ( 10 ) of the sealing element ( 5 ) and thus facing away from the compression space. Dichtungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (5) aus einem PTFE-haltigen Material (Polytetrafluorethylen) besteht.Sealing arrangement according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the sealing element ( 5 ) consists of a PTFE-containing material (polytetrafluoroethylene). Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-haltige Material des Dichtungselementes (5) wenigstens einen die mechanische Beständigkeit verstärkenden Zusatzstoff enthält.Sealing arrangement according to claim 5, characterized in that the PTFE-containing material of the sealing element ( 5 ) contains at least one mechanical resistance enhancing additive. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die mechanische Beständigkeit verstärkende Zusatzstoff ein Metall-, Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoffmaterial, insbesondere eine gewirkte Aramidfaser wie z. B. Kevlar®, ist.Sealing arrangement according to claim 6, characterized in that the mechanical resistance-enhancing additive is a metal, glass, carbon or plastic material, in particular a knitted aramid fiber such. B. Kevlar ® , is. Dichtungsanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbendeckel (3a) aus Kunststoff besteht.Sealing arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston cover ( 3a ) consists of plastic.
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