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Stopfbüchsenanordnung für die Kolbenstange von Trockenlaufverdichtern
Die Abdichtung der Zylinderräume von Trockenlaufverdichtem an den Durchführungen
der Kolbenstangen durch die Zylinderböden wird durch trockenlaufende Packungen ermöglicht,
die je nachdem, ob die Verdichterkolben mit Labyrinthrillen oder mit Kolbennngen
ausgestattet sind, entweder als Labyrinthpackungen oder als Gleitpackungen ausgeführt
sind, wobei letztere aus geteilten, durch Federn auf die Kolbenstange aufgepreßten
Ringen bestehen. Beide Packungsarten erlauben jedoch keine gasdichte Durchführung
der Kolbenstange. Verluste an dem zu verdichtenden Gas müssen jedoch in vielen Fällen
unbedingt vermieden werden, vor allem, wenn es sich um ein besonders wertvolles
oder in bezug auf chemische Reaktionsfähigkeit oder auf Giftwirkung beim Menschen
gefährliches Gas handelt. Beispielsweise würden Verluste an Kältemittel beim Verdichter
einer Kälteanlage mit Sicherheit zu Betriebsstörungen oder zum völligen Ausfall
führen, wenn nicht dauernd das verlorene Kältemittel ersetzt wird. Kältenüttel ist
aber teuer und kann gefährlich sein.
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Die Abdichtung wurde bisher durch Anordnung einer besonderen flüssigkeits-
oder gasgefüllten Stopfbüchse auf der dem Zylinder abgewandten Seite der Trockenlaufpackung
erreicht. Da die bisher verwendeten Werkstoffe für die Trockenlaufpackungen nicht
mit öl in Berührung kommen durften, wenn sie ihre Trockenlaufeigenschaften
nicht verlieren sollten, war man gezwungen, zwischen beiden Packungen mindestens
die Hubstrecke freizuhalten, damit der benetzte Stangenteil nicht mit der Trockenpackung
in Berührung kommen konnte. So ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen die am
Zylinderboden angeordnete, trockenlaufende Stopfbüchse und die gegen die Atmosphäre
abdichtende geschmierte Stopfbüchse einen gasdicht abgeschlossenen Trennraum zu
schalten, dessen Länge größer als der Kolbenhub ist. Die Verlängerung des Abstandes
zwischen dem Kolben und dem Führungslager wirkt sich aber besonders bei Labyrinthverdichtem
sehr nachteilig aus.
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Der Forderung, die Trockenlaufpackung vor der Berührung mit
öl unbedingt zu schützen, war besonde,rs bei Labyrinthverdichtern mit ihren
hohen Kolbengeschwindigkeiten schwer zu erfüllen. Um das am benetzten Teil der Kolbenstange
befindliche öl vom trockenen Stangenteil fernzuhalten, hat man schon versucht,
geschlossene Lippenringe aus elastischen Werkstoffen zu verwenden. Jedoch versagen
diese als Ölabstreifringe auf Kolbenstangen mit höheren Kolbengeschwindigkeiten,
weil sie bei mangelhafter Schmierung zu stark auf der Kolbenstange haften und daher
ihre Lippen infolge des Richtungswechsels zu stark verfonnt werden. Um die ölwanderung
zum Zylinder mit besonders hoher Sicherheit ausschließen zu können, war man sogar
dazu übergegangen, die Kolbenstange durch Absaugekammern zu führen und Absaugeeinrichtungen
mit Vakuumpumpen zu benutzen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Kurbelgehäuse und den
Zylinderraum gasdicht zu verbinden und die Baulänge zwischen Kolbenstangenlager
und Zylinder möglichst klein zu halten.
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Diese Aufgabe wird bei einer Stopfbüchsenanordnung für die Kolbenstange
von Trockenlaufverdichtern, insbesondere mit Labyrinthkolben, mit zwei hintereinander
geschalteten Stopfbüchsen, von denen die eine als im Zylinderboden angeordnete trockenlaufende
Stopfbüchse ausgebildet ist und eine hinter der trockenlaufenden Stopfbüchse vorgesehene
Absaugkammer angeordnet ist, die über eine Verbindungsleitung mit der Saugseite
des Verdichters in Verbindung steht, und eine zweite Stopfbüchse als öl-
geschmierte
Stopfbüchse ausgebildet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der zweiten
Stopfbüchse, in die ein Sperröl zu- und abgeführt wird, und der Absaugkarumer in
einer Trennkammer eine aus einem ölunempfindlichen, für Trockenlauf geeigneten Werkstoff
bestehende Abstreifvorrichtung angeordnet ist und die Trennkammer einen ölabfluß
aufwcist.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Ab-
bildung beispielsweise
erläutert. Eine aus Lippenringen 1 und Abstandshaltern 15 aufgebaute,
von öl
durchflossene Stopfbüchse 2 wird in bekannter Weise zur Abdichtung
der Kolbenstange 19 gegen die
Atmosphäre benutzt. Der-# Ölzufluß
zum Lager 16 ist mit 3 bezeichnet, der Abfluß mit 18. Ein Teil
des Schmieröls aus dem Lager 16 bleibt auf der Kolbenstange 19 haften
und schmiert die ersten Lippendichtungen 1 der Stopfbüchse 2. Das bei
9 der Stopfbüchse 2 zufließtnde Sperr- und Schn-üeröl läuft bei
9
und 17 in ein nicht gezeichnetes Sammelgefäß ab. Die Lippenringe
1 streifen das Öl allerdings nur unvollständig ab. Es bleibt auf der
Kolbenstange noch ein ölfihn von solcher Dicke haften, daß dieser bei der Kolbengeschwindigkeit,
die in Labyrinthverdichtern notwendig ist, nach oben wandern und abgespritzt werden
würde. Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß zylinderseitig und unmittelbar
an die geschmierte Stopfbüchse 2 anschließend, d. h. nur durch die beiden
Brillen 4 und 5 getrennt, eine Abstreifvorrichtung aus federumspannten Segmentringen
6 angeordnet ist, die aus einem ölunempfindlichen, für Trockenlauf geeigneten
Werkstoff, z. B. gefälltem Polyt--trafluoräthylen, besteht. Die Seginentringe schälen
den Ölfilm so weit ab, daß ein Abspritzen von Öltröpfchen in den Gasraum sicher
verhindert wird.
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Die Segmentringe 6 sind in einer Trennkammer 7
angeordnet,
in der das durch die Segmentringe 6 abgestreifte Öl von der Kolbenstange
19 abgetrennt, gesammelt und abgeführt werden kann. Das sich in der Trennkanimer
7 sammelnde Öl fließt über den Ölabfluß 13 in den oberen Teil
der Stopfbächse 2 und von dort bei 9 aus der gezeigten Vorrichtung ab.
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Nach der Zylinderseite schließt sich unmittelbar die in Achsrichtung
flache Absaugkammer 10 für das Leckgas an, von der aus eine Verbindungsleitung
14 zur Saugleitung führt. Die Absaugkammer 10 wurde deshalb gerade an dieser
Stelle angeordnet, weil der Ölfilm hier durch die vorgeschalteten Segmentringe
6
bereits entfernt ist und daher vom Leckgasstrom nicht mehr abgerissen werden
kann. Gleichzeitig ist durch die Lage der Absaugkammer 10 sichergestellt,
daß in der Trennkammer 7, in der der Ölfilm noch verhältnismäßig dick ist,
nur eine minimale Gasströmung auftritt. An die Absaugkammer 1-0 schließt
sich die zur Abdichtung des Zylinderraumes dienende, an sich bekannte Trockenlaufpackung
11 an, deren Dichtelemente 12 auf trockener Kolbenstange gleiten und ebenfalls
aus gefülltem Polytetrafluoräthylen bestehen. Das Leckgas kann daher kein
Öl aufnehmen. Es kann vorkommen, daß auch nach der Abstreifung durch die
Segmentringe auf der Kolbenstange noch ein sehr feiner Ölfilm haftet, der allerdings
von einem Gasstrom nicht mehr abgerissen wird. Deshalb muß für die noch mit
Öl in Berührung kommenden Dichtelemente 12 der Trockenlaufpackung
11 Material verwendet werden, das bei der Berührung mit der Sperrflüssigkeit
keine erhöhte Reibung erfährt. Als solches kommt hauptsächlich gefülltes Polytetrafluoräthylen
in Frage. Die in das Polytetrafluoräthylen eingebrachten Einlagerungen können z.
B. aus Glasfasern, Glas-Pulver, Metallpulver, Graphit oder Molybdänsulfit bestehen.
An Stelle der Trockenlaufpackung 11 könnte man auch eine Labyrinthdichtung
verwenden. Diese muß aber für die gleiche Dichtwirkung länger ausgeführt werden
als die Trockenlaufpackung. Damit würde die Baulänge zwischen Lager 16 und
Zylinder und demzufolge die Radialschwingungen des Kolbens vergrößert. Deshalb ist
es zweckmäßig, auch bei Verdichtern mit Labyrinthkolben die Kolbenstange mit einer
Trockenlaufpackung abzudichten, der unmittelbar am Zylinder üblicherweise einige
Drosselringe vorgeschaltet sind. Trockenlaufpackungen haben nämlich im Gegensatz
zu Labyrinthdichtungen außerdem die Eigenschaft, in geringem Maße die radialen Schwingungen
der Kolbenstange zu dämpfen, so daß man damit einen engeren Spalt zwischen Labyrinthkolben
und Zylinder verwirklichen kann.
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Durch die Stopfbüchsenanordnung gemäß der Erfindung ist es möglich
geworden, Labyrinthverdichter unter Verwendung einer ölgeschmierten Stopfbüchse
gasdicht auszubilden, so daß die Verdichter z. B. als Kältemittelverdichter ohne
druckfestes Triebwerksgehäuse ausgeführt werden können. Als besonders vorteilhaft
hat dabei zu gelten, daß die üblicherweise für den trockenen und den ölbenetzten
Kolbenstangenteil notwendige eigene Hubstrecke weitgehend entfallen kann. Dadurch
läßt sich der Abstand zwischen dem Lager 16 der Kolbenstange 19 und
dem Zylinder verringern, was für die Laufruhe, das Kolbenspiel und damit die Labyrinthverluste
von Bedeutung ist.