DE1923294C - Labyrinthkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Labyrinthkolben, wie er als beriihrungsfrei im Zylinder arbeilender Kolben in Kolbenverdichtern verwendet wird, die auf einen hohen Enddruck verdichten sollen, d. h. Labyrinthe mit äußerst geringem Spiel zum Zylinder aufweisen. Bei Kolben dieser An wird die Berührungsfreiheit durch die sogenannte Gaslagerung erzielt, die darin besteht, daß bei exzentrischer Lage des Kolbens die in den unterschiedlich breiten Spalten zwischen Kolben und Zylinder wirkenden unterschiedlichen Gasdrücke den Kolben selbsttätig in seine zentrische Lage bringen. Bei solchen Verdichtern kann bei exzentrischer Lage des Kolbens deFall eintreten, daß durch die auf einer Seite abströmende größere Gasmenge sich die Kolbenstange einseitig erwärmt und dadurch den Kolben auslenkt, was durch die Gaslagerung nicht ausgeglichen werden kann. Es besteht somit die Gefahr einer Beschädigung der Labyrinthe durch Berühren der Zylinderwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Labyrinthkolben zu schaffen, bei dem bei exzentrischer Kolbenlage ein durch das zwischen Kolben und Zylinder strömende Leckgas bedingtes einseitiges Erwärmen der Kolbenstange verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am kolbenstangenseitigen Ende des Kolbens eine dem Leckgas einen Drall erteilende Einrichtung vorgesehen ist. Durch die drallerteilende Vorrichtung wird auf einfache We'<se ein .inseitiges Erwärmen der Kolbenstange vermieden, weil im Falle einer exzentrischen Kolbenlage das an s^ner Seite des Kolbens in größerer Menge vorbeiströmende Leckgas durch die drallerteilende Vorrichtung in Schraubenlinienform um die Kolbenstange herumgeführt wird, so daß diese über ihren ganzen Umfang gleichmäßig mit heißem Leckgas in Berührung kommt. Damit kann keine Berührung zwschen Kolben und Zylinder infolge einseitiger Erwärmung der Kolbenstange stattfinden, so daß auch eine Beschädigung der Labyrinthe des Kolbens vermieden wird.

Aus der schweizerischen Patentschrift 248 599 ist es bekannt, dem Kolben einer Kolbenmaschine während seiner Hin- und Herbewegung zusätzlich eine Drehbewegung zu erteilen, was durch einen besonderen, an der Kolbenstange angreifenden Antriebsmechanismus erfolgt, dessen Drehbewegung von der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange oder vom Kurbeltrieb abgeleitet ist. Bei dem bekannten Kolben handelt es sich um einen über mechanische Dichtungen im Zylinder gleitenden Kolben, und durch die zu überlagernde Drehbewegung soll der Verschleiß des Zylinders über dessen Umfang vergleichmäßigt werden. Abgesehen davon, daß hier das der Erfindung zugrunde liegende Problem der einseitigen Erwärmung nicht vorliegt, empfiehlt sich eine Anwendung der bekannten Dreheinrichtung auf Labyrinthkolben nicht, weil die Dreheinrichtung in ihrem Aufbau recht kompliziert ist und wegen der zusätzlichen beweglichen Teile häufige Betriebsstörungen zu befürchten sind.

Aus der deutschen Patentschrift 699 946 ist es bekannt, den Zylinder einer Dampfkolbenmaschine an bestimmten Stellen künstlich zu beheizen, um dadurch ein Verkrümmen des Zylinders auszugleichen. Ein VerkrUmmcn ist dadurch gegeben, daß die Dampfzufuhr' und -abführstutzen einseitig am Zylinder angeschlossen sind. Eine Übertragung der bekannten künstlichen einseitigen Beheizung auf die Kolbenstange eines Labyrinthkolbens, um einer einseitigen Erwärmung der Kolbenstange durch Leckgas entgegenzuwirken, ist nicht möglich, weil man im voraus nicht weiß, auf weicher Seite der Kolbenstange eine einseitige Erwärmung durch vorbei strömendes Leckgas auftreten würde.

Aus der deutschen Patentschrift 8U0 44*! ist eine Kolbendichtung fur Brennkraftmaschinen bekannt,

ίο wobei oberhalb der Dichtungsringe gegen den Kolbenboden hin ein oder mehrere Drosselricge angeordnet sind, dt/en an der Zylinderwand anliegende Fläche durchgehende Nuten aufweist, die schräg zur Zylinderachse verlaufen können. Während durch das

Anbringen der Drosselringe die Dichtungsringe entlastet werden sollen, so daß diese sich unter der Wirkung des Gasdruckes weniger fest an die Zyiinderwand anpressen und damit geringerem Verschleiß unterworfen sind, soll durch den schrägen Verlauf

so der Nuten u. a. ein Abzeichnen der Nuten auf der Zylinderwand vermieden werden, so daß sich auch deren Verschleiß verringert. Da auch hier nicht das der Erfindung zugrunde liegende Problem vorliegt, können die bekannten schräggenuteten Drosselringe kein Vorbild für die erfindungsgemäße Anordnung abgeben.

In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele du Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig.l einen Schnitt durch einen Labyrinthkolben nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Teilansicht einer drallerzeugenden Einrichtung,

Fig. 3 einen zugehörigen Schnitt und

F i g. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Labyrinthkolbens.

Gemäß F i g. 1 weist der Kolben 7 eines Kolbenverdichters eine Anzahl Dichtungsringe 20 auf. die an ihrem äußeren Umfang mit Labyrinthen versehen sind. Die Labyrinthdichtungsringe 20 wechseln mit Ringen 21 ab. die auf einer den Kolben 7 umgebenden Hülse 22 angeordnet sind und die mit Ringschultern über die Labyrinthdichtungsringe greifen und damit den Außendurchmesser der Labyrinthringe 20 bestimmen. An ihrem unteren Ende trägt die Hülse 22 einen konischen Ring 23, der im Betrieb des Verdichters in bekannter Weise zürn aerodynamischen Zentrieren des Kolbens dient.

Nahe dem oberen Ende des Kolbens ist ein geschlitzter Ring 25 vorgesehen, der auf seinem äußeren Umfang mehrere axiale Nuten 26 aufweist, die die beiden Stirnseiten des Ringes verbinden, um den oberhalb und unterhalb des Ringes herrschenden Druck auszugleichen. Außerdem sind in den Nuten 26 Löcher 30 vorgesehen, die dem Druckausgleich zwischen Innen- und Außenseite des Ringes dienen. Der Ring, der beispielsweise aus Tetrafluoräthylen (Warenzeichen Teflon) besteht, wird über eine Hülse 28 mittels einer Mutter 29 auf dem Kolben 7 axial gehalten. Der Ring 25 dient dazu, den Kotben beim

Anfahren zu führen, weil dann der Oasdruck für

eine selbsttätige Zentrierung des Kolbens noch nicht genügt.

Am unteren Ende des Kolbens 7 sind in dessen

Wand nach Schraubenlinien verlaufende Nuten 32 vorgesehen, die im Querschnitt rechteckige Form haben (F i g. 2 und 3). Durch diese Nuten 32 wird dem aus dem Kompressionsraum entweichenden und

zwischen Kolben 7 und Zylinder 10 abwärts strömenden Leckgas ein Drall erteilt, durch den das Gas nach Verlassen der Nuten 32 die Kolbenstange 6 schraubenlinienförmig umströmt (Pfeil 40 in F i g, 2), so daß die Kolbenstange 6 sich nicht einseitig erwärmen kann. Damit wird vermieden, daß der Kolben 7 wegen solcher einseitiger Erwärmung die Zylinderwand berührt, was zu Verschleiß von Labyrinthen und/oder Zylinder führen würde. Das schraubenlinienförmig die Kolbenstange 6 umströmende Gas gelangt über eine am Verdichtergehäuse angeschlossene Leitung in die Saugleitung des Verdichters zurück.

Ein gleichmäßiges Umströmen der Kolbenstange 6 wird noch dadurch gefördert, daß in Strömungsrichtung des entweichenden Gases vor den drallerteilenden Nuten 32 eine in Urnfangsrichtung des Kolbens verlaufende Verteilnut 34 im kolben 7 vorgesehen Ist, durch die das Gas gleichmäßig auf die drallerteilenden Nuten 32 verteilt wird.

Bei dem Alisführungsbeispiel nach Fig. 4 ist de>Kolben 7 massiv ausgebildet und weist in seine Mantelfläche 20' eingearbeitete Labyrinthe auf, die die Dichtfunktion zwischen Kolben und Zylinder übernehmen.

Auch dieser Kolben weist nahe seinem unteren Ende einen konischen Abschnitt 23' auf, der zur Eigenzentrierung des Kolbens dient. Am oberen Ende des Kolbens ist an Stelle des Führungsringes 25 ein weiterer konischer Abschnitt 35 vorgesehen, der ebenfalls der Eigenzentrierung des Kolbens dient. Unterhalb des konischen Abschnitts 23' ist im Kolben eine Verteilnut 34 vorgesehen, der in Strömungsrichtung des entweichenden Leckgases ein Abschnitt γπΛ drallerteilenden Nuten 32 folgt. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens, also beim Kompressionshub, strömt etwas Gas aus dem Kompressionsraum entlang der Zylinderwand 10 in die Verteilnut 34, wo es sich gleichmäßig auf die drallerteilenden Nuten 32 verteilt und danach diese mit einer DraJIbewegung behaftet verläßt, so daß die an den Kolben anschließende Kolbenstange <5 einer gleichmäßigen Erwärmung unterliegt.

Bei dem beschriebenen Verdichter befinden sich die drallerteilenden Nuten am Kolben. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, die drallerteilende Einrichtung nahe dem unteren Kolbenende an der Kolbenstange vorzusehen ζ B in Form von drallerteilenden Nuten, dm in eine entsprechende Verdickung der Kolbenstange eingearbeitet sind, oder mittels eines besonderen, drallerteilende Nuten aufweisenden Ringes, der an der Kolbenstange unter Freilassung eines Ringkanals befestigt ist.

An Stelle von in ü;t Mantelfläche vorgesehenen Nuten ist es nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch möglich, in dem von der betreffenden Mantelfläche begrenzten Abschnitt ubei den Umfang verteilt schräge Löcher vorzusehen, die dem Leckgas einen Drall erteilen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Labyrinthkolben, dadurch gekennzeichnet, daß am kolbenstangenscitigen Ende des Kolbens eine dem Leckgas einen Drall erteilende Einrichtung vorgesehen ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drallerteilende Einrichtung au>. in den Kolbenmantel eingearbeiteten, schräg zur Kolbenachse verlaufenden Nuten besteht.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben in Strömungsrichtung gesehen vor der drallerteilenden Einrichtung eine Verteilnut für das Leckgas vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen