DE1942077C3

DE1942077C3 - Rollmembranabdichtung

Info

Publication number: DE1942077C3
Application number: DE19691942077
Authority: DE
Inventors: Gregorius Theodorus Maria Eindhoven Neelen (Niederlande); Hans Joachim 8906 Gersthofen Siebert
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG; Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: MAN AG; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-08-19
Filing date: 1969-08-19
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE1942077A1; DE1942077B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rollmembranabdichtung zwischen einer Stange und einem relativ axial zu diesem beweglichen Maschinenelement, insbesondere zwischen der Kolbenstange und der darin bewegbaren Verdrängerstange einer Heißgaskolbcnmaschinc, die einen Gasraum von einem die Unterstützerflüssigkeit für die Rollmembrune beinhaltenden Raum trennt.

Abdichtungen der obcnbcschriebencn Art sind bekannt und worden in all denjenigen Fällen verwendet, in denen eine hermetische Abdichtung des Gasraumcs erwünscht ist. Dies ist beispielsweise bei Hcißgaskolbenmaschinen der Fall, wo einerseits das Wcglccken vom Medium aus dem Arbeitsraum vermieden und andererseits eine Zuführung von Schmicrflüssigkcit zum Arbeitsraum unterdrückt werden muß. Die durch Flüssigkeit unterstützte Rollmembranabdichtung entspricht diesen zwei Anforderungen. Die Rollmembran kann, obwohl sie sehr dünn ist, dabei durch die Flüssigkeitsunierstüt/.ung dennoch gegen hohe Drücke abdichten. Dabei sind Mittel vorhanden, die einen konstanten Druckunterschied von einigen Atmosphären an der Rollmembran aufrechterhalten. Dadurch wird die Rollmembran keinen Längenänderungen ausgesetzt sein, so daß eine lange Lebensdauer der Rollmembran gewährleistet ist.

Die Rollmembran ist in einem Spalt /wischen der Stange und dem diese umgebenden Element angeordnet. Es hat sich herausgestellt, daß es Für eine lange Lebensdauer der Rollmembran äußerst wichtig ist, daß der ringförmige Spalt, in dem die Rollmembran angeordnet ist, über seinen ganzen Umfang dieselbe Breite hat. Wenn die Spaltbreit«.· örtlich größer ist als an anderen Stellen wird infolge des an der Rollmembran herrschenden Druckunterschiedes die Spannung in der Rollmembran an jener Stelle größer :,ein als anderswo, so daß die Rollmembran dort mehr gedehnt wird. Dies führt schon bald zum Bruch. Damit die Spaltbreite gleichmäßig ist, müssen die Stange und das sie umgebende Gehäuse oder andere Element genau konzentrisch zueinander angeordnet sein.
Besonders in denjenigen Fällen, wo sowohl die Stange als auch das umgebende Element bewegbar sind und an verschiedenen Stellen in der Vorrichtung, von der sie einen Teil bilden, geführt sind, wird durch Toleranzaufbau, exzentrische Befestigung oder durch exzentrischen Verschleiß der Stange und des umgebenden Elementes die Konzentrizität der Stange und den umgebenen Elementes nicht mehr gewährleistet sein. Dies tritt insbesondere bei Heißkolbenmaschinen des Verdrängertyps auf, wo die Verdrängerstange in der Kolbenstange bewegbar und im Spalt dazwischen eine Rollmembranabdichtung verwendet ist. Die Kolbenstange wird dabei einerseits in einer Durchführung der Wand des Arbeitsraumes und andererseits durch den Kolben im Zylinder geführt. Die Verdrängerstange ist einerseits in der Kolbenstange und andererseits durch den Verdränger im Zylinder geführt. Es dürfte einleuchten, daß es bei einer derartigen Bauart durch die obengenannten Ursachen leicht passieren kann, daß die Verdrängerstange nicht genau konzentrisch in der Kolbenstange geführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Aufrechterhaltung der Dichtheit die Rollmembranbcfcsligung innerhalb der Buchse zentriert zu führen, um Überbelaslungen der Membran zu vermeiden, die dadurch entsteht, daß die Stange gegenüber dem Maschinenelement exzentrisch läuft, wobei die zwischen der St;<nge und dem Element vorhandene Rollmembran immer längs gegenüber einander genau konzentrisch angeordneter Oberflächen abrollt und die Spalte zwischen diesen Oberflächen über ihren ganzen Umfang dieselbe Breite aufweisen, so daß die Spannung in der Rollmembran über ihren ganzen Umfang gleich groß ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zwischen der Stange und dem Maschinenelement eine auf der Stange zentriert geführte Buchse angeordnet ist, die gegenüber dem Maschinenelement abgedichtet und radial verschiebbar axial annähernd unverschiebbar geführt ist und die Rollmembran zwischen der Stange und der Buchse angeordnet ist.

Da die Buchse selbst nun zentrierend auf der Stange angeordnet ist, spielt eine etwaige Exzcntriziläl zwischen der Stange und dem Element keine Rolle mch,-, so daß immer eine über den ganzen Umfang gleiche Spallbrcitc des Spaltes, in dem die Rollmembran wirksam ist, gewährleistet ist. Dies fördert die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Abdichtung.

Bemerkt sei noch, daß es aus der DE-GbmS 17 81 647, der US-PS 24 13 671 und der GUI'S 12 10 662 an sich bekannt ist, bei Gleitringdichtungen zur Vermeidung von Undichtheiten und einseitiger Belastung die Dichtriiigc in einer auf der Stange der Welle zentrierten Buchse anzubringen, wobei die Buchse abgedichtet und radial beweglich jedoch axial annähernd unverschiebbar im äußeren Maschinenteil gehalten ist.

Da die Buchse gegenüber dem sie umgebenen Element stillsteht, kann die Abdichtung zwischen der Buchse und dem Element beispielsweise mit Hilfe von O-Ringen oder anderen packungsartigen Abdichtungen

h erhalten werden.

Bei einer günstigen Ausführiingsform ist jedoch auch die Abdichtung zwischen der Buchse it.itl dem Maschinenelement durch eine Flüssigkeit unterstützte

Rollmembran gebildet. Dies gewährleistet eine hermetische Abdichtung. Etwaige Exzentrizität der Buchse und des umgebenden Elementes zueinander spielt in diesem Fall eine weniger große Rolle, wel· bei dieser Abdichtung die Rollmembran nicht ständig abrollt.

Bei dieser Ausführungsform ist es weiter nach der Erfindung günstig, von den durch Rollmembranen voneinander getrennten Gas- und Flüssigkeitsräumen, alle Gasräume und auch alle Flüssigkeitsräume untereinander zu verbinden. Dies ergibt eine wesentliche Ersparnis an Mitteln, die zur Regelung des konstanten Druckunterschiedes an der Rollmembran erforderlich sind.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Teil eines Heißgaskolbens mit der Rollmembranabdichtung,

Fig.2 die Rolimembranabdichtung in einfacher Ausbildung.

In Fig. 1 ist schematisch und nicht maßgerecht ein Teil eines Heißgasmotors dargestellt, welcher Teil im wesentlichen den Kolben mit Kolbenstange umfaßt. Ein Kolben I ist mittels einer Kolbenstange 2 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden, desgleichen ein Verdränger 3 über eine Verdrängerstange 4. Unter dem Kolben 1 befindet sich ein Pufferrauni 5 eines derartigen Volumens, daß das darin vorhandene Medium infolge der Volumenänderungen durch den Kolben 1 nahezu keine Druckänderungen erfährt. Zwischen dem Kolben 1 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6, der über einen Kühler 7, einen teilweise dargestellten Regenerators und einen nicht dargestellten Erhitzer mit einem ebenfalls nicht dargestellten Expansionsraum über dem Verdränger 3 verbunden ist.

Die Kolbenstange 2 ist einerseits an der Stelle 9 in der Wand des Puffcrraums 5 und andererseits durch den Kolben 1 in seinem Zylinder geführt. Die Abdichtung zwischen der Kolbenstange 2 und der Wand des Pufferraunis ist durch eine durch Flüssigkeit im Raum 11 unterstützte Rollmembran 10 gebildet.

Die Vcrdrängeist;:nge 4 ist durch das Innere der Kolbenstange 2 geführt. Dabei wird die Verdrängcrstangc 4 einerseits an der Stelle 12 in der Kolbenstange •ind andererseits durch den Verdränger 3 im Zylinder geführt. Es dürfte einleuchten, daß es äußerst schwierig ist, die Verdrängerstange 4 genau zcntrisch in der Kolbenstange 2 einzustellen. Das bedeutet daher, daß bei Anordnung einer Rollmembran in einem Spalt /wischen der Kolben- und Verdrängersiange diese Rollmembran örtlich schwerer belastet wird als an anderen Stellen, was ihre Lebensdauer beeinträchtigt. Damit dies vermieden wird, sind folgende Maßnahmen getroffen worden.

Um die Verdrängerstange 4 ist eine Buchse 13 angeordnet, die an djr Stelle 14 un-J 15 direkt auf der Verdrängerstange zentriert ist. Zwischen den Zentrierstellcn 14 und 15 ist der Innendurchmesser der Buchse 13 größer als der Durchmesser der VerdrängersU'iige 4. In dem dadurch entstandenen Spalt ist eine Rollmembran 16 angeordnet. Die Biu! 13 tragt weiter einen eo Flüssigkcilszuführungsring I/, der dem Raum 18 unter der Rollmembran 16 Flüssigkeit zuführt. Die Buchse 13 ist in eine Ausnehmung 19 in der Kolbenstange 2 aufgenommen und durch einen Anpreßring 40 darin derart eingeschlossen, daß die Buchse 13 gegenüber der e>5 Kolbenstange keine Axialbewegung durchführen kann. Der Außcndurchmesscr der Buchse 13 ist kleiner als dei Durchmesser der Ausnehmung 20. Im Spalt zwischen der Buchse 13 und der Kolbenstange 2 ist als weitere Abdichtung eine Rollmembran 20 angeordnet. Der Raum 21 unter der Rollmembran 20 ist über eine Öffnung 22 mit dem Flüssigkeitsraum 18 unter der Rollmembran 16 verbunden und über eine öffnung 22' ist dieser Raum auch mit dem Raum 11 unter der Rollmembran 10 verbunden. Eine O-Ri::gabdichtung 41 sorgt dafür, daß keine Flüssigkeit aus dem Raum 21 weglecken kann.

Der Raum 23 über der Rollmembran 16 ist über eine Öffnung 24 mit dem Raum 25 über der Rollmembran 20 verbunden, welcher Raum seinerseits über die Öffnung 26 mit dem Pufferraum 5 verbunden ist. Auf diese Weise herrscht in den Gasräumen über den Rollmembranen 10,16 und 20 derselbe Druck und daher wird auch in den Flüssigkeitsräumen 18, 21 und 11 derselbe Druck herrschen können. Das bedeutet, daß mit nur einer Regelvorrichtung 27 der Druckunterschied an den betreffenden Rollmembranen regelbar ist. Diese Regelvorrichtung 27 enthält zwei Räume 28 und 29, von denen der erste sich über die Leitung 30 an den Pufferraum und die zweite über die Leitung 31 an den Flüssigkeitsrauni 11 anschließt. Die zwei Räume 28 und 29 sind durch eine Membran 32, die unter Spannung einer Feder 33 steht und eine Klappe 34 trägt, welche die Flüssigkeitsabführungsleitung 35 mehr oder weniger freigibt, getrennt.

Es dürfte einleuchten, daß durch die direkte Zentrierung der Buchse 13 auf der Verdrängersiange 4 die Rollmembrane 16 η·ιη in einem Ringspalt tätig ist. der so genau wie nur möglich überall dieselbe Breite aufweisen wird. Auf diese Weise ist die Gefahr vor örtlichen Aussacken der Rollmembran völlig ausgeschaltet. Der Spalt, in dem die Rollmembran 20 tätig ist, kann eine gewisse Breitenänderung aufweisen, aber da die Buchse 13 und die Kolbenstange 2 sich nicht gegeneinander bewegen, steht die Rollmembran 20 siill, so daß der Spaltbrcitcnunterschicd hier viel weniger die Lebensdauer der Membran beeinträchtigen wird.

In der einfachen Form ist die Abdichtung abermals in Fig. 2 dargestellt, wobei die Teile möglichst mit den entsprechenden Ziffern aus F i g. 1 angedeutet sind. Eine Stange 4 ist in einem Gehäuse 2 bewegbar. Auf der Stange 4 ist eine Buchse 13 an der Stelle 14 und 15 direkt zentriert. Im Spalt zwischen der Buchse 13 und der Stange 4 ist eine Rollmembran 16 angeordnet, die einen Gasraum 23 von einem Flüssigkeitsraum 18 trennt. Durch einen Zuführungsring 17 wird dem Raum 18 Flüssigkeit zugeführt. Die Buchse 13 ist in eine Ausnehmung 19 im Gehäuse 2 aufgenommen und in dieser Ausnehmung durch den Schließring 40 derart eingeschlossen, daß die Buchse keine axiale Bewegung gegenüber dem Gehäuse durchführen kann. Im Spalt zwischen der Buchse 13 und dem Gehäuse 2 ist eine Rollmembran 20 angeordnet, die den Gasraum 25 vom Flüssigkeitsraum 18 trennt. Die beiden Gasräume 23 und 25 sind durch die Öffnung 26 miteinander und über die Leitung 30 mit dem Raum 28 in der Regelvorrichtung 27 verbunden. Die Flüssigk^itsräunic 18 und 19 sind ebenfalls durch die Öffnung 22 untereinander und über die Leitung 31 mit dem Raum 29 in der Regelvorrichtung 27 verbunden.

Pie Wirkungsweise dieser Vorrichtung dürfte aus dem Obenstchenden klar sein. Auch hier ist gewährleistet, daß die Rollmembran 16 immer in einem Spalt tatig ist, dessen Breite überall gleich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rollmembranabdichtung zwischen einer Stange und einem relativ axial zu diesem beweglichen Maschinenelement, insbesondere zwischen der Kolbenstange und der darin bewegbaren Verdrängerstange einer Heißgaskolbenmaschine, die einen Gasraum von einem die Unterstützerflüssigkeit für die Rollmembrane beinhaltenden Raum trennt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stange (4) und dem Maschinenelement (2) eine auf der Stange zentriert geführte Buchse (14) angeordnet ist, die gegenüber dem Maschinenelement abgedichtet und radial verschiebbar jedoch axial annähernd unverschiebbar geführt ist, und die Rollmembrane (16) zwischen der Stange und der Buchse angeordnet ist.

2. Rollmembranabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Abdichtung zwischen der Buchse (14) und dem Maschinenelement (2) durch eine durch Flüssigkeit unterstützte Rollmembran (20) gebildet ist.

3. Rollmembranabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den zur Abdichtung gehörenden paarweise durch eine Rollmembran voneinander getrennten Gas- und Flüssigkeitsräumen alle Gasräi>me und auch alle Flüssigkeitsräume untereinander verbunden sind.