DE2235987A1

DE2235987A1 - Kolben fuer hubkolbenmaschine, insbesondere fuer trockenlaeufer

Info

Publication number: DE2235987A1
Application number: DE2235987A
Authority: DE
Inventors: Walter Meurer
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1972-07-21
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1974-01-31
Also published as: CH555493A; GB1396230A

Description

(S 3^9) LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

S 72/037

22359B7 ²¹·⁷·¹⁹⁷²

Ulb/ho

Kolben für Hubkolbenmaschine, insbesondere für Trockenläufer

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Kolbenmasohinen, insbesondere für Trockenläufer, mit einem Kolbenmantel aus einem Material mit Notlaufeigenschaften. Derartige Kolben sind in mannigfachen AusfUhrungsformen bekannt geworden. Dabei handelt es sich um Kolben mit Dichtringen, also nicht um Kolben mit der ebenfalls bekannten Labyrinth-Dichtwirkung, weil nur bei ersteren eine nennenswerte Gleitbewegung des Kolbenmantels an der Zylinderlaufbahn stattfindet, während bei Labyrinth-Abdichtung ein berUhrungsfreier Lauf gewährleistet sein muß. '

Es ist Aufgabe der Erfindung diese beiden klassischen AusfUh-

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' , 223598?

runge formen der Kolbenabdiohtung und der Kolbenbeteging in Zylinder duroh das Aufzeigen einea neuen* Vorteile bringenden Wegee zu verlassen, wozu bei einem Kolben der vorbeaohriebenen Art vorgeschlagen wird, eine mit Labyrinth-Nuten versehene rohrförmlge Hülse aus PTFE (Polytetrafluorethylen) derart auf einen metallenen zylindrisohen Körper aufzuschrumpfen, dafl bei Betriebstemperatur nooh ein fester Sitz der Hülse auf dem Körper vorhanden ist und die Lippen der Labyrinthe eich spielfrei gleitend an die Zylinderlauffläche anschmiegen und bei niederen Temperaturen ein größeres Laufspiel und damit eine vollwirkaame Labyrinthabdlohtung ausgebildet ist.

Mit dieser kolbenringlosen AuafUhrungsform 1st erreicht, dafi alle mit Kolbenrlngaueführungsformen verbundenen Nachteile vermieden sind, wie z.B. bei ungefangenen Kolbenringen viele genau zu fertigende Einzelteile, hoher Verschleiß, daher grofle radiale Ringbreite mit dicker Kolbenaußenwand, hohem Kolbengewicht, groesen Massenkraft en bzw. bei gefangenen Kolbenringen und sogenannten gebauten Kolben großer beulloher Aufwand von besonderen, sehr komplizierten Einzelteilen mit hohen Fertigungskosten der Dichtkammer, Sprengringe usw.. Gegenüber den reinen mit Labyrinth abdichtenden Kolben mit Ihrem hohen Kostenaufwand für Kolbenstangenführung und mit dem erforderlichen genauesten Auerichten derselben, der TemperaturabhMnglgkeit der Labyrinth-AusfUhrunga-

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, formen und der Freßgefahr bei Berührung erbringt der erfindungs- ; gemäße Vorschlag bei Wegfall dieser Nachteile ganz beachtliche Vorteile durch einfachste Ausführung mit billigen und wenigen Einzelteilen in Leichtbauweise, daher geringe Massenkraft« und Materialersparnis (Spannfedern). Die Verminderung an Einzelteilen ergibt sich z.B. durch Einsparung der Einzelkolbenringe, Spannfedern, Stangenführung usw.. Außerdem ist ein einfaches Auswechseln eines verschlissenen Mantels leicht möglich, es besteht keine Gefahr durch abgebrochene oder heraustretende Spannfedern die Zylinderlaufbahn zu beschädigen oder ein Ausschlagen der Kammer durch Spannfedern zu verursachen. Es besteht eine gute, gleichmäßige Kolbenführung durch große Gleitfläohen, wodurch hohe Standzeiten bei geringer spezifischer Materialbelastung erreichbar sind. Die vorgeschlagene Lösung beruht auf den erkenntnisreichen Gedanken, daß aufgrund der starken Wärmeausdehnung von PTFE oder eines Materials einer Komposition davon eine Verwendung als endlose Kolbenringe ohne Vorspannung nicht möglich ist, Jedoch unter der Voraussetzung einer unter Vorspannung warm aufgezogenen ringförmigen Büchse die Wärmeausdehnung durch die Dehnung bei Wachsen des Umfanges durch den Schrumpfsitz kompensiert werden kann. Die erfindungsgemäße Ausführungsform j sieht demnach vor, daß ein rohrförmiges oder büchsenförmiges j Teil aus PTFE oder einer Komposition damit unter einer berechnete j Vorspannung auf den kalten Kolben aufgeschrumpft wird, dessen

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Außenfläche anschließend auf Fertigeinbaumaß bearbeitet wird. Dabei wird die radiale Wärmedehnung des PTFE-Mantels vorbestimmt unter Berücksichtigung der Wärmedehnung des Trägerelementes also des Kolbenkörpers, wobei auch die Wärmedehnung in axialer Richtung zwischen den axialen Schultern zum Halten der PTPE-Büchse gerechnet und festgelegt werden muß. In die Außenfläche der rohrförmigen PTFE-Hülse sind Labyrinth-Nuten eingestochen, die sich im betriebswarmen Zustand spielfrei gleitend an der Zylinderlauffläche anschmiegen, während sie im kalten, also vor erreichter Betriebstemperatur, ein Spiel in der Zylinderlaufbahn aufweisen, so daß sich eine Labyrinth-Dichtwirkung ergibt.

Diese Lippen der Labyrinthe können bevorzugt so ausgebildet sein, daß sie eine ausgeprägte axiale Richtungskomponente gegen die Seite des höheren Druckes aufweisen. Die Anwendung dieser Ausgestaltungsform bei einem doppelseitig arbeitenden Kolben ergibt eine günstige Weiterbildung dadurch, daß die axiale Richtungskomponente des einen Teils der Lippen in die eine axiale Richtung und die des anderen Teils der Lippen in die andere axiale , Richtung zeigen. Bei einer zweckmäßigen Bauart ist die Hülse aus

ι PTPE unter Vorspannung auf einer MetallhUlse aufgezogen, wobei J die Vorspannung so groß ist, daß noch bei Betriebstemperatur

j ein fester Sitz gewährleistet ist und dieses dermaßen gebildete Aferbundelement 1st als tragender Kolbenmantel auf einem Kolbengrund-

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körper befestigt. Es ist von besonderem Vorzug, daß zur Herstellung der den Kolbenmantel ergebenden Hülsen diese von einem röhrenförmigen Halbfabrikat ablängt sein können.

In den Figuren sind ÄusfUhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Dabei aeigen die Figuren 1 und 2 Je eine Kolbenbauart teilweise im Schnitt und die Figuren 3, 4, 5 und 6 verschiedene Labyrinthnutenausbildungen an dem Gleitmantel des Kolbens aus PTFE.

Figur 1 zeigt einen aus den Teilen 1 und 2 bestehenden, auf eine Kolbenstange 3 aufgesetzten Hubkolben in einem Zylinder 4. Dabei ist auf den zylindrischen Mantel 5 des Kolbenteils 2 eine rohr«· förmige Hülse 6 aus PTFE bzw. einer Komposition davon derart aufgezogen, daß bei Betriebstemperatur noch ein fester Sitz der Hülse 6 auf der Mantelfläche 5 vorhanden ist, d.h. die Vorspannung ist bei Normaltemperatur so hoch, daß bei Betriebstemperatur, also höherer Temperatur, immernoch so viel Vorspannung vorhanden ist, daß die Hülse auf dem Kolben festsitzt, wobei angenommen wird, daß die Ausdehnung der Hülse bei Erwärmung wesentlich größer ist als die des Kolbenteils 2. Wegen der hervorragenden Trockenlaufeigenschaften des Werkstoffes der Hülse 6 kann bei Betriebstemperatur die Hülse 6 so gut wie spielfrei.in der Zylinderlaufbahn 4 gleiten und somit die beiden Kolbenseiten, z.B.

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Hubräume 7 und 8, voneinander abdichten. Unterhalb der normalen Betriebstemperatur 1st die Wärraeausdehnung der Hülse 6 und auch des Kolbenteils 2 kleiner, so daß zwischen der Oberfläche der Hülse 6 und der Zylinderlaufbahn 4 ein Laufspiel entsteht, wodurch ein Ringspalt gebildet wird, der sich zwischen den Hub« räumen 7 und 8 erstreckt. Damit auch bei diesem Betriebszustand eine Abdichtung erreicht wird, sind in die Hülse mehrere Nuten 9, 10, 11, 12, 13, 14, 13 eingearbeitet, die eine wirksame Labyrinthabdichtung ergeben. Die Lippen der Labyrinthe 9 bis 11, bzw. 13 bis 15 sind mit einer ausgeprägten axialen Richtungskomponente gegen die jeweilige Kolbenseite des höheren Drucks, also gegen die Hubräume 7 bzw. 8 ausgebildet, wodurch eine besonders gute Wirkung erzielbar ist.

Figur 2 zeigt einen aus den Teilen 2Γ und 22 bestehenden und auf einer Kolbenstange 23 befestigten Kolben in einer Zylinderlaufbahn 24, der in seinem Inneren 25 hohl ausgebildet 1st, wodurch sich eine vorteilhafte Gewichtseinsparung ergibt. Bei dieser AusfUhrungsform ist die Hülse 26 aus PTFE unter Vorspannung auf eine Metallhülse 27 aufgeschrumpft, die gleichzeitig die Stelle dea fehlenden Kolbenmantels am Kolben einnimmt. Die Vorspannung ist so groß, daß noch bei Betriebstemperatur ein fester Sitz gewährleistet ist. Dieses aus den Teilen 26 und 27 gebildete Verbundelecent kann in besonders zweckmäßiger Welse zu seiner

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Herstellung von einem röhrenförmigen Halbfabrikat abgelängt sein. '! In die Oberfläche der Hülse 26 -die nicht gekreuztschraffierte

|. Fläche- sind ebenfalls Labyrinthnuten eingeschnitten, die ver-

schieden ausgebildet sein können, wie das beispielsweise in den Figuren 3 bis 6 dargestellt ist.

Figur 3 zeigt Nuten 31 mit quadratischem Querschnitt und die Befestigung des aus einer Hülse 32 aus PTFE und einer Metallhülse 33 bestehenden Verbundelements mittels über den Umfang verteilt
angeordneten Schrauben 34 am Mantel 35 des Kolbengrundkörpers.
IiDadurch können die Anschlagbunde 18, 19 gemäß Flg. 1 bzw. 28, 29 I gemäß Fig. 2 entfallen, da das Verbundelement mittels der Schrau-

ben 34 auch in axialer Richtung des Kolbens gehalten ist, -

Figur 6 zeigt eine Ausbildung des Kolbenmantels 61 mit Feinstge-I' winderillen auf seiner Oberfläche, auf die eine Hülle 62 aus PTFE j; aufgeschrumpft ißt, die sich demzufolge auch in axialer ßichtung nicht verschieben kann, so daß ebenfalls auf die Bunde 63 und 64 zur axialen Begrenzung zu verzichten ist, wodurch sich die Anordnung vereinfacht.

5 Patentansprüche
2 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Ulb/ho Patentansprüche

Kolben für Hubkolbenmaschine, insbesondere für Trockenläufer, mit einem Kolbenmantel aus einem Material mit Notlaufeigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Labyrinthnuten (9 bis 15, 31) versehene, rohrförmige Hülse (6, 26, 32, 62) aus PTFE (Polytetrafluoräthylen) bzw. einer Komposition davon derart auf einen metallenen, zylindrischen Körper (2, 27, 3,3, 31) aufgeschrumpft ist, daß bei Betriebstemperatur noch ein fester Sitz der Hülse (6, 26, 32, 62) auf dem Körper vorhanden 1st und die Lippen der Labyrinthe sich spielfrei gleitend an die Zylinderlauffläche (4, 24) anschmiegen und bei niederen Temperaturen ein größeres Laufspiel und damit eine wirksame Labyrinthabdichtung gegeben ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen der Labyrinthe eine ausgeprägte axiale Richtungskomponente gegen die Seite des höheren Drucks (Hubraum 7 oder 8) aufweisen.
3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Richtungskoraponente des einen Teils der Lippen in

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die eine axiale Richtung und des anderen Teils der Lippen in die andere axiale Richtung zeigt.
4. Kolben nach Anspruch 1, 2 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß. die Hülse aus PTFE unter Vorspannung auf eine Metallhülse (2?, 33) aufgezogen ist, wobei die Vorspannung so groß ist, daß diese noch bei Betriebstemperatur einen festen Sitz gewährleistet und dieses Verbundelement als tragender Kolbenmantel auf einem Kolbengrundkörper (21, 22; 35) befestigt ist
5. Herstellungsverfahren für einen Kolben nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolbenmantel ergebende Hülse (6, 26, 32, 62) von einem röhrenförmigen Halbfabrikat abgelängt ist.

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