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Kolben für Gasverdichter Bei Verdichtern, die zur Vermeidung der Verunreinigung
des Fördermittels durch Schmieröl, Fette od. dgl. ohne Schmierung der Zylinderfläche
arbeiten müssen, werden in der Regel Kolbenringe aus Kohlegraphitmischungen verwendet,
die einer Schmierung nicht bedürfen. Der Kolbenkörper solcher ohne Schmiermittel
betriebener Verdichter muB zuverlässig daran gehindert werden, an der Zvlinderwand
anzuliegen, da sonst infolge des Fehlens jeder Schmierung beim Gleiten von Gußeisen
auf Gußeisen Anfressungen auf der Zylinderwand zu erwarten wären. Man ordnet daher
bei der Benutzung von Kohlegraphitringen neben den federnd an die Zylinderwand angedrückten
Dichtungsringen zum Umfang des Kolbenkörpers genau konzentrisch liegende Tragringe
an, welche entweder in den Kolbenkörper eingegossen sind oder unverrückbar festgeklemmt
werden. Allen diesen Ausführungen ist gemeinsam. daß neben der Anordnung der unvermeidlichen
Dichtungsringe in der notwendigen Anzahl besondere Tragringe aus Kohlegraphitmischungen
unumgänglich notwendig
sind, die bei liegenden Zylindern den Kolbenkörper
tragen, bei stehender Zylinderanordnung als Führungsringe dienen.
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Erfindungsgemäß wird die Kolbenlänge bei solchen Verdichtern dadurch
weitgehend verringert, daß sowohl zum Tragen: des Kolbens bzw. zu seiner zentrischen
Führung als auch zum Abdichten ein und dieselbe Art von Ringen verwendet werden,
d. h. also, daß die Dichtungsringe die Funktion der Tragringe mit übernehmen.
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Man könnte auf den Gedanken kommen, die fest eingespannten Tragringe
aus Kohlegraphit auch zum Abdichten. heranzuziehen. Dieser Weg ist deshalb nicht
gangbar, weil der durch die unvermeidbare Abnutzung entstehende Ringspalt zwischen
Tragring und Zylinderwand nicht ausgeglichen, also nicht abgedichtet werden kann.
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Die Erfindung geht davon aus, daß es zur Erreichung einer zuverlässigen
Abdichtung notwendig ist, die Dichtungsringe federnd an die Zylinderwand anzudrücken.
Um mit diesen Dichtungsringen in ihrer Funktion als Tragringe auch eine zentrische
Führung des Kolbens zur Zylinderwand sicherzustellen, ist eine federnde Andrückvorrichtung
notwendig, welche den mehrteiligen Kohlegrap.hitring genau konzentrisch zum Kolbenkörperumfang
der Abnutzung entsprechend ausweitet.
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Die Erfindung macht sich zu diesem Zweck eine bekannte Anordnung zunutze,
bei welcher zum federnden Andrücken nur der metallischen Dichtungsringe axial spreizbare
Kegelringpaare vorgesehen sind. Diese bekannte, Anordnung erfüllt den angestrebten
Zweck jedoch nur unvollkommen und ist für Kohlegraphitkolbenringe ungeeignet, da
dort die metallischen Dichtungsringe zwar mit mindestens einer Kegelfläche auf einem
axial federnden Kegelring aufliegen, die Gegenfläche am Kolben jedoch radial verläuft.
Dadurch wird einerseits ein relativ großer Weg für das federnd spreizbare Kegelring-paar
notwendig, andererseits ist eine unnötig große Reibung zwischen der Stirnfläche
des Kolbenringes und der radialen Wand des Kolbenkörpers bzw. des Kolbendeckels
unvermeidlich. Gemäß der Erfindung laufen die Kolbenringe aus Kohlegraphitmischungen
an Kegelmantelflächen des Kolbenkörpers auf, deren Kegelwinkel ebenso groß ist wie
der Kegelwinkel der spreizbaren Kegelrin.gpaare.
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Es ist zwar bekannt, metallische Dichtungsringe an Kegelmantelflächen
des Kolbenkörpers auflaufen zu lassen, doch sind die bei diesen bekannten Anordnungen
vorgeschlagenen Einrichtungen zum Andrücken der metallischen Dichtungsringe an die
Zylinderwandungen für die Verwendung bei Kohlegraphitringen unbrauchbar.
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Bei der einen der bekannten Vorrichtungen sind zwei Kolbendeckelringe
derart angeordnet, daß sie unter Einwirkung des Dampfdruckes im Zylinder über Kegelflächen
die Kolbenringe gegen Kegelflächen des Zylinderkörpers andrücken und so radial nach
außen spreizen. Eine Sperrvorrichtung verhindert, daß beim Nachlassen des Dampfdruckes
auf die Stirnflächen des Kolbens die axial bewegliehen Kolbendeckelringe zurückweichen
können und damit die Kolbenringe im Durchmesser kleiner werden lassen. Die Kolbenringe
werden also bei dieser bekannten Anordnung zwar in engen Grenzen: federnd angedrückt,
nämlich in. den. Grenzen der Weglänge eines Sperrzahnes, sie können aber bei nicht
genau zylindrischer Ausbohrung des Verdichterzylinders an Stellen etwas kleineren
Durchmessers nicht mehr federnd nachgeben, so daß an solchen Stellen sich der Kolben
festklemmt. Damit ist aber der Hauptzweck der federnden. Dichtungsringe, gleichgültig
ob aus Kohlegraphitmischung oder aus Metall, unerreichbar.
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Bei der anderen dieser beiden bekannten Vorrichtungen wird bei einem
relativ langen Tauchkolben das, Andrücken der Kolbenringe an die Zylinderwand durch
eine um den Kolbenkörper gewickelte schlauchförmige Zugfeder bewirkt, durch `,velch-e
kegelige Schraubringe über ein Gewinde auf die Dichtungsringe zubewegt werden, wobei
die metallischen Dichtungsringe an Kegelflächen des Kolbenkörpers bzw: eine Abschlußmutter
auflaufen. Diese Anordnung hat zunächst den Nachteil, daßi sie in ihrer Anwendung
auf Kolbenringe eine Baulänge des Kolbens bedingt, die noch größer ist, als wenn
neben Dichtungsringen besondere Tragringe angeordnet werden. Dann aber :st die Federwirkung
auch bei relativ steilen Gewinden: so gering, daß, insbesondere bei höheren. Kolbengeschwindigkeiten.,
die Dichtungsringe mit ihrer Ausdehnung und Zusammenziehung den geringen- Durchmesseränderungeni
des Zylinders nicht rasch genug zu folgen vermögen. Schließlich aber ist die frei
auf dem Kolbenkörper aufliegende lange Schraubenfeder Verunreinigungen und den hohen
Temperaturen weit mehr ausgesetzt als eine im Innern des Kolbenkörpers untergebrachte
Federanordnung. Bei der Anwendung auf Kohlegraphitkolbenringe wäre durch die träge
Nachgiebigkeit dieser Federeinrichtung mit einer raschen Zerstörung der Dichtungsringe
zu rechnen.
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Bei der Benutzung von axial spreizbaren Kegelringpaaren zum federnden
Andrücken der mehrteiligen Kohlegraphitringe, wobei diese Ringe an Kegelmantelflächen
gleichen Winkels -des Kolbenkörpers auflaufen, ist einerseits bei geeigneter Wahl
des Kegelwinkels, der etwa bei q.5'° liegt, eine ausreichende federnde Anpassung
der Kohleringsegmente an die Unebenheiten des Zylindermantels vorhanden, andererseits
baut ein solcher Kolbenkürzer, als einer der bekannten mit besonderen Tragringen
neben den Dichtungsringen, und schließlich gewährleistet diese Art der federnden
Andrückung der Kohlegraphitringe doch eine genügende Starrheit, um das, Kalbengewicht
ohne Zusammendrückung der Spreizfedern aufnehmen zu können.
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Diese zugleich als Tragringe dienenden mehrteiligen Dichtungsringe
bilden im Querschnitt in an sich bekannter Weise gleichschenklige Dreiecke mit abgestumpften
oder abgeflachten: Ecken, deren Grundlinien die Gleitflächen der Kolbenringe auf
der Zylinderwand bilden.
Um die Kohlegraphitringsegmente sicher
und unbeschädigt mit dem Kolben in den Zylinder einführen zu können, werden erfindungsgemäß
der Kolbenkörper bzw. der Kolbendeckel und die axial spreizbaren Kegelringe zum
federnden Andrücken der mehrteiligen Kohlegraphitringe mit Einrichtungen zum Entspannen
der Spreizfedern versehen. Diese können in einfachster Weise in Gewindebohrungen
und Durchgangsbohrungen in den Spreizringen sowie in Gewindebohrungen wesentlich
größeren Durchmessers im Kolbenkörper bestehen, welche im Betriebszustand des Kolbens
durch Schraubdeckel od. dgl. verschließbar sind. Zum Entspannen der Spreizfedern
werden zunächst in die großen Gewindebohrungen des Kolbenkörpers Hohlschrauben eingeschraubt:
und durch diese hindurch sowie durch die konzentrisch hierzu liegenden Bohrungen
in den Spreizringen entsprechend längere Kopfschrauben. Durch entsprechendes gleichmäßiges
Anziehen sowohl der Kopfschrauben wie der Hohlschrauben. werden die beiden Hälften
jedes axial spreizbaren Kegelringpaares aneinandergelegt und dabei in eine solche
Mittelstellung gebracht, daß die beiden zugehörigen Kohlegraphitringe so weit zusammengeschoben
«erden können, daß die zylindrischen, Gleitflächen der Kohleringe den Kolbenkörperumfang
nicht mehr überragen. Das Einführen des in dieser Weise vorbereiteten Kolbens geschieht
dann in üblicher Weise mittels. um den Kolbenumfang lose herumgelegten Blechmantels,
um ein Herausfallen. der Kohleringsegmente während des Einführens des Kolbens zu
verhindern.
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Um mit einer möglichst geringen Anzahl hintereinander angeordneten
Kohlegraphitringen dieser Art auszukommen, also trotz des, Wegfallens besonderer
Tragringe eine noch weitgehende Verkürzung der Kolbenbaulänge zu ermöglichen, werden
erfindungsgemäß die Kohleringsegmente an ihren Stoßstellen in der Weise in drei
Zungen bzw. Aussparungen unterteilt, daß im äußeren breiten Teil des Ringquerschnitts
zwei Zungen entgegengesetzt gerichtet -neben- und aneinanderliegen und im inneren
engen Teil eine dritte Zunge die beiden anderen in Umfangsrichtung überragt, so
daß die Stoßstelle sowohl nach den Räumen vor und hinter dem Ring als auch nach
dem im Kolben liegenden Raum völlig abdichtet.
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Besonders vorteilhaft in bezug auf die Abnutzung des Ringes ist es,
die Abflachung der Ecken des g eichschenkligen dreieckigen Querschnittes
der 1
Ringe derart vorzunehmen, daß ein sechskantiger Querschnitt entsteht,
bei welchem die an die Grundlinie des gleichschenkligen Dreiecks grenzenden Flächen
senkrecht zu dieser Grundlinie liegen und die Abflachung der Spitze des Dreiecks
parallel zur Grundlinie verläuft. Die Trennfugen in Umfangsrichtung des. Ringes
zwischen den drei Zungen werden am vorteilhaftesten so angeordnet, daß sie auf den
drei Gleitflächen des Ringes senkrecht oder annähernd senkrecht stehen. Wichtig
ist, daß die Berührungsfugen zwischen den beiden außen nebeneinanderliegenden Zungen
einerseits und der dritten innenliegenden Zunge andrerseits so in die kegelign Gleitflächen
des Ringes münden, daß diese Berührungsfugen, stets von den Kegelflächen der axial
spreizbaren. Kegelringe bzw. des Kolbenkörpers oder Deckels überdeckt werden. Die
Berührungsfuge zwischen den beiden nebeneinan.derlieäenden äußeren Zungen mündet
senkrecht in die an der Zylinderwand anliegende Gleitfläche des Ringes.
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des neuartigen
Kolbens beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch
einen Teil des Kolbens mit zwei Kohlegraphitringen und, eingesetzten Schrauben zum
Entspannen: und. Zusammenlegen des axial spreizbaren Kegelringpaares, Abb. 2 den
gleichen Längsschnitt bei freigeben der Feder und verschlossener Gewindeöffnung
im Kolbenkörper, Abb. 3 eine Ansicht der Kolbenstirnseite mit den Gewindebohrungen
für die Entspannungsvorrichtung der Spreizringe, Abb.4 eine Draufsicht auf die Umfangsgleitfläche
einer Stoßstelle zweier Kohleringsegmente, Abb. 5 den Querschnitt durch die Stoßstelle
in der Schnittebene a-a, Abb.6 den Querschnitt durch die Stoßstelle in der Schnittebene
b-b, -
Abb. 7 einen. Längsschnitt durch einen Teil des Kolbens mit einem andersartigen
axial spreizbaren Kegelring paar, Abb. 8 eine Draufsicht auf das Innere der einen
Kolbenhälfte nach Abb. 7 mit eingelegter Spreizringhälfte und Schlauchfeder, Abb.
9 einen Längsschnitt durch einen Teil des Kolbens mit einem andersartigen axial
spreizbaren Kegelringpaar, Abb. io eine Draufsicht auf das Innere der ,einen Kolbenhälfte
nach Abb.9 mit eingelegter Spreizringhälfte und ringförmiger gewellter Blattfeder.
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In eine entsprechende ringförmige Aussparung der beiden gleichartigen
Kolbenhälften i und 2 ist ein Kegelringpaar 3, ¢ eingelegt, welches durch mehrere
gleichmäßig verteilte Schraubendruckfedern 5 gespreizt wird. Die beiden Kolbenhälften
i, 2 sind an ihrem äußeren Umfang unter dem Winkel a kegelig nach innen abgeschrägt
und .ebenso die beiden Kegelringe 3 und 4, an den diesen kegeligen Abschrägungen
6, 7 entsprechenden gegenüberliegenden Stellen 8, 9, und zwar unter dem gleichen
Winkel. Je nach dem Gewicht des Kolbens, der Stärke der Spreizfedern und den Gleit-
und. Festigkeitseigenschaften, der Kohlegraphitringe io, ii wird der Winkel der
vier einander gegenüberliegenden Flächen 6, 7, 8, 9 mehr oder weniger von 45° abweichen.
Der Winkel kann dabei größer oder kleiner als 45° werden.
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Um den Kolben mit den, Kohlegraphitringen im entspannten. Zustande
in den Zylinder einführen zu können, erhält der Kegelring 3 konzentrisch zu den
Schraubendruckfedern 5 Gewindebohrungen 12 und der andere Kegelring 4 an den gegenüberliegenden
Stellen
Durchgan gsbohrungen 13. Die Kolbenhälfte 2 erhält kornzentrisch zu diesen Bohrungen
eine Ringreihe größerer Gewindebohrungen 14. Beim Entspannen des Kegelring paares
3, 4 werden durch die Bohrungen 13 und 14 Schrauben 15 hindurchgesteckt und in die
Gewindebohrungen 12 eingeschraubt, nachdem zuvor in die Gewindebohrungen 14 Hohlschrauben
16 eingeschraubt worden sind.. Durch entsprechendes Anziehen der beiden Schraubenrin.greihen
15 und 16 werden die beiden Teile des Kegelring paares 3, 4 aufeinander zu bewegt,
bis sie aneinanderliegen.. Dadurch wird der Raum zwischen den. Kegelflächen 6, 8
und 7, g am größten, so daß mit Hilfe des Blechmantels. zum Einführen. des Kolbens
die Kohlegraphitringe vollständig oder nahezu vollständig in die dreieckigen Ringräume
hineingedrückt werden können. Während des Betriebes werden die Gewindebohrungen
14 durch passende Gewindedeckel 17 verschlossen (Abb. 2).
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Die Stoßstelle der Kohleringsegmente weist drei Zungen i8,
19. 2o auf, die in entsprechende Aussparungen des gegenüberliegenden Ringendes
hineinpassen. Die Berührungsfugen 21, 22 zwischen den außenliebenden, Zungen 18
und 1g einerseits sowie der innenliegenden Zunge 2o andererseits münden annähernd
rechtwinklig etwa in der Mitte der Gleitfläche 23, 24, welche mit den Kegelflächen
6, 7, 8, g zusammenarbeiten. Diese neue Art des Zungenverschlusses gewährleistet
ein völliges Abdichten.
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Die Ecken des Dreiecksquerschnitts der Kohlegraphitringe werden vorteilhafterweise
derart abgeflacht, daß die an die Grundlinie grenzenden Flächen 45, 46 senkrecht
zur Grundlinie 44, und die Abflachung 47 der Spitze des Dreiecks parallel zur Grundlinie
44 verlaufen. so daß ein sechskantiger Querschnitt entsteht.
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An Stelle von Schrailbendruckfedern können zum Spreizen. der Kegelringpaare
z. B. auch Schraubensch.lauchfedern 25 verwendet werden:. Die Kegelringpaare 26,:27
erhalten dänn einen gemeinsamen ringförmigen. Hohlraum-, welcher zur Umsetzung des
Federdruckes in einen axial gerichteten Spreizdruck mit Schrägflächen 28, 29. 30,
31 versehen sind (Abb.7). Um die Schraubenschlauchfeder in der notwendigen Zickzacklage
zu halten, durch welche der Federdruck in einen Axialdruck umgewandelt wird, sind
zwei Ringreihen von Stiften 3-2. 33 vorgesehen, um welche die Schlauchfeder herumgelegt
wird (Abb. 8).
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Zum Spreizen: der Kegelringpaare können auch gewellt., ringförniibe
Blattfedern benutzt werden, die in einer entsprechenden ringförmigen Aussparung
zwischen den IsegeIrin;sern 34, 35 arngeordnet sind (Abb. g). Um auch bei diesen
Federanordnungen Entspannungsschrauben i5. i6 anbringen zu können., werden die gewellten
Blattfedern nicht aus einem einzigen, geschlossenen Ring hergestellt, sondern aus
drei oder mehreren Ringsegmenten 36, 37, 38. zwischen denen ausreichender
Raum zum Durchstecken der Schrauben 15 frei gelassen ist (Abb. io). Damit die Spreizringe
3, 4, 26, 27, 34, 35 auch unter der Belastung der auf die Kohleringe wirkende Federdruckkomponente
sich leicht axial verschieben lassen, werden zweckmäßigerweise Gleitringe 39, 4o
bzw. 41, 42 angeordnet, die entweder fest im Kolbenkörper 1, 2 angeordnet sein können
oder, wie in den Abb. 2, 7, g veranschaulicht, mit den Spreizringhälften verbunden
sein können, so daß sie die Gleitbewegung mitmachen, sich also auf Zylinderflächen
des Kolbenkörpers verschieben.