JP2002501594A

JP2002501594A - 乾式作動システム用のシール要素及び斯かるシール要素の使用方法

Info

Publication number: JP2002501594A
Application number: JP50120699A
Authority: JP
Inventors: フェイステル、ノルベルト
Original assignee: マシーネンファブリーク・ズルツァー−ブルクハルト・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2002-01-15
Also published as: AU2884497A; EP0985108A1; CA2292596A1; WO1998055783A1; KR20010013276A; US6457722B1; ATE260430T1; DE59711347D1; EP0985108B1

Abstract

(57)【要約】本発明は乾式作動システム用のシール要素に関する。上記シール要素は、当該シール・リング(２)の周方向において相互に隣接して配置された少なくとも２個のリング・セグメント(21)を備えたシール・リング(２)を有している。シール・リング(２)が組立てられたとき、隣接する２個のリング・セグメント(21)は切断線(22)に沿って接触するが、該切断線(22)はシール・リング(２)の内側面(24)上の接線(23)に対して90°とは異なる交差角度(α)を形成する。上記シール・リングは5.5mm以下、特に2mm乃至4.5mmの軸心方向高さ(H1)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】乾式作動システム用のシール要素及び斯かるシール要素の使用方法本発明は乾式作動システム用のシール要素に関し、特に、独立請求項１の前文に係る乾式作動ピストン圧縮機、並びに、その乾式作動ピストン圧縮機の使用方法に関する。例えば気体のオイルフリー圧縮用の乾式作動ピストン圧縮機などの乾式作動システム用のシール要素は、例えば排出オイルによる外部潤滑を以て、当該システムの高圧及び低圧側の間の圧力差を封止(seal off)する役割を果たす。この種のシールは乾燥摩擦に基づくことから、乾式作動システムにおけるシール要素は自然摩耗を蒙り、可使寿命(working life)とも称される寿命が制限されるのが通常である。今日における乾式作動システム用のシール要素は主として、例えば充填剤入りポリマなどのプラスチックから製造される。多くの場合に使用されるポリマ材料は例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。而して、PTFEマトリクス内には、非晶質カーボン、グラファイト、グラスファイバ、金属、セラミックスもしくは固体潤滑剤などの充填剤が導入される。乾式作動ピストン圧縮機においてシール要素は、ピストン・ロッドのシール、および／または、ピストンをシールするピストン・リングとして使用される。シール要素と相対的に移動される表面を意味する、シール要素の相補作動体は、第１の場合においてはピストン・ロッドであり、第２の場合には所謂るシリンダ作動面と称されるシリンダ内壁である。乾式作動システムにおけるシール要素の性能は、所謂るpv値により特徴付けられることが多い。この値は、相補作動体に対してシール要素が押圧される接触圧 (p)と、シール要素がその相補作動体に関して移動する摩擦速度(v)との積である。以下において乾式作動システムの代表例として言及される乾式作動ピストン圧縮機に対し、上記pv値は、封止されるべき平均圧力差(p)と、平均ピストン速度(v)との積として理解されるべきである。実際問題として乾式作動ピストン圧縮機が作動する為には、可及的に長期に亙り可及的に大きなpv値に耐え得る高性能シール要素を有することが望ましい。この点において、シール要素に沿った漏出速度は極めて低くなければならない。更に、シール要素は最長の可能的可使寿命を有さねばならないが、このことは、それらのシール特性がその最長の可能的可使寿命に亙り実質的に不変の高品質を維持すべきことを意味する。可使寿命を延ばす為には、特に、ピストン・ロッドのシール及びピストンのシールの両者に対して複数個のシール要素を軸心方向に順次に配置してシール要素セットを形成するのが通常である。ピストン・ロッドのシールに対しては、この種のシール要素セットを含む構成要素はパッキンと称される。また、可使寿命を延ばす為にシール要素に特別な断面形状を与えることも知られている。例えばCH 439 897においては、ピストン・ロッドをシールすべく複数のシール・リングを有するパッキンが開示されているが、シール・リングの各々はセグメント化されると共に、ひとつのシール・リングの個々の各セグメント間の区分線はそのシール・リングの内側面に対して実質的に接線方向に延伸している。而して、シール・リングを囲繞するチューブ・スプリングは予応力を与えて個々のセグメントをピストン・ロッドに対して押圧する。材料の摩損に起因する摩耗は補償される、と言うのも、個々のセグメントはピストン・ロッドの方向においてそれらに加えられた圧力により内方に押圧されるからである。しかし乍ら、この種のパッキンが連続的作動において耐え得る最大pv値に対しては、先ず第１にパッキンのシール要素の個数では無く、個々のシール要素の性能である。即ち、封止されるべき圧力差の分布は通常、シール要素セットの個々のシール要素に亙り均一でないことは知られている。実際問題として現実的な極限の場合は、圧力差全体が実質的に単一個のシール要素のみにより封止されることさえあり得る。今日において乾式作動ピストン圧縮機用のシール・リングは、少なくとも7mm の軸心方向リング高さを以て製造されるのが通常である。この最小高さは一方では、小さなリング高さにてはシール・リングの摩擦面が小さくなり過ぎることからそのシール作用が小さくなり過ぎ、例えば4×10⁶Pa(40bar)の典型的圧力差にて漏出速度は不当に大きな値を取る、という考察に基づいている。他方においてこの最小厚みは、シール作用に相当に影響する変形をシール・リングがそれほど有さずに応力に耐えるべく機械的にも十分に安定すべきである、という事実により誘起されるものである。特に、シール・リング材料として使用されることの多いPTFEは、顕著なクリープ傾向(高い低温塑性流れ)を有することから、例えば4 ×10⁶Pa(40bar)の圧力差にてシール・リングの変形を回避する為に付加的支持リングが必要なことは知られている。一般に認められる様に、摩耗を補償すべくセグメント化されるシール・リングの多くは、径方向において気密なセグメント断面を有している；しかし乍ら通常の切断方向は軸心方向に開口する間隙および継目を形成することから、これらは付加的なカバー・リングにより封止されねばならない。多くの場合にこのカバー・リングは、径方向に切断されると共に実際のシール・リングと共に配置され、貫通間隙がもはや存在しない様にシール・リング対を形成すべく設計されたスリーピースである。而して、２個のリングの間の固定ピンは、作動の間において貫通間隙を形成するリング間隙同士の整列を防止することが意図される。上記カバー・リングは通常、シール・リングと同一の軸心方向高さを有する。斯かる公知のシール・リング対は、合計で18mm以上の軸心方向高さに達するのが典型的である。これらの軸心方向高さは、所定構造長さを以てパッキン内に配置され得るシール・リング対の個数を制限する。シール・リングが長期に亙り耐え得る最大pv値を制限する主な問題のひとつは、乾式作動シール要素に生ずる摩擦熱である。pv値を増大すると、斯かる高温が摩擦面内に急速に生じ、今日ではプラスチックから成ることの多いシール要素は熱的に破壊される。経験に依れば約1.4×10⁷Pa・m/s(140bar・m/s)より大きなpv値にて、現在において乾式作動システムに対して公知のシール要素は直ちに破壊しまたは使用できない程に短い可使寿命を有する。このことから、乾式作動ピストン圧縮機における3.5m/sの平均ピストン速度に対しては、シール要素により封止され得る最大圧力差は4×10⁶Pa(40bar)に帰着する。本発明の目的は、当業界の斯かる状況を出発点とし、乾式作動システム、特に乾式作動ピストン圧縮機に対してより良い性能を有するシール要素を提供するにある。そのシール要素は、1.4×10⁷Pa・m/s(140bar・m/s)よりも相当に大きなpv 値に耐え得ると共に、シール作用が実質的に同一特性を維持する長期の可使寿命を有さねばならない。これに加え、シール要素は乾式作動システムにおいて極めて低い漏出速度により高圧力差を封止可能とし且つ最小限の摩耗のみを有さねばならない。乾式作動システム、特に乾式作動ピストン圧縮機に対して上記目的を満足するシール要素は、独立特許請求項１の特徴部分により特徴付けられる。本発明に係るシール要素は、周方向に隣接して配置された少なくとも２個のリング・セグメントを含むセグメント化シール・リングであって、隣接する２個のリング・セグメントは組立状態において、当該シール・リングの内側面における接線に対して 90°とは異なる交差角度にて対向延伸する切断線に沿って相互に接触するシール・リングを含む。該シール・リングは、最大で5.5mm、特に2mm乃至4.5mmに達する軸心方向高さを有する。十分に驚嘆すべき発見は、各リング・セグメント間の切断により生ずる接続経路と組合せてシール・リングの軸心方向高さを減少することによりシール要素の性能が相当に高められたことである。故に実際問題として本発明に係るシール要素は長期に亙り8×10⁷Pa・m/s(800bar・m/s)以上のpv 値に問題なく耐えることが示された。このことは従来のシール要素と比較した場合、本発明に係るシール要素によれば例えば同一の平均ピストン速度では、漏出速度が相当に大きくなること無く少なくとも５倍だけ大きい圧力差が封止され得ることを意味する。また、作動状態において本発明に係るシール要素の摩耗は公知のシール要素よりも相当に低くなり、シール作用が実質的に同一特性を維持するという相当に長い可使寿命に帰着することも示された。また、製造技術上の理由から、上記シール・リングは３個のリング・セグメントから成るのが好適である。更に、pv値が一定に維持された実験においては、上記シール・リングの軸心方向高さが約4mmに達したときに、シールの摩擦面における漏出速度と温度との間の特に望ましい折衷が得られることが示された。隣接する２個のリング・セグメント間の切断線がシール・リングの内側面における接線と形成する交差角度は最大で45°、特に最大で20°に達するのが好適である、と言うのも、一方では軸心方向および径方向において極めて良好なシール作用が達成され得ると共に、他方では各リング・セグメントが圧力負荷の下で摩耗補償的に変位されるからである。シール・リングにおける切断により生ずる特殊な接続経路により、新たな状態では径方向および軸心方向のいずれにおいても貫通間隙もしくは継目は既に存在しない。この切断による接続経路によれば、切断線もしくは相互接触表面に沿った各リング要素の相互変位により摩耗補償が生ずる。この平行変位により、摩耗が進展した状態においてさえも各リング・セグメント間に生ずるのは最大でも無視し得る小寸間隙である。これにより得られる利点は、本発明に係るシール要素においては付加的なカバー・リングが不要なことである。特に好適な実施例において本発明に係るシール要素は、漏出速度を低下する為のベース・リングを更に備えるが、該ベース・リングは好適には単一片で、特に間隙が無くまたは無端的に実現される。このベース・リングは作動状態では軸心方向においてシール・リングに隣接すべく低圧側に好適に配置されると共に、その相補作動体まで可及的に少ない間隙を以て延伸し乍らも接触はしない様な寸法とされる。このベース・リングにより、漏出速度は更に相当に低下され得る。但し上記ベース・リングは複数の部品でも実現可能であり、すなわち、周方向に隣接配置された複数のセグメントから成り得る。これは例えば、ベース・リングがピストン・ロッドを取外すこと無く設置されるべきとき、または、ベース・リングがピストン・シールの一部としてピストンの回りに載置されるべきときに好都合である。もしベース・リングが複数の部品として実現されるのであれば、個々のセグメントは例えば囲繞チューブ・スプリングにより一体的に保持される。更に、ベース・リングの個々のセグメント間の切断の接続経路は、一方では摩耗に対する補償が可能で無く他方ではベース・リングが径方向において気密である如きものである。これは好適に実現され得る、と言うのも、各セグメント間の切断線は各セグメント間に間隙を提供すること無く径方向に延伸するからである。上記ベース・リングは好適には、シール要素が軸心方向において可及的にコンパクトとなり、占有空間が可及的に小さくなるべく、最大で6mm、特に約4mmの軸心方向高さを有する。好適実施例において上記シール・リングおよび／またはベース・リングは、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI) 、ポリ(フェニレンスルファイド)(PPS)、またはエポキシ樹脂(EP)などの高温ポリマから実質的に製造される、と言うのも、この種の高温ポリマはそれらの機械的特性の結果として、大きな圧力差に対して実質的に変形すること無く耐えると共に大きな高温強度を有するからである。ベース・リングは作動状態においてその相補作動体に実質的に接触せずに作動することから、ベース・リングは、例えば銅、焼結鉄またはグラファイトなどの様に良好な高温強度を有し且つ非潤滑作動に対して少なくとも緊急作動特性を有する他の材料からも製造され得る。但し代替的に、上記シール・リングおよび／またはベース・リングを、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの工業的セラミックで製造することも可能である。これは特に好都合である、と言うのも、斯かるセラミックスの大きな耐摩耗性により可使寿命が相当に長くなるからである。本発明に係るシール要素は、その高性能および低摩耗の結果として、乾式作動ピストン・ロッドのシール用のパッキン、および、乾式作動ピストン圧縮機用のピストン・シールに特に適している。本発明に係るシール要素は特に、1.4×10⁷Pa・m/s(140bar・m/s)以上のpv値にて作動され得る乾式作動ピストン圧縮機においてピストン・ロッドおよび／またはピストンをシールする為に使用され得る。斯かる高pv値にてさえも長い可使寿命が達成され得る。これは特に好適である、と言うのも、これまでに公知のシール要素は斯かる高性能作動には適していないからである。本発明の更なる好適手法および好適実施例は各従属請求項から得られる。以下においては代表的実施例および図面を参照して本発明を更に詳述する。各図中においては縮尺通りとはされていない。図１は、本発明に係るシール要素のシール・リングの代表的実施例の平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った図１のシール・リングの断面図である。図３は、ベース・リングの代表的実施例の平面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿った図３のベース・リングの断面図である。図５は、本発明に係るシール要素によるピストン・ロッド・シールに対するパッキンの概略的断面図である。図６は、本発明に係るシール要素によるピストン・シールの設置状態における(部分的に断面とされた)概略的断面図である。図５は、乾式作動ピストン圧縮機においてピストン・ロッドをシールするパッキン10の概略的断面を示している。上記パッキン10は特に、その全体が参照番号１で表される本発明に係るシール要素の好適な代表的実施例を有している。この代表的実施例においてシール要素１は、セグメント化されると共に軸心方向において隣接配置されたシール・リング２およびベース・リング３を含んでいる。図１は、組立状態にある上記セグメント化シール・リング２の代表的実施例の平面視を示している。この平面図は、軸心方向に作成されている。図２においてこのシール・リング２は、図１のII−II線に沿う断面で示されている。図３は、シール要素１のベース・リング３の代表的実施例を同様に軸心方向の平面視で示している。このベース・リング３は図４において、図３のIV−IV線に沿った断面で示されている。本発明に依れば上記セグメント化シール・リング２は、周方向において隣接配置された少なくとも２個のリング・セグメント21を含んでいる。図１および図２に示された代表的実施例においては、３個のリング・セグメント21が配備される。シール・リング２の組立状態において、隣接するリング・セグメント21の各対は、切断線または界面線22に沿って相互に接触する。各リング・セグメント21は夫々の場合において、隣接するリング・セグメント21間の切断線22がシール・リング２の内側面24における接線23に対して90°とは異なる交差角度αで対向延伸する如く実現される。本発明に依れば上記シール・リング２は、最大で5.5mmとなり特に2mm乃至4.5m mに達する軸心方向高さH1を有する。この軸心方向高さH1は、シール・リング２が軸心方向すなわちそのシリンダ軸心の方向において自身の外周に沿って有する最大広がりを意味すると解釈されるべきである。もしシール・リング２がピストン・ロッド6(図５参照)のシールの為に使用されるのであれば、その外側面27(図１、図２)には、シール・リング２の全周に沿って各リング・セグメント21上を延伸する溝25を配備するのが好適である。この溝25は図１において円形破線により示されている。該溝25内にはチューブ・スプリング28(図５)が載置されてシール・リング２をその全周に亙り囲繞する。上記チューブ・スプリング28は、特にピストン・ロッド６の始動段階の間においてピストン・ロッド６に向けた方向に作用してシール・リング２の十分に大きなシール作用を確かなものとする付勢力をリング・セグメント21に対して生成する。上記シール・リング２はまた、例えば吸引ストロークの間においてパッキンの過剰圧力を圧縮チャンバ内へと解放し得る逆流用溝26を選択的に有し得る。該逆流用溝26は夫々、内側面24から外側面27へと径方向に延伸すると共に、軸心方向においては例えば上記シール・リング２の上記軸心方向高さH1の約４分の１に達する深さを有している。上記ベース・リング3(図３、図４)は、図１および図２に係る上記セグメント化シール・リング２とは対照的に、単一片で無端すなわち未切断のリングとして実現される。上記ベース・リング３は例えば、図４に示された如く矩形断面を有している。上記ベース・リング３は、最大で6mm、特に約4mmの軸心方向高さを有している。而してベース・リング３は、組立状態において該ベース・リング３がその相補作動体まで可及的に少ない間隙を以て延伸し乍らも接触はしない様な寸法とされる。図５は、乾式作動ピストン圧縮機のピストン・ロッド６をシールするパッキン 10の一部としての、本発明に係るシール要素の代表的実施例を示している。作動状態においてピストン・ロッド６は、参照記号ｖが付された双頭矢印により記号表示された如く、その長手軸心Ａ方向に平均速度ｖで往復する。この状況において上記パッキン10は、高圧P₁が存在する高圧側と低圧P₂が存在する低圧側との間の圧力差P=P₁−P₂を封止する役割を果たす。上記パッキン10はそれ自体が公知である手法により少なくともひとつのシール・チャンバ11を含むが、該シール・チャンバ11は、関連圧縮チャンバ13をシールする様に例えばネジ止めされて取付けられた２個のチャンバ・リング12により形成される。上記シール・チャンバ11内において上記シール要素１は上記シール・リング２およびベース・リング３を含むが、ベース・リング３はシール・リング２の低圧側に配置されている。尚、パッキン10が、直列接続の形態で、すなわち軸心方向において順次に配置された複数のシール要素１を当然に含み得ることは明らかである。この場合には複数のチャンバ・リング12も配備されることから、各シール要素１はそれ自体のシール・チャンバ11を利用し得る。パッキン10は明らかに、動的圧力ピークを消散させる為の絞りリングも含み得る。上記チューブ・スプリング28は、リング・セグメント21を相互に押圧すると共に該リング・セグメント21をピストン・ロッド６に対して押圧する付勢力を生成する。この様にして、特に圧縮機の始動段階の聞、または、圧力差が全く無いもしくは僅かな圧力差P₁−P₂のみが存在するという作動状態において、シール・リング２の内側面24とその相補作動体--すなわちピストン・ロッド6--との間には十分なシール作用が確保される。上記の単一片で無端状のベース・リング３は、その内側面34(図３、図４)がピストン・ロッド６に僅かに接触しない寸法とされる。故にそれは、可及的に小さな間隙を以て接触せずにピストン・ロッド６を囲繞することから、それは間隙リング・シールの原理に従って作用する。同様の実施例において上記シール要素１は、乾式作動ピストン圧縮機のピストン40(図６)をシールする為にも適している。図６は、この種の圧縮機のピストン 40に対して本発明に係るシール要素１を含むピストン・シールを概略的に部分的断面で示している。作動状態において上記ピストン40はシリンダ41すなわちシリンダ作動表面42を形成する壁部内で、参照記号ｖが付された矢印により記号表示された如く、その長手軸心Ｂ方向に平均速度ｖで往復する。この間においてピストン40は、圧力P₁が存在する高圧側(圧縮チャンバ43)と圧力P₂が存在する低圧側との間の圧力差P=P₁−P₂を生成する。上記シール要素１は、この圧力差ｐを封止するピストン・リングとして配備される。基本的に該シール要素１は、上記で説明したのと同様に、すなわちシール・リング２およびベース・リング３と同様にして実現される。但しピストン・シールとして使用する際、上記シール・リング２乃至ベース・リング３の外側面27(図１)および37が圧力差ｐを封止する役割を果たす。当然ながら、ピストン・シールとして使用される場合にシール・リング２は溝25もチューブ・スプリング28も有さない。但し、上記の各リング・セグメントを相互に対して且つ相補作動体-- シリンダ作動表面42--に対して押圧した前述と同様にして付勢力を生成すべく、シール・リング２の内側面24に不図示のテンション・スプリングを載置すれば好適であり得る。上記ベース・リング３は、該ベース・リング３がシリンダ作動表面42まで可及的に少ない間隙を以て延伸し乍らも接触はしない様な寸法とされる。もしピストン40が組立られた形態で実現され、すなわち、ピストン40が該ピストン40を形成する組立ての間にピストン・リングと交互配置して嵌装される複数のリング・チャンバを備えるのであれば、ベース・リング3(図３、図４)はこの場合においても単一片としてすなわち無端状に実現されるのが好適である。但し従来の溝付きピストンに対しては、マルチピース・ベース・リングすなわち複数のセグメントを備えたものが使用されねばならない。これらのセグメントは既述の理由により、各セグメント間の切断線は各セグメント間に間隙が存在しない様に径方向に延伸する如く実現されるのが好適である。ピストン・シールにおいても必要であれば、前後に配置された複数のシール要素がピストン・リング並びにガイド・リングとして配備され得ることは明らかである。本発明に係るシール要素１がシール・リング２を以て、ピストン・ロッド６を封止すべく使用されてもピストン40をシールすべく使用されても作動原理に相違は無いことから、以下の説明はいずれの場合にも同様に適用される。各リング・セグメント21(図１)の特殊な形状は、組立状態で内側面における接線23に対して90°とは異なる交差角度αを形成する２個の隣接リング・セグメント21間の切断線22に帰着するが、これによりシール・リング２は径方向に貫通間隙を有さない。当該圧縮機の作動間において、個々のリング・セグメント21は圧力差ｐにより切断線22に沿って一体的に押圧されることから、上記シール・リング２は径方向および軸心方向の両方向における封止を可能とする。個々のリング・セグメント21間の可及的に良好なシールを達成する為には、上記交差角度αは 45°より小さく、特に20°より小さくするのが好適である。特に良好なシールは、交差角度α＝０(接線切断)により達成され得る。但し、この場合にはリング・セグメント21の薄寸尖端が損傷される危険があることから、多くの用途に対して約15°の交差角度αが特に好都合である。更に、作動間における摩耗補償は、各リング・セグメント21間の切断線22の接続経路から帰着する。摩損により引き起こされる摩擦面24または27における材料摩耗は各リング・セグメント21の自動調整により補償される、と言うのも、各リング・セグメント21に対する圧力差ｐの下で各リング・セグメント21は相互に対して変位され得ることから、相補作動体(ピストン・ロッド６またはシリンダ作動表面42)上への接触圧は存在したままとなる。この摩耗補償により、永続的に低い漏出速度を維持し乍らシール要素１の可使寿命は相当に延ばされ得る。上記シール要素１すなわちシール・リング２およびベース・リング３は好適には、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド (PAI)、ポリ(フェニレンスルファイド)(PPS)、またはエポキシ樹脂(EP)などの高温ポリマから実質的に製造される。この場合における“実質的に”とは、上記高温ポリマが乾式作動に適する如く改変して使用されることを意味し、これは、高温ポリマに対してカーボン、グラファイト、硫化モリブデン(MoS₂)、PTFE、などが混合されることを意味する。高温ポリマは、乾式作動では通常的な温度においてさえも高い機械的強度(高い高温強度)を有する。これに加え、それらは実際に低温塑性流れを有さないことから、それらは例えば必要な支持リングなどの付加的手段なしでも高圧にて安定な形状を有する。更に、高温ポリマは例えばPTFEよりも相当に高い弾性率を有することから、それらはシール要素１の高強度および高い機械的荷重機能を可能とする。上記シール・リング２およびベース・リング３は例えば、切削加工技術に依る公知の手法でプレートもしくはバー形状の半仕上製品から加工され得る。それらは代替的に、射出成形方法によっても製造され得る。特に射出成形においては、鋳型の対応形成により個々のリング・セグメント21を相互に別体的に製造することも可能である。同様に好適な別の可能性は、上記シール・リング２および／またはベース・リング３を、例えば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの工業的セラミックから製造することである。この種の工業的セラミック材料は極めて高い耐摩耗性を有することから、シール要素の可使寿命は更に相当に延ばされ得る。上記シール・リング２およびベース・リング３は同一材料で製造され得るが、このことは必須では無い。本発明に係るシール要素１の本質的特徴は、シール・リング２の軸心方向高さ H1が最大で5.5mm、特に2mm乃至4.5mmに達することである。此処で公知のシール要素と比較した場合、各リング・セグメント21間の非径方向接続経路と組合された軸心方向減少高さH1によりシール要素の性能が相当に高められ得ることは驚くべき発見である。本発明に係るシール要素は、公知のシール要素により達成され得るよりも少なくとも５倍のpv値に対して永続的に耐え得る。このことは、平均ピストン速度を一定に維持するのであれば乾式作動ピストン圧縮機においては2 ×10⁷Pa(200bar)以上の限界圧力が達成され得ることを意味する。更に、相当の性能向上にも関わらず本発明に係るシール要素１の摩耗は作動状態において極めて低いことから、例えば数千時間に亙る作動時間などの極めて長い可使寿命が達成され得るという格別の利点がある。もしシール・リング２の軸心方向高さが約4mmに達するのであれば、例えば1.4 ×10⁷Pa・m/s(140bar・m/s)以上の高いpv値にて摩擦面の低い漏出速度および低温の間の特に好適な折衷が存在することが示された。可及的に低い漏出速度に関しては、上述のシール要素１がシール・リング２の他にも、相補作動体に接触せずに配置されるベース・リング３を含めば特に好都合である。シール・リング２とベース・リング３との組合せによりシール要素１の漏出速度は更に低下され得ることから、乾式作動システムにおける例えば水素などの極めて軽い気体の圧縮の間においてさえ且つ高い限界圧力に対してさえ、従来のシール要素におけるよりも優れたシール作用が達成され得る。接触なしで作動するベース・リング３の軸心方向高さは、基本的に任意の所望寸法とされ得る。但しスペース節約の理由から、軸心方向高さH2は最大で6mm、特に約4mmに達すれば好都合である。この様にしてもベース・リング３およびシール・リング２の組合せの軸心方向合計高さH1＋H2は約8mmに達するに過ぎない。この狭幅の合計高さに依り、標準的なピストン・ロッド・シールもしくはピストン・シールと比較して所定の構造的スペース内に更なるシール要素が収容され得ることから、シール要素セットの合計可使寿命は相当に長くなる。本発明に係るシール要素は、それが乾式作動システムにおける極めて高いpv値に永続的に耐えると共に極めて低い摩耗および低漏出速度を有する、という点において特徴付けられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．周方向に隣接して配置された少なくとも２個のリング・セグメント(21)を含むシール・リング(２)であって、隣接する２個のリング・セグメント(21)は組立状態において、当該シール・リング(２)の内側面(24)における接線(23)に対して90°とは異なる交差角度(α)にて対向延伸する界面線または切断線(22)に沿って相互に接触するシール・リング(２)を含む乾式作動システム、特に乾式作動ピストン圧縮機のシール要素において、上記シール・リング(２)は、最大で5.5mm、特に2mm乃至4.5mmに達する軸心方向高さ(H1)を有することを特徴とする乾式作動システム用のシール要素。２．前記シール・リング(２)は３個のリング・セグメント(21)から成る、請求項１記載のシール要素。３．前記シール・リング(２)の前記軸心方向高さ(H1)は約4mmに達する、先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素。４．前記交差角度(α)は最大で45°、特に最大で20°に達する、先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素。５．漏出速度を低下するベース・リング(３)を備えた、先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素。６．前記ベース・リング(３)は単一片、特に無端状または無間隙リングとして実現される、請求項５記載のシール要素。７．前記ベース・リング(３)は最大で6mm、特に約4mmの軸心方向高さ(H2)を有する、請求項５または６のいずれか一項に記載のシール要素。８．前記シール・リング(２)および／またはベース・リング(３)は、ポリ(エーテルエーテルケトン)(PEEK)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリ (フェニレンスルファイド)(PPS)、またはエポキシ樹脂(EP)などの高温ポリマから実質的に製造される、先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素。９．前記シール・リング(２)および／またはベース・リング(３)は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの工業的セラミックで製造される、先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素。１０．先行請求項のいずれか一項に記載のシール要素(１)を備えた、乾式作動ピストン・ロッド(６)のシール用パッキン(10)。１１．請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシール要素(１)を備えた、乾式作動ピストン圧縮機用のピストン・リング。１２．請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシール要素(１)を備えたピストン圧縮機。１３．1.4×10⁷Pa・m/s(140bar・m/s)以上のpv値にて作動され得る乾式作動ピストン圧縮機においてピストン・ロッド(６)および／またはピストン(40)をシールする為の、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシール要素の使用法。