WO2007012383A1

WO2007012383A1 - Hermetisches dichtungssystem

Info

Publication number: WO2007012383A1
Application number: PCT/EP2006/006519
Authority: WO
Inventors: Robert Adler; Georg Siebert
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2007-02-01
Also published as: EP1907732A1; DE102005034908A1; JP2009503385A; US20080230998A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen. Erfindungsgemäß ist zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen (A, B, C) eine ionische Flüssigkeit (F) angeordnet.

Description

Beschreibung

Hermetisches Dichtunqssystem

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen.

Ferner betrifft die Erfindung eine Arbeitsmaschine beliebiger Art.

Gattungsgemäße Dichtungssysteme werden beispielsweise bei Wasserstoff- Verdichtern als hermetische Abdichtung der Kolbenstange verwendet.

Unter dem Begriff "Bewegte Dichtung" seien nachfolgend alle dem Fachmann bekannten Dichtungen zu verstehen, wie sie beispielsweise bei Kolben, Kolbenstangen, etc. zur Anwendung kommen.

Alle bisher bekannten Dichtungen unterliegen einem mehr oder weniger großen Verschleiß. Dies hat zur Folge, dass die Dichtungen in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden müssen. Oftmals erfordert der Austausch einer Dichtung eine zeitintensive, komplizierte und damit auch teure Wartungsarbeiten. Verbrauchte Dichtungen können bisher nur entsorgt, nicht jedoch aufbereitet werden.

Die Figur 1 zeigt in einer schematisierten, seitlichen Schnittdarstellung eine Kolbenstangendurchführung Z, wie sie beispielsweise bei Wasserstoff-Verdichtern erforderlich ist. Diese Kolbenstangendurchführung Z dient der Führung einer Kolbenstange K. Hierbei befinde sich der Gasraum des Verdichters oberhalb der Kolbenstange K und der Verdichter-Außenraum unterhalb. Dargestellt ist femer ein zum Stand der Technik zählendes Dichtungssystem, bestehend aus drei, in der Kolbenstangendurchführung Z angeordneten Dichtungen A, B und C, wobei als Dichtungen A, B und C alle bekannten Dichtungstypen in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.

Mittels der ersten Dichtung A wird eine Abdichtung zu dem Gasraum, der sich oberhalb des Kolbens K befindet, sichergestellt. Wird diese Dichtung A undicht und gelangt gasförmiges Medium in den Raum zwischen den Dichtungen A und B, wird das gasförmige Medium über die Leitung 1 aus diesem Raum entfernt und der Saugseite des Verdichters zugeführt. Wird auch die zweite Dichtung B undicht und tritt das gasförmige Medium in den Zwischenraum zwischen der zweiten und der dritten Dichtung B bzw. C ein, so kann das gasförmige Medium über die Leitung 2 aus diesem Zwischenraum abgezogen und einem Kaminsystem zugeführt werden. Ein derartiges Kaminsystem ist immer dann vorzusehen, wenn ein Gasaustritt in die Verdichterumgebung - beispielsweise um zu verhindern, dass es zur Bildung eines explosiven Gasgemisches kommt - vermieden werden soll bzw. muss.

Mittels der dritten Sicherung C wird verhindert, dass das zu verdichtende Medium aus dem Verdichtungsraum ausströmen kann. Da keine der drei vorgenannten Dichtungen auf Dauer vollkommen (gas)dicht ist, kann ein Ausströmen und damit Verlust von verdichtetem Medium nicht verhindert werden. ^•

Kommt ein wie in der Figur 1 dargestelltes Dichtungssystem beispielsweise bei einem Wasserstoff-Verdichter zur Anwendung, müssen bisher explosionsgeschützte und dadurch kostenintensivere Betriebsmittel und Bauteile verwendet werden, da um den Verdichter herum jederzeit die Gefahr des Austritts von Wasserstoff besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, anzugeben, das die vorgenannten Nachteile verweigert und eine sichere und hermetische Dichtungsmöglichkeit schafft.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Dichtungssystem vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen eine ionische Flüssigkeit angeordnet ist.

Hierbei sind die bewegten Dichtungen, zwischen denen die ionische Flüssigkeit angeordnet ist, entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtungssystems vorzugsweise als Öldichtungen, Gasdichtungen oder Kombinationen von Öl- und Gasdichtungen ausgebildet. Sofern zwei oder mehr bewegte Dichtungen vorgesehen sind, kann eine ionische Flüssigkeit angeordnet sein a) ausschließlich zwischen zwei benachbarten Dichtungen, b) zwischen allen Dichtungen oder c) - vier oder mehr Dichtungen vorausgesetzt - zwischen mehreren benachbarten Dichtungen, wobei jedoch flüssigkeitsfreie Dichtungszwischenräume verbleiben.

Ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und -90 ⁰C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.

Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie - solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird - selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.

Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 ⁰C. Der so genannte Liquidus-Bereich - dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung - beträgt im Regelfall 400 ⁰C oder mehr.

Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 ⁰C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen - die ein Gefahrenpotential darstellen - verhindern können.

Ionische Flüssigkeiten besitzen den Vorteil, dass ihre vollständige Abtrennung aus dem verdichteten Medium mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand möglich ist.

Eine Verschleppung der ionischen Flüssigkeit durch das verdichtete Medium ist nunmehr nicht mehr möglich, da ionische Flüssigkeiten - wie vorstehend erwähnt - keinen Dampfdruck aufweisen.

Des Weiteren ist bei der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Dichtungsmedium sichergestellt, dass sich das zu verdichtende bzw. verdichtete Medium in der ionischen Flüssigkeit nicht löst.

Die gattungsgemäße Arbeitsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erfindungsgemäßes Dichtungssystem aufweist.

Das erfindungsgemäße Dichtungssystem sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Ebenso wie die Figur 1 zeigt auch die Figur 2 eine seitliche, schematisierte Schnittdarstellung durch eine Kolbenstangendurchführung Z, wie sie beispielsweise bei Wasserstoff-Kryoverdichtern erforderlich ist. Wiederum ist ein Dichtungssystem, bestehend aus drei Dichtungen A, B und C, vorgesehen, wobei als Dichtungen A, B und C alle bekannten Dichtungstypen in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.

Erfindungsgemäß ist in dem Zwischenraum zwischen den Dichtungen B und C eine ionische Flüssigkeit F als (zusätzliches) Dichtungsmedium angeordnet.

Mittels dieser ionischen Flüssigkeit wird nunmehr eine absolut zuverlässige und langlebige Dichtungsbarriere geschaffen, die keinem bzw. nahezu keinem Verschleiß unterliegt. Selbst dann, wenn die bewegten Dichtungen B und C bereits so undicht geworden sind, dass sie gasförmige Medien passieren lassen, sind sie für die ionische Flüssigkeit F noch ausreichend dicht.

Die Gefahr des Gasaustrittes bzw. die damit verbundenen Probleme werden mittels des erfindungsgemäßen Dichtungssystemes wesentlich reduziert.

Während - wie auch bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführung - weiterhin gasförmiges Medium über die Leitung 1 aus dem Zwischenraum zwischen den Dichtungen A und B entfernt und der Saugseite des Verdichters zugeführt wird, kann auf das in der Figur 1 beschriebene Kaminsystem und damit auf die mit dem

Zwischenraum zwischen den Dichtungen B und C verbundene Leitung 2 verzichtet werden.

Wie bereits erwähnt, ist es ausreichend, wenn die ionische Flüssigkeit F zwischen zwei sog. Öldichtungen B und C angeordnet ist. Öldichtungen sind wesentlich wartungsärmer und langlebiger als herkömmliche Dichtungen, wie sie für die Abdichtung eines in einem Zylinderraum bewegbaren Kolbens verwendet werden.

Die Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Dichtungsmedium hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein einfaches Detektieren eines Lecks ermöglicht wird, da ionische Flüssigkeiten sichtbar sind. Hilfsmittel, wie Lecksuchsprays, Gasdetektoren, etc., sind daher nicht mehr erforderlich.

Die Erfindung schafft somit ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen, das verglichen mit herkömmlichen Dichtungssystemen wesentlich wartungsärmer und langlebiger ist.

Von Vorteil ist insbesondere, dass selbst dann, wenn die verwendeten Dichtungen bereits gasundicht werden sollten, ein Austritt der ionischen Flüssigkeit zunächst nicht erfolgt. Selbst dann, wenn ein Austritt der ionischen Flüssigkeit erfolgt, ist dies unkritisch, da das erfindungsgemäße Dichtungssystem erst bei einem vollständigen Verlust der ionischen Flüssigkeit undicht wird. Es sei nochmals betont, dass das erfindungsgemäße Dichtungssystem nicht nur bei Kolbenstangendurchführungen, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, zur Anwendung kommen kann, sondern grundsätzlich immer dann, wenn es gilt, ein Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile zu schaffen.

Claims

Patentansprüche

1. Dichtungssystem für zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile, insbesondere für einen in einem Zylinderraum bewegbaren Kolben oder eine Kolbenstange, aufweisend zwei oder mehr bewegte Dichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei der bewegten Dichtungen (A, B, C) eine ionische

Flüssigkeit (F) angeordnet ist.

2. Dichtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bewegten Dichtungen (A, B, C), zwischen denen die ionische Flüssigkeit (F) angeordnet ist, als Öldichtungen, Gasdichtungen oder Kombinationen von Öl- und Gasdichtungen ausgebildet sind.

3. Arbeitsmaschine beliebiger Art, insbesondere Verdichter, aufweisend wenigstens ein Dichtungssystem gemäß der Ansprüche 1 oder 2.