(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式駆動型ピストンロッド（４）用の乾式シールリングであって、前記シールリングは円周断面を有し、前記シールリングは非金属材料から形成されており、かつ軸方向の高さ（Ｈ）、及び摺動面（４ａ）に対向する面（２ａ）を有し、前記面（２ａ）は、密封面（２ｂ）を形成するべく前記高さ（Ｈ）の第１の部分にわたってほぼ円筒状に延びる接触部分（２ｂ）と、前記高さ（Ｈ）の第２の部分にわたって摺動面（４ａ）から離間する延長部分（２ｃ）とを有し、前記シールリングは、補償的な間隙（Ｓ）を備えたリング間隙（２１）を有し、前記延長部分（２ｃ）は径方向において最大距離Ｂだけ摺動面（４ａ）から離間しており、前記補償的な間隙（Ｓ）は、前記最大距離Ｂをπ倍してさらに２倍して得られる値と同じ幅を有していることを特徴とするシールリング。
【請求項２】
前記面（２ａ）は前記延長部分（２ｃ）に沿って円錐状に広くなっていることを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
【請求項３】
複数のウェブ（２ｐ）が前記面（２ａ）の周方向に沿って均等に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシールリング（１２）。
【請求項４】
前記シール部（１２）がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなプラスチックあるいは、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリ（エーテルケトン）（ＰＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（硫化フェニレン）（ＰＰＳ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）あるいはポリアミドイミド（ＰＡＩ）のような改質された高温ポリマーから製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールリング（１２）。
【請求項５】
前記延長部分（２ｃ）はシリンダ空間に向かって配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシールリング。
【請求項６】
前記シールリングは部分接合部（２１）を有し、前記密封部（２）は前記部分接合部（２１）に向かって減少する径方向の壁厚（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシールリング。
【請求項７】
乾式駆動型ピストンロッド（４）の密封装置であって、前記密封装置は、前記ロッドを包囲するガスシールリング（１２）として請求項１〜６のいずれか一項に記載のシールリングを有し、前記ガスシールリングは、低圧側と高圧側との間を分離しており、前記ガスシールリングは、前記延長部分（２ｃ）の面が高圧側に向かって配置され、かつ高圧側に向かって広くなるように設けられている。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に従うシールリング（１２）を備えた乾式駆動型ピストンロッドを密封するためのパッキン。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に従うシールリング（１２）を備えたピストン圧縮機。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の前提部分に従うシールリングに関する。
シールリングは、通常、一対の部材が互いに対して上下に配置され、いわゆるパッキンと称する状態が形成されている。個々のシールリングに作用する圧力差により、密封面が例えばピストンロッドのような密封されるべきボディの摺動面上に押圧される。そのようなシールリングは、スイス国特許第４３９，８９７号により公知である。これら公知のシールリングは、摺動面に押圧されるべき密封面が強い摩擦熱を引き起こすことより、オーバーヒートや急速な磨耗を来すという欠点がある。これは、外からの潤滑剤を圧縮部に用いない乾式駆動型ピストン圧縮機にシールリングを使用する場合、特に深刻な問題である。この種の圧縮機は、ピストンロッドがその中を移動する固定されたシールリングを有する。
本発明の目的は乾式駆動型装置に適し、優れた密封性を備えたシールリングを提供することにある。
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴部分によって達成される。従属請求項２〜７は、更に本発明の有効な実施形態に関する。
本発明に従うシールリングは、軸方向の高さＨと、密封されるべきボディの乾式駆動摺動面に対向する面を有し、同面は、高さＨの一部分においては摺動面と平行に延び、それによりシール面を形成するように設計されている。シールリングの高さＨの残りの部分は、摺動面から離間されている。
本発明に従うシールリングの有効的な実施形態において、摺動面と接触していないシールリングの高さＨの残りの部分は、円錐状に広がって形成されている。
シールリングは乾式駆動型ピストン圧縮機中に配置され、特にピストンロッドに対して、円錐状に広がる領域がシリンダ空間に対向し、シリンダ空間に向かう方向に広がるように配置されている。この型のシールリングはピストンロッドに接触して存在するシールリングのシール面が比較的小さく、それにより摩擦が低減されるので有効である。本発明に従う面を備えた実施形態の更なる利点は、低減されるシール面に関連するその形状によって、シール面とピストンロッド間のガスの流通が可能となり、それにより、シール面とピストンロッド間に気体軸受が生ずる点にある。そのような気体軸受は、ピストンロッドとシール面との間の摩擦が更に低減されるので有効である。
固定されたシール部材が軸方向において優れた密封作用を有し、従って、ガスの大部分がピストンロッドとシール面との間から流出することにより気体軸受が生ずる場合には、本発明に従うこの型のシールリングは特に有効的に使用され得る。
第１の領域が摺動面と平行に延びる面を有し、第２の領域が摺動面から離間された面を有する種々の実施形態において、軸方向における摺動面に対向する面の設が達成される。
本発明に従うシールリングは、非常に高圧下にて作動する乾式駆動型ピストン圧縮機を密封する場合に特に適している。
以下に示す図面は、本発明の種々の実施例を記載する。即ち、
図１ａは、リング状密封部の平面図；
図１ｂは、図１ａの密封部の側面図；
図１ｃは、閉鎖部の平面図；
図１ｄは、図１ｃの閉鎖部の側面図；
図１ｅは、組み立てられた状態のシールリングの平面図；
図１ｆは、図１ｅの組み立てられた状態のシールリングの側面図；
図１ｇは、図１ａの密封部の線Ａ−Ａに沿った断面図；
図２は、シールリングの更なる実施形態の斜視図；
図３は、乾式駆動型密封装置の長手方向断面図；
図４は、図２のシールリングの平面図；
図４ａは、シールリングの線（Ｂ−Ｂ）に沿った断面図；
図４ｂは、シールリングの線（Ｃ−Ｃ）に沿った更なる断面図；
図４ｃは、方向（Ｅ）から眺めたシールリングの側面図である。
図１ａはセクタ状の切欠部３を有するリング状密封部２を示し、この切欠部３により同密封部２はこの部分に開口部を有することとなる。密封部２はピストンロッドに対向するシール面２ａを有する。図１ｇは、線Ａ−Ａに沿った断面図を示し、本実施形態における密封部２のＬ字型断面図を示す。面２ａは高さＨを有し、同面２ａの一部２ｂは円筒状であり、鎖線で示すピストンロッド４と接触し、かつ接触面２ｂを形成する。シール面２ｂは、軸方向に少なくとも１ｍｍの厚みを有する。面２ａの更なる部分２ｃは、ピストンロッド４の面から離間される円錐面を有する。シリンダの側部から流出するガス（Ｇ）は円錐状の延長部２ｃとピストンロッド４との間に流入し、シール面２ｂとピストンロッド４との間を流れる。それによりこれら２つの面の間に気体軸受が生じ、実質的には摩擦が低減される。
シールリング１２全体は弾性特性を有し、溝１ａに位置するホースバネ１３によって有効的に囲まれ、それにより、シールリング１２はピストンロッド４に対して弾性付勢状態に置かれる。シール面２ｂとピストンロッド４との間を流れるガスは、ホースバネの作用に反する力を生じる。従って、シール面２ｂとピストンロッド４との間を流れるガスは、ピストンロッド４に対してシール部材を押圧する力を低減する。
密封部２は主要部２ｅを有し、同主要部２ｅはその両端部が末端部２ｉ，２ｄにて終了する。図１ｂの側面図より、２つの末端部２ｉ，２ｄは、密封部２全体にわたる平面に対する垂線Ｓの方向、即ちピストンロッド４の動作方向において、主要部２ｅより薄く形成されている。図１ｃは、主要部１ｅ及び末端部１ｇを有する閉鎖部１を示し、同末端部１ｇはその両端にて連結し環状となる。図１ｄは図１ｃの閉鎖部１の側面図を示し、同閉鎖部はホースバネ１３を収容するための溝１ａをその周方向に備える。密封部２及び閉鎖部１のいずれも弾性特性を備える。図１ｅは、閉鎖部１及び密封部２から組み立てられたシールリング１２を示す。この過程において、閉鎖部１は、同閉鎖部１が密封部２の下側部２ｆ上に配置され、同閉鎖部１が密封部２の上側部２ｇを囲んでリング形状となるように、密封部２の上に置かれる。主要部１ｅは密封部２の切欠部３を覆い、垂線Ｓの方向に末端部２ｉ，２ｄと接触した状態となる。主要部１ｅは、ピストンロッド４に対向する面に図１ｇに示すような形状を有する。従って、シールリング１２は、ピストンロッド４の円筒面全体に対して密封機能を有する。主要部１ｅ並びに密封部２は、同密封部２の周方向に間隙Ｓ１を有する。シールリング１２はホースバネ１３によって有効的に囲まれ、それによりシールリングディスクは、予め押圧された状態となる。密封部材としてシールリング１２を使用する間、ピストンドッロッドの動作はシール面２ａの摩耗を来たし、その結果、表面材料が除去される。ホースバネ１３、間隙Ｓ１並びにシールリングディスクの弾性特性によって、シール面２ａとピストンロッド４の面との接触した状態が常に保証される。図１ｆは、図１ｅのシールリング１２の側面図を示す。
図２は別のシールリング１２の拡大図であり、同シールリング１２は、密封部２と、同密封部２上の周方向に置かれるカバーリング１と、同カバーリング１を周方向に囲むホースバネ１３から構成される。カバーリング１は、リング間隙２１を径方向及び軸方向に密封する。
図４に示す平面図において密封部２は面２ａ，２ｂを有し、同面２ａ，２ｂは内側円に沿って環状に延び、ピストンロッド４に対面し、かつシール機能を有する。密封部２は、同密封部２が２つの端部２ｈ，２ｋにて終了するような、部分接合部２１を備えた単一ピースのリングとして形成される。端部２ｋは、密封部２の周方向に延びるセクション２ｉを有し、他方の端部２ｈとともに周方向に重なり合うリング間隙を形成する。密封部２は弾性を有するので、部分接合部２１の領域に間隙Ｓを有する。上述の実施例において、部分接合部２１に相対向する位置であるＤｍａｘから始まる径方向の壁厚Ｄが部分接合部２１に向かって、即ち、Ｄ１或いはＤ２の方向に向かって厚みが減少するように、密閉部２が形成されている。その結果、例えば、高温ポリマーのような高い弾性率の材料から製造されている密封部であっても、部分接合部２１に向かって、増大する弾性及び柔軟な可撓性の少なくとも一方の態様を備える。
図３は、乾式駆動型密封装置、即ち、いわゆるパッキン６の長手方向断面図を示す。ここには、ピストンロッド４を囲む少なくとも一つの密封チャンバ１４が設けられ、同チャンバ１４は２つのチャンバリング５より形成され、関連するシリンダ空間１５を形成するために互いに密封して固定される。２つの部分からなるシールリング１２は密封チャンバ１４に配置され、同リング１２は、密封部２並びにカバーリング１を備える。加えて、ホースリング１３がカバーリング１を囲む。シール面２ａは、圧縮空間１５に向かって楔型に広がる面２ｃを備える。
図４の密封部２は、円錐状に延びる部分的な面２ｃを備えた面２ａを有する。部分的な面２ｃは、ウェブ２ｐによって三カ所中断されている。図４ａは線Ｂ−Ｂに沿った密封部２の断面図を示し、軸方向に延びる円錐状の部分的な面２ｃ並びに、密封部２とピストンロッド４との間に密封作用を生ずる円筒状に延びる部分的な面２ｂを示す。円錐状に延びる部分的な面２ｃは、ピストンロッド４の面と角度βにて交差する。図４ｂは、線Ｃ−Ｃに沿った密封部２のウェブ２ｐの断面図を示す。ウェブ２ｐは、その内側面２ａが密封部２の幅Ｈに対応する軸方向の幅を有し、かつ軸４の面と平行に延びるように形成される。ウェブ２ｐは、ピストンロッド４上において幅Ｈの全体にわたって存在し、密封部２を安定化する役割を備える。図示された実施例では、面２ａの外周にわたって３つのウェブ２ｐが均等に配置され、一つのウェブ２ｐは部分接合部２１の領域中に配置される。密封部２は、当然のことながら、ウェブ２ｐを省略して設計されてもよく、それにより、円錐状の部分的な面２ｃは中断部を備えず、面２ａの外周全体にわたって延びる。
円錐状に延びる部分的な面２ｃは、図４ａに従って、軸４から最大距離Ｂだけ離間している。密封部２の一実施形態では、間隙Ｓは非常に広く形成されており、「２πＢ」の幅を有する。このように形成された密封部２を備えたシールリング１２は、動作の第一段階では摩擦リングを形成し、第二段階では流動リングを形成する。動作の第一段階では、密封部２は円錐状に延びる部分的な面２ｃを有する。シール面２ｂが徐々に摩耗されるに従って、円錐状の部分的な面２ｃは漸減し、最後には、シール面２ｂが幅Ｈの全体にわたって延びる。間隙Ｓが「２πＢ」の幅に対応して形成されたとすると、部分的な面２ｃが完全に摩耗された時点で間隙はゼロになる。この状態で、密封部２は流動リングとなる。その理由は、遊びがゼロになるのでシール面２ｂはそれ以上摩耗せず、その結果、密封部２は動作の第二段階ではほぼ一定の漏れとなるか、あるいは、密封部２は動作の第二段階の間、ほぼ一定に維持される最大流体抵抗を有するからである。
図４ｃは、図４をＥの方向から眺めたシールリングの側面図を示す。密封部２の間隙位置は２つの端部２ｈ，２ｋを有し、端部２ｈは周方向に延びる末端セクション２ｉを有し、それにより周方向における重なり合ったリング間隙が、それぞれ部分接合部２１となるか、あるいは間隙Ｓとなる。
部分的な面２ｃは必ずしも円錐状に延びるように設計される必要はなく、軸４と密封部２との間の部分的な面２ｃの領域中に空間が形成されるような任意の形状をとることができる。
シールリングの良好な密封作用を達成する目的にて、ウェブ２ｐがリング間隙２１の各末端部２ｋ，２ｈに有効に配置される。面２ａの周方向に沿って、複数のウェブ２ｐを設けることも可能であり、例えば、２，４，７，１２あるいは２４個のウェブ２ｐを設けることもできる。ウェブ２ｐを周方向に非常に狭く形成することも可能であり、それにより、周方向に関して、２つのウェブ２ｐ間の距離は、ウェブ２ｐの幅よりも大きいか、あるいは数倍も大きくなる。ウェブ２ｐは一定の幅とすることも可能であるし、あるいは異なる幅とすることもできる。
密封部２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなプラスチック、あるいはポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリ（エーテルケトン）（ＰＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（硫化フェニレン）（ＰＰＳ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）あるいはポリアミドイミド（ＰＡＩ）のような改質された高温ポリマーから形成され得る。
【図１ａ】
0003966901.tif 000002
【図１ｂ】
0003966901.tif 000003
【図１ｃ】
0003966901.tif 000004
【図１ｄ】
0003966901.tif 000005
【図１ｅ】
0003966901.tif 000006
【図１ｆ】
0003966901.tif 000007
【図１ｇ】
0003966901.tif 000008
【図２】
0003966901.tif 000009
【図３】
0003966901.tif 000010
【図４】
0003966901.tif 000011
【図４ａ】
0003966901.tif 000012
【図４ｂ】
0003966901.tif 000013
【図４ｃ】
0003966901.tif 000014