掻取り装置

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【発明の名称】	掻取り装置
【発明者】	【氏名】クリストファーディヴィッドラドクリフ【氏名】ジョナサンジーホワイト
【要約】	【課題】掻取りブッシュ内への過剰な液体流入を、特に構造的に簡単な方法で阻止する。【解決手段】掻取りブッシュ４内の、掻き取りたい液体Ｑの流入部の側７に絞りリング８が設けられており、該絞りリング８が、液体の流入部に面した側の端面に平滑なリング面９を装備していて、液体における付着力Ｓ１の作用を受けて掻取りブッシュ４の、絞りリング８に面した側の平滑な内側の端面１０に付着するようにした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】往復運動する構成部材（２）と、この構成部材（２）を取り囲むケーシング開口（３）との間の周面ギャップ（１）における液体の通流を阻止するための掻取り装置、特にピストンコンプレッサのピストンロッドのためのオイル掻取りパッキンであって、少なくとも１つの掻取りリング（５）を収容するための、ケーシング開口（３）の領域で構成部材（２）を取り囲むように形成された掻取りブッシュ（４）が設けられており、該掻取りブッシュ（４）が、掻き取られた液体を導出するための導出部（６）を有している形式のものにおいて、掻取りブッシュ（４）内の、掻き取りたい液体（Ｑ）の流入部の側（７）に絞りリング（８）が設けられており、該絞りリング（８）が、液体の流入部に面した側の端面に平滑なリング面（９）を装備していて、液体における付着力（Ｓ１）の作用を受けて掻取りブッシュ（４）の、絞りリング（８）に面した側の平滑な内側の端面（１０）に付着することを特徴とする掻取り装置。
【請求項２】絞りリング（８）が、分割された部分、有利には対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、組み付けられた状態で、絞りリング（８）の外周面に接触するばねエレメント（１１）によって共に保持され、絞りリング（８）の内径が、往復運動する構成部材（２）の外径よりも僅かに大きく設定されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】絞りリング（８）が、有利には繊維強化されたプラスチックから成っている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】掻取りブッシュ（４）と絞りリング（８）との端面（９，１０）間のリング面積が、掻取りリング（５）の、端面側の接触面積よりも著しく大きく、有利にはほぼ１０倍の大きさに設定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】絞りリング（８）の、掻き取りたい液体の流入部とは反対の側で掻取りブッシュ（４）内に配置された掻取りリング（５）もしくはそれぞれの掻取りリング（５）が、分割された部分、有利には対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、組み付けられた状態で、掻取りリング（５）の外周面に接触するばねエレメント（１２）によって共に保持され、しかも金属の材料、有利には軸受け用ブロンズから成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】掻取りリング（５）の半径方向の厚さが、剛性要求と製造要求とを考慮して可能な限り小さく、有利には約４ｍｍに設定されている、請求項５記載の装置。
【請求項７】掻取りリング（５）が、掻き取りたい液体の流入部に面した側に、組み付けられた状態で、往復運動する構成部材（２）と接触する掻取りエッジ（１３）を有していて、内周面に、該掻取りエッジ（１３）から他方の側へ開放する僅かな円錐領域（１４）を有している、請求項５または６記載の装置。
【請求項８】絞りリング（８）と掻取りリング（５）とが、掻き取りたい液体の流入部とは反対の端面に、ほぼ半径方向に方向付けられた流出溝（１５，１６）をそれぞれ有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】掻取りリング（５）の、絞りリング（８）とは反対の側に、少なくとも１つのガスシールリングセット（２１）および／または掻取りブッシュ（４）の、掻き取りたい液体の流入部とは反対の内側の端面（２０）と協働する別の絞りリングが掻取りブッシュ（４）内に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、往復運動する構成部材と、この構成部材を取り囲むケーシング開口との間の周面ギャップにおける液体の通流を阻止するための掻取り装置、特にピストンコンプレッサのピストンロッドのためのオイル掻取りパッキンであって、少なくとも１つの掻取りリングを収容するための、ケーシング開口の領域で構成部材を取り囲むように形成された掻取りブッシュが設けられており、該掻取りブッシュが、掻き取られた液体を導出するための導出部を有している形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気機関、液圧式ポンプまたは液圧式プレス機等に設けられた、たとえば、上述したピストンコンプレッサのピストンロッドのような、シールされた往復運動する構成部材において、シール部における作業冷却液体または作業潤滑液体の通流を阻止するために、今日ではたいてい、従来のシール部材に加えて付加的に、特別な掻取りリングを備えたパッキンが使用される。このパッキンによって、液体は、運動する構成部材から掻き取られかつ戻し案内されるかまたは別々に導出される。運動する構成部材の表面との接触によって常に掻き取りを行うことができるように、掻取りリングは、構成部材の運動方向で掻取りブッシュ内に幾分遊びを有していなければならない。これによって、掻取りリングは、掻き取られ得る構成部材の表面に追随することができ、ひいては、たとえば互いに異なる熱膨張が、掻取りリングの互いのもしくは掻取りブッシュに対しての相対運動を締め付けによって妨害することはない。相対運動の妨害は、一層大きい非シール性と、掻き取りたい液体の、望ましくない通流とを生ぜしめる恐れがある。これによって、上で述べた形式の従来公知の装置においては、掻取りブッシュの、掻き取りたい液体を有するスペースに面した流入側には特に、第１の掻取りリングと掻取りブッシュの内面との間に半径方向で比較的大きい量の液体が流入する。したがって、たいていは小さくしか構成され得ず、かつこれに相応して容易に閉鎖される導出部によって、掻取りリングの背後に位置するパッキン室からの液体の可能な限り迅速な導出はしばしば困難になる。これに伴って、たいてい存在する別の掻取りリングまたは類似のエレメントは、往復運動する構成部材に付着するだけでなくパッキン室内全てに存在する液体に関して大きい問題を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の掻取り装置を改良して、上述した公知の掻取り装置の欠点を回避しかつ掻取りブッシュ内への過剰な液体流入を、特に構造的に簡単な方法で阻止することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するために本発明の構成では、掻取りブッシュ内の、掻き取りたい液体の流入部の側に絞りリングが設けられており、該絞りリングが、液体の流入部に面した側の端面に平滑なリング面を装備していて、液体における付着力の作用を受けて掻取りブッシュの、絞りリングに面した側の平滑な内側の端面に付着するようにした。
【０００５】
【発明の効果】このような構成によって、掻取りブッシュ内への可能な液体流入は、運動する構成部材と絞りリングとの間に存在する環状ギャップに制限される。この環状ギャップは、一方では、従来の掻取り装置において少なくとも、掻き取られ得る構成部材の「進入」行程時に軸方向で見て入口側に常に存在する、上述したように掻取りリングの運動のために必要な間隙よりも通常は明らかに小さく構成することができ、ひいては可能な液体流入に対する環状ギャップの作用にそれほど問題なく構成することができるのに対して、他方でも、いずれにせよ環状ギャップを通ってなおも通流する液体量が主として、往復運動する構成部材に付着し、これによって、後置された掻取りリングによって掻き取られ、そのあとに、上述したように導出されるので十分に問題なく構成することができる。したがって、掻取りブッシュの流入側で、往復運動する構成部材から掻き取りたい液体のために存在する両方の流路のうち、パッキンの第１のリングの端面と、掻取りブッシュの内側の端面との間の、問題のある一層大きい液体量が通流する流路は簡単にかつ確実に遮断される。いずれにせよ、この場合、掻取りブッシュの所属の内側の端面への絞りリングの所要な密な接触が、往復運動する構成部材の（掻取りブッシュからの）「走出」運動時に、往復運動する構成部材によってもしくはこの構成部材に配置された掻取りリングによって保証されるのに対して、他方では、掻取りブッシュの内側の端面と、絞りリングの所属の端面との間の間隙における液体の付着力が十分大きく設定されていなければならず、これによって、構成部材の短い運動時間の間、掻き取りたい液体のための流入路が開放されないということを保証することができる。
【０００６】本発明の別の有利な構成では、絞りリングが、分割された部分、有利には対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、組み付けられた状態で、絞りリングの外周面に接触するばねエレメントによって共に保持される。この場合、絞りリングの内径が、往復運動する構成部材の外径よりも僅かに大きく設定されている。これによって、絞りリングの簡単な組み付けが可能となる。この場合、上述した直径比率によって、往復運動する構成部材が実際には絞りリングを貫通して自由に運動可能であり、特に、除去したい液体の掻き取りは、往復運動する構成部材によって行われるのではなくて、当然ながら、上述した後続の掻取りリングによって処理されるということが保証されている。
【０００７】このような構成から分かることは、往復運動する構成部材は、このような駆動ロッド等において十分に一般的な純円筒形状とは異なる構造を有していてもよく、「掻取りリング」もしくは「絞りリング」のみが、相応に適合された内側輪郭を有している限り、説明した掻取り装置では特に、当然ながら楕円状のまたはその他の横断面を備えて形成された摺動ロッド等が装備されていてもよいということである。
【０００８】本発明の別の有利な構成では、絞りリングが、プラスチックから、有利にはたとえばガラス繊維強化もしくは炭素繊維強化されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のような繊維強化されたプラスチックから成っている。このようなリングは製造が簡単で、化学的に非常に安定しているので、たいてい問題とされる使用ケースにとって最適である。
【０００９】本発明の別の有利な構成では、掻取りブッシュと絞りリングとの端面間のリング面積が、掻取りリングの、端面側の接触面積よりも著しく大きく、有利にはほぼ１０倍の大きさに設定されている。こうして、一方では、大きい接触面積によって、掻取りブッシュ内へ掻き取られ得る液体の可能な流入路の良好なシール性が提供されており、他方では、反対の側、つまり絞りリングと後続の掻取りリングとの間においても生じる液体における付着力が、本発明による、絞りリングと、所属の端面との間の付着力よりも著しく小さく保たれるということが保証されており、これによって、絞りリングは、掻き取られ得る構成部材の進入行程時には、掻取りブッシュに対して相対的に不動であるのに対して、後続の掻取りリングは、掻取りブッシュ内の軸方向の遊びによって構成部材と共に僅かに連動され得る。
【００１０】本発明の別の有利な構成では、絞りリングの、掻き取りたい液体の流入部とは反対の側で掻取りブッシュ内に配置された掻取りリングもしくはそれぞれの掻取りリングが、分割された部分、有利には対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、組み付けられた状態で、掻取りリングの外周面に接触するばねエレメントによって共に保持され、しかも金属の材料、有利には軸受け用ブロンズから成っている。これによって、掻き取りたい液体の流入の方向で見て、絞りリングに続く掻取りリングの掻取り作用を改善することができると共に組み付けも簡単に行うことができる。軸受け用ブロンズ製の構造によって、実際には、著しく大きい摩擦もしくはこの摩擦に関連した問題のない、往復運動する構成部材への遊びのない接触が可能となる。
【００１１】この構成に関連して、本発明の別の有利な構成では、掻取りリングの半径方向の厚さが、剛性要求と製造要求とを考慮して可能な限り小さく、有利には約４ｍｍに設定されている。これによって、掻取りリングは、往復運動する構成部材の表面に一層良好に適合することができ、これは、前記構成部材が、たとえば理想的な円筒形状からずれているかまたはすでに相応に摩耗している場合に特に有利である。この僅かな半径方向の厚さによって、外周面に接触するばねエレメントのばね力も比較的小さく保つことができる。このことも同様に、上述した摩擦損失もしくはこの摩擦損失に関連した発熱または膨張等を減少させる。
【００１２】本発明の別の有利な構成では、掻取りリングが、掻き取りたい液体の流入部に面した側に、組み付けられた状態で、往復運動する構成部材と接触する掻取りエッジを有していて、内周面に、この掻取りエッジから他方の側へ開放する僅かな円錐領域を有している。これによって、一方では、掻取りリングの、できるだけ遊びのない密な接触は、比較的僅かに擦過する掻取りエッジに集中されている。これによって、他方では、掻き取り時に、往復運動する構成部材の表面粗さに基づきなおも掻取りエッジの下側を通過する液体（液体フィルム）が、往復運動する構成部材の戻り運動時に再び連行され、掻取りリングの、掻取りエッジとは反対に位置する他方の側では掻き取られず、これによって、不都合な形式で掻取り装置の後方に搬送されるということはあり得ない。
【００１３】本発明の別の有利な構成では、絞りリングと掻取りリングとが、掻き取りたい液体の流入部とは反対の端面に、ほぼ半径方向に方向付けられた流出溝をそれぞれ有している。これによって、これらの両エレメント間で、別個のスペーサエレメント等を設けることなしに、掻き取られた液体の、十分に邪魔されない流出を行うことができる。
【００１４】本発明の別の有利な構成では、掻取りリングの、絞りリングとは反対の側に、少なくとも１つのガスシールリングセットおよび／または掻取りブッシュの、掻き取りたい液体の流入部とは反対の内側の端面と協働する別の絞りリングが掻取りブッシュ内に配置されていてよい。これによって、掻き取りたい液体の流入に関連して、掻取りブッシュの外側でも掻取り作用のさらなる改善が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１６】両方の図面に示した、往復運動する構成部材２と、この構成部材２を取り囲むケーシング開口３との間の周面ギャップ１における液体の通流を阻止するための掻取り装置は、少なくとも１つの掻取りリング５を収容するための、ケーシング開口３の領域で構成部材２を取り囲むように形成された掻取りブッシュ４を有している。この場合、往復運動する構成部材２から掻き取られた液体は、（図１にのみ示した）導出部６を介して導出されるかもしくは適当な循環路内へ戻し案内される。掻き取りたい液体の流入部の側７では、掻取りブッシュ４内に絞りリング８が設けられている。この絞りリング８の、液体の流入部に面した端面は、平滑なリング面９で構成されていて、液体における付着力の作用を受けて掻取りブッシュ４の、絞りリング８に面した平滑な内側の端面１０に付着する。絞りリング８をこのように配置することによって、構成部材２から掻き取りたい液体の、掻取りブッシュ４内への流入は著しく減少させられ、このことは、以下に、図２の概略図に基づきさらに詳しく説明する。
【００１７】図２には、掻取り装置の基本的な構成が示してある。ここでは、掻取りブッシュ４内に掻取りリング５と絞りリング８とが１つずつしか図示されていない。個々の構成部材間の間隔もしくは間隙は、可能な液体流路を明瞭に示すために極端に拡大されている。
【００１８】液体の流入部の側７から周面ギャップ１もしくはケーシング開口３へ達する液体量は符号Ｑで示してある。掻取りブッシュ４内へ達する部分流は、入口側の第１のリング（ここでは絞りリング８）のリング面９と、掻取りブッシュ４の内側の端面１０との間の部分量Ｑ１ならびに第１のリング（ここでは絞りリング８）の内周面と、掻き取られ得る構成部材２自体の表面との間の部分量Ｑ３から成っている。往復運動する構成部材２の表面から掻取りリング５によって掻き取られた液体量が符号Ｑ２で示してある。たいていこの液体量Ｑ２は、重力の作用を受けて掻取りブッシュ４から導出部６（図１参照）を介して簡単に再び流出する。符号Ｑ４では、掻き取られ得る構成部材２の表面に（主として表面粗さのため）まだ付着していて、さらに掻取りリング５を通過する液体量が示してあり、さらに符号Ｑ５では、全ての掻取り手段にもかかわらず、さらに掻取りブッシュ４の後方へ搬送される液体量が示してある。
【００１９】掻取りリング５（もしくは、たとえば図１に示したように多数配置されている場合の掻取りリング５）は、側方のリング面である程度自由に可動でなければならず、特に、掻き取られ得る構成部材２にもしくは構成部材２の表面に場合によって存在する不規則性に追随できるように締め付けられていてはならないので、掻取りリング５のために軸方向で遊びが設けられなければならない。これによって、従来公知の、入口側の絞りリング８なしの掻取り装置においては、構成部材２の、（図１および図２で示した図面で見て右側への）その都度の進入行程時に、入口側で掻取りブッシュ４の内側の端面１０に対して比較的大きい間隙が開放されることになり、その結果、比較的大きい部分量Ｑ１が掻取りブッシュ４内へ到達し得る。構成部材２の進入行程時におけるこの部分量Ｑ１を阻止するために、本発明の構成では絞りリング８が設けられている。この絞りリング８のリング面９は、液体における付着力（Ｓ１）の作用を受けて掻取りブッシュ４の内側の端面１０に付着する。この場合、掻取りブッシュ４と絞りリング８との端面９；１０間のリング面積が、掻取りリング５と絞りリング８との、端面側の接触面積よりも著しく大きいと有利であり、ひいてはこの接触面でも生じる付着力Ｓ２がＳ１よりも小さく保たれる。
【００２０】これによって、構成部材２の進入行程時に、（液体が、この場合に間隙内に生じる負圧の作用を受けて間隙を充填する前に、少なくとも付着力の作用している制限された時間にわたって）絞りリング８が内側の端面１０と密着したままであるのに対して、掻取りリング５は、掻取りブッシュ４の、後側の内側の端面２０に接触するまで軸方向に連動され得る。構成部材２の（図１および図２で見て左側への）走出行程時には、絞りリング８は、構成部材２自体によってもしくは、やはり図面で見て左側へ連行される掻取りリング５によって内側の端面１０へ押圧される。つまり両方の行程時には、部分量Ｑ１のための流路が実際に閉鎖されているので、掻取りブッシュ４内への、掻き取りたい液体の流入は、実際には絞りリング８の内周面における部分流Ｑ３によってしか行われ得ない。
【００２１】絞りリング８は、有利には、対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、組み付けられた状態では、絞りリング８の外周面に接触するばねエレメント１１によって共に保持される。この場合、絞りリング８の内径は、往復運動する構成部材２の外径よりも僅かに大きく設定されており、絞りリング８は、掻取り装置の運転時には内側の端面１０にできるだけ密接に付着しているのが望ましく、ひいては絞りリング８の内周面が、往復運動する構成部材２の表面に自由に追随させられてはならず、説明したように掻取りブッシュ４内で比較的自由に可動な掻取りリング５で生じる掻取り機能は、絞りリング８にとっては最初から目標とされていない。したがって、たとえば繊維強化されたプラスチックから成る絞りリング８は主として、従来可能な液体部分流Ｑ１に対する流入側の確実な遮断の機能しか引き受けない。往復運動する構成部材２からの液体の本来の掻取りは、この掻取りのために特別に形成された掻取りリング５によって行われる。
【００２２】掻取りリング５も同様に、たとえば対角線もしくは直径線に沿って分割された２つの部分から成っていて、図示のように組み付けられた状態では、掻取りリング５の外周面に接触するばねエレメント１２によって共に保持されており、しかも軸受け用ブロンズのような金属の材料から成っている。往復運動する構成部材２の表面にできるだけ十分に追随できるように、掻取りリング５の半径方向の厚さは、剛性要求と製造要求とを考慮して可能な限り小さく設定されているので、本来の掻取りエッジ１３は、構成部材２にできるだけ良好に適合することができる。掻取りリング５の内周面には、掻取りリング５が組み付けられた状態で、往復運動する構成部材２に接触する掻取りエッジ１３から他方の側へ開口する僅かな円錐領域１４が設けられている。この円錐領域１４の円錐角は極めて小さく、たとえば約２゜である。これによって、掻取りエッジ１３が設けられているにもかかわらずもしくはこの掻取りエッジ１３の下側を通ってさらに掻取りリング５の後方へ達する、構成部材２の表面に付着している部分流Ｑ４の少なくとも大部分は、（図１および図２で見て左側への）走出方向の戻り運動時にも構成部材２と共に再び掻取りリング５の手前もしくはこの掻取りリング５の掻取りエッジ１３の手前に戻され得る。円錐領域１４が設けられておらず、たとえば図２で見て掻取りリング５の右側にも鋭い掻取りエッジが装備されていると、液体量Ｑ４が増大して、実際に不都合に掻取り装置の後方へ搬送されてしまうことになる。
【００２３】絞りリング８および掻取りリング５の、掻き取りたい液体の流入部とは反対の側の端面にはそれぞれ、ほぼ半径方向に方向付けられた流出溝１５，１６が設けられている。この流出溝１５，１６は、導出部６の方向への、掻き取られた液体の流出を可能にする。
【００２４】図１では、掻取りブッシュ４は全部で３つの部分から成っている。第１の入口領域１７内には、絞りリング８と共に３つの個々の掻取りリング５が配置されている。中間領域１８内には、２つの別の掻取りリング５が設けられている。図面で見て最も外側の右側領域１９内には、一般的にＳＬＰリング（側方負荷型圧縮リング）と呼ばれるガスシールリングセット２１が設けられている。通常、ガスシール部材として使用される、一般的に第１の両リングと関連して取り囲まれたガスシールリングセット２１は、ここでは装置全体の掻取り作用を助成する。しかし、これとは別に右側領域１９内では、掻取りリング５の、絞りリング８とは反対の側に、たとえば掻取りブッシュ４の、掻き取りたい液体の流入部とは反対の側の内側の端面２０と協働する別の絞りリングが設けられていてもよい。この絞りリングは、図２で符号Ｑ５を付した部分流を、Ｑ１に関連して上述したのと同様に阻止するかまたは少なくとも妨害する。

【出願人】	【識別番号】５９９０２４５９５【氏名又は名称】ヘルビガーヴェンティールヴェルケゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
【出願日】	平成１２年６月１３日（２０００．６．１３）
【代理人】	【識別番号】１０００６１８１５【弁理士】【氏名又は名称】矢野敏雄（外３名）
【公開番号】	特開２００１－２１０４３（Ｐ２００１－２１０４３Ａ）
【公開日】	平成１３年１月２６日（２００１．１．２６）
【出願番号】	特願２０００－１７７２７９（Ｐ２０００－１７７２７９）