Holbenlidernng für Brennpulvermotoren. Die bei Ölmotoren gebräuch liohe Kolben- Iiderung vermittelst übergestreifter. federn der Kolbenringe ist für Brennkraftmaschi- nen für pulverförmige Brennstoffe nicht geeignet.
Die Veibrennungsgase enthalten feste, mineralische Brennpulverrückstände aus dem Verbrennungsvorgange, welche im Betrieb eine schnelle Abnutzung der Kol benringe verursachen. Diese Abnutzung wird rasch so gross, dass sich die Kolben ringe, die sich immer an die innere Zylin derwand andrücken, an ihren Stossfugen nicht mehr überdecken und dadurch nicht mehrdicht halten.
Umfassende Forschungen an ausgeführ ten Kohlenstaubmotoren haben ergeben, dass die Asche des Kohlenpulvers in der Afa- schine hauptsächlich dadurch zwischen die Ringe gerät, dass die Kalbenringe undicht sind' und die durchströmenden Undichtig- keitsgase vom Arbeitsraum solche Asche zwischen die Kolbenringe und die Zylin derwand hineinfegen. Bei den bekannten, ge wöhnlichen,
einfachen Ringen mit Überlap- pung am Stoss treten dabei so hohe Geschwin digkeiten der Undichtigkeitsgase an den überlappten Stossstellen auf, dass tiefe Gru ben in die Zylinderwand, in den Kolben und in den jeweils darunter liegenden Ring ge blasen werden.
Die Undichtigkeitsgase werfen die mit gerissene Schlacke und Asche wie ein Sand strahlgebläse durch solche Kolbenringfugen.
Kolben und Kolbenringe an Kohlenstaub- maschinen müssen nicht nur abdichten wie bei Ölmaschinen, sondern noch die unver meidlich stets in kleinen Mengen eintretende Kohlenpulverasche tot reiben, ihr möglichst schnell die ,Schleiffähigkeit nehmen, da durch, dass, wie beim Einschleifen von Häh nen der Einschleifschmirgel die Asche zer drückt, zerrieben und zermahlen, also von einem grösseren Anfangskorn möglichst bald auf eine ganz kleine Korngrösse gebracht wird.
Dieses Zermahlen kann aber nur dann erfolgen, wenn die zwischen Kolben und Zylinderwand eintretende Asche nicht schnell durchgefegt wird, sondern nur lang- sa.m eintreten kann. Beim schnellen Durch- fegen treten Blasriefen in der Zylinderwand und Kolbenwand auf, durch deren Erwei terung in immer steigendem Masse Asche durchgefegt wird, so dass ein Dauerbetrieb kaum zu erreichen ist.
Wenn aber die Asche teilchen auf feines Korn zerrieben werden, bilden sie mit Schmieröl eine dickliche, schwarze Schmiermasse von grösserer Zähig keit als das Schmieröl allein im Anfang be sessen hat, Diese Schmiermasse dichtet bes ser als reines Öl, kann aber nur dann zwi schen Zylinderwandl und Kolben zum Schmieren gebraucht werden, wenn die Ascheteilchen :auf ganz kleine, unschädliche Körnchen zerdrückt und zerrieben sind.
Die Grösse derselben muss kleiner sein, als. die Filmdicke der Schmierschicht, also kleiner, alis die Ölhaut :dick ist, die sich trotz dem Darüberschleifen der Kolbenringeauf !der Zy- lind lerwand im Betrieb:e erhält.
Dann schwim men gewissermassen die Ascheteilchen in dem flüssigen Schmieröl und können nur die eine der beiden Metallwände, nicht aber mehr gleichzeitig beide berühren, welche durch jene 0lfilm:dicke im Betriebe getrennt gehal ten werden.
Durch Versuchsforschungen über mehrere Jahre wurden diese Verhältnisse bei den verschiedenen Kohlensorten studiert und erkannt, dass diese Schwierigkeit und die Abnutzung in wirtschaftlich sehr befrie- ,digendler Weise :dadurch beseitigt werden, dass in jede Kolbennut zwei Ringe neben einander mit gegeneinander versetzten Stoss fugen eingelegt werden, so dass die Kolben nut bei den :Stossfugen durch einen vollen Ring abgedeckt ist.
Zwei Ringe verschiedener Konstruktion sind. bisher nur in Dampfmaschinen, Gas- und Ölmotoren und Pumpen nebeneinander in eine Kolbenringnut eingelegt worden, aber nicht an Kohlenstaubmotoren. Dies beweisen die Veröffentlichungen über :die bisherigen Kohlenstauhmotoren. Darauf sind auch zum grössten Teil die bisherigen Misserfolge an Kohlenstaubm.aschinen zurückzuführen.
Der Erfinder kam nämlich auf viel verwickel- tere Kolbendichtungen, zum Beispiel .durch Flüssigkeitsabdichtung, und mühte sich vergeblich, auf diesem Wegeden Kolben ab zudichten und, den Verschleiss einzuschrän ken.
Zwei Ringe nebeneinander anzuwenden, laig für den Fachmann durchaus nicht nahe, weil im Gegensatz zur späteren Erfahrung zu vermuten war, .dass infolge der .doppelten Reibflächenbreite an der Zylinderwand durch die Kolbenasche :die Zylinderseele ,doppelt so rasch albgenutzt werden .müsste: erst die Versuche des Erfinders zeigten, dass überraschenderweise gerade das Gegenteil .davon der Fall ist.
Die Zeichnung .zeigt in den Fig. 1-3 die sandstrahlgebläseartige Wirkung der Un- dichtigkeitsgase bei der gebräuchlichen Kol- benliderung. Die übrigen Figuren betreffen Ausführungsbeispiele der Kolbenliderung gemäss der Erfindung..
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kolbenkopf mit Ringen gewöhnlicher Art, Fig. 2 die Kolbenringstösse nach Fig. 1, Fig. .3 einen Aufriss eines Einzelringes nach Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Kol- benkopf mit der Li8erung gemäss :
der Erfin dung, Fig. 5 einen Aufriss eines Ringpaares nach Fig. 4, ; Fig. 6 :ein Kolbenringpaar, .der Deutlich keit halber etwas auseinander genommen, Fig. 7, 8 und 9 zeigen Ausführungsbei sipiele von Ringpaaren, mit einer Begren zung der Federung im Querschnitt.
In Fig. 1-3 blasen :die aschehaltigen Verbrennungsgase durch die erste Stossfuge a', in den Ringraum d hinter :dem Kolbenring b und von dort durch die naheliegende, zweite Stossfuge a." mit fast unverminderter Fegwirkung in den Ringraum g, der durch die Differenz von Kalbendurehmesser und Zylinderbohrung bedingt ist.
An der Um lenkstelle (c) an :der Zylinderwand schleifen die Undichtigkeitsgase jene eigenartigen Höhlungen c in die Zylinderwiiind, wie sie Fig. 2 bei .drei im Kolben aufeinanderfol- genden Ringen in einer Ansicht von vorn zeigt. Die Blaswirkung nimmt nach dem Pas sieren jedes Ringes b .ab, so dass auch die Aushöhlungen c kleiner werden.
N a ah Fig. 4 und 5 sind in jeder Kolben nut d nebeneinander zwei Kolbenringe <I>b'</I> und b" mit versetzten Stossfugen a. eingelegt. Das Verdrehen .der Kolbenringe<I>b'</I> und<I>b"</I> gegeneinander und das Drehen in der Nut <I>d</I> ist durch Anschlagstifte<I>f</I> verhindert.
Die durch die Stossfuge a' des jeweils ersten Kalbenringes b' (Feg. 4) hindurch fegenden, asthehaltigen Verbrennungsabgase finden bei ihrem Austritte bei<B>d</B>" den Weg -durch den vollen Querschnitt des in der glei chen Nut liegenden, zweiten Ringes b" ver sperrt.
Sie müssen hinter und zwischen den Ringen b' und b" einen beträchtlichen Weg bis zur zweckmässig um den halben Kolben umfang versetzten .Stossfuge a"' des zweiten Ringes b" zurücklegen, um durch diese bei a"" in den Zwischenraum g zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ringpaaren eintreten zu können.
Auf diesem langen Wege wird die Kraft und Geschwindigkeit der durch fegenden Aschengase beträchtlich vermin- dert. Si besitzen beim Austritte aus der Stossfuge a<B>....</B> des zweiten Kolbenringes <I>b"</I> nicht mehr eine derart starke Blaswirkung, dass die mitgeführten, festen Aschenteilchen solche Höhlungen c (Feg. 1 und 2) im Kol ben und in der Zylinderwand ausarbeiten können.
Fig. 6 zeigt eine andere Art, die Ringe am Verdrehen zu hindern. Der eine Ring jedes Ringpaares besitzt an seiner ebenen, -dem andern Ringe zugewendeten Fläche eine Nase i, die in eine entsprechende Aus sparung k bei der Überlappungsfuge des an dern Ringes eingreift. Ausserdem besitzt der eine Ring .an seiner Aussenseite eine ähn liche Nase 1, die in einer Aussparung des Kolbens liegt.
Durch die Nasen i mit den Aussparungen k wird das Verdrehen der beiden Ringe eines Ringpaares gegenein ander verhütet, während die in der Kolben- aussparung liegende Nase l das ganze Ring paar im Kolben am Verdrehen hindert. Die Nasen<I>i</I> und l können aus dem vollen Ring materia1 ausgearbeitet oder eingesetzt wer ,den und durch Löten, Schweissen oder Nie ten mit edlem Ring verbunden sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind an jedem Ring zwei Sicherungsnasen c angeordnet, welche in Aussparungen k des andern Ringes zu beiden Seiten seiner Stoss stelle a eingreifen.
Die Aussparungen k sind etwas breiter als die Nasen i und gestatten bei der allmählichen Abnutzung .der Ringe im Betriebe deren feiderndes Auseinander spreizen und Andrücken an die Zylinder wand, bis die Innenflanken k' nach Zurück legen des Weges<I>w</I> an die Nasen<I>i</I> des Gegen ringes anstossen. Dann verhindern .die Nasen i ein weiteres Ausdehnen ,
des Gegenringes und entlasten so die Zylinderwand von dem starken Anpressungsdruck der Kolbenringe. Die Ringe haben sich bis dahin gut in den Zylinder eingelaufen und halten nun auch ohne weitere Eigenfederung in den meisten Fällen völlig dicht.
Weil .der starke Anpres- sungsdruck der Kolbenringe an die Zylinder- wand. jetzt fortfällt, nutzen sieh Zylinder tm.d Ringe nach Erreichung dieser Einlauf- stellung nicht mehr wesentlich ab.
Durch diese begrenzte Förderung der Ringe wird auch verhütet, dass bei geringer überlappung die Ringe sich nach der Abnutzung so weit ausdehnen, dass die Überdeckung verloren geht und .die Fugen a', a" einen quer durch- laufenden, freien Spalt bilden.
Nach Fig. 8 stossen die beiden Ring enden der Ringe b', b" an .der Stossstelle ge gen eine Nase des andern Ringes, die bis zur gegenüberliegenden Wand der Kolben nut reicht.
Nach Fig. 9 ist diese Nase nur halb so hoch wie der Ring breit und die Ringenden sind abgesetzt und bilden miteinander eine Stossfuge a.
Zweckmässig sind bei einem Kolben 3-5 Paar Kolbenringe vorgesehen, und zwar etwa 3 Paar bei schnellgehenden Kolben bis 300 mim Durchmesser und etwa 5 bei lang sam gehenden Kolben und grösserem Durch messer (über 300 mm).
Holbenlidernng for fuel powder engines. The liohe piston sleeve used in oil engines is put on by means of slipped on. The springing of the piston rings is not suitable for internal combustion engines for pulverulent fuels.
The combustion gases contain solid, mineral fuel powder residues from the combustion process, which cause rapid wear of the piston rings during operation. This wear quickly becomes so great that the piston rings, which always press against the inner cylinder wall, no longer overlap at their butt joints and thus no longer hold tight.
Comprehensive research on executed pulverized coal engines has shown that the ash from the coal powder in the A-machine gets between the rings mainly because the calving rings are leaking and the leakage gases flowing through from the working area sweep such ashes between the piston rings and the cylinder wall . With the well-known, ordinary,
simple rings with overlapping at the joint occur at such high speeds of the leakage gases at the overlapped joint that deep pits are blown into the cylinder wall, into the piston and into the respective ring below.
The leak gases throw the cracked slag and ash like a sandblast through such piston ring joints.
Pistons and piston rings on pulverized coal machines not only have to seal, as in oil machines, but also rub the inevitable coal powder ash that always enters in small quantities to death, depriving it of its ability to grind as quickly as possible, because, as with the grinding of roosters, the grinding emery the ashes crush, grind and grind, that is, from a larger initial grain to a very small grain size as soon as possible.
This grinding can only take place, however, if the ash entering between the piston and cylinder wall is not swept through quickly, but can only enter slowly. When swept through quickly, blow marks appear in the cylinder wall and piston wall, the expansion of which causes ash to be swept through to an ever increasing extent, so that continuous operation can hardly be achieved.
But when the ash particles are crushed to a fine grain, they form a thick, black lubricating mass with lubricating oil of greater viscosity than the lubricating oil alone had at the beginning.This lubricating mass seals better than pure oil, but can only then be between the cylinder wall and pistons are used to lubricate when the ash particles are: crushed and ground down to very small, harmless granules.
The size of the same must be smaller than. the film thickness of the smear layer, i.e. smaller than the oil skin: is thick, which remains on the cylinder wall during operation despite the piston rings being grinded over it.
Then the ash particles swim to a certain extent in the liquid lubricating oil and can only touch one of the two metal walls, but no longer touch both of them at the same time, which are kept separate by that thick film of oil in the company.
Through experimental research over several years, these relationships were studied with the different types of coal and it was recognized that this difficulty and the wear and tear can be eliminated in an economically very satisfactory manner: by inserting two rings next to each other with butt joints offset against one another in each piston groove so that the piston groove at the butt joints is covered by a full ring.
There are two rings of different construction. so far only in steam engines, gas and oil engines and pumps placed side by side in a piston ring groove, but not in coal dust engines. This is proven by the publications on: the previous coal accumulation engines. The previous failures with pulverized coal machines are largely due to this.
The inventor came up with much more complicated piston seals, for example by means of liquid sealing, and tried in vain to seal the piston in this way and to limit wear.
Using two rings next to one another is not at all obvious for the expert because, contrary to later experience, it was to be assumed that, due to the double friction surface width on the cylinder wall through the piston ash: the cylinder core, would have to be used twice as quickly: the first Experiments by the inventor have shown that, surprisingly, just the opposite is the case.
The drawing shows in FIGS. 1-3 the sandblasting effect of the leakage gases in the usual piston eyelid. The remaining figures relate to exemplary embodiments of the piston cover according to the invention.
1 shows a longitudinal section through a piston head with rings of the usual type, FIG. 2 shows the piston ring joints according to FIG. 1, FIG. 3 shows an elevation of an individual ring according to FIG. 1, FIG. 4 shows a cross section through a piston head with the vent according to :
the inven tion, Fig. 5 is an elevation of a pair of rings according to Fig. 4; Fig. 6: a pair of piston rings,. For the sake of clarity, slightly taken apart, Fig. 7, 8 and 9 show exemplary embodiments of sipiele ring pairs, with a limita- tion of the suspension in cross section.
In Fig. 1-3: the ash-containing combustion gases blow through the first butt joint a ', into the annular space d behind: the piston ring b and from there through the nearby, second butt joint a. "With an almost undiminished sweeping effect into the annular space g, through the difference between the calf diameter and the cylinder bore is due.
At the deflection point (c): the cylinder wall, the leakage gases drag those peculiar cavities c into the cylinder winding, as shown in a view from the front in FIG. 2 for three rings in the piston. The blowing effect decreases after each ring b has passed, so that the cavities c also become smaller.
4 and 5, two piston rings <I> b '</I> and b "with offset butt joints a. Are inserted next to one another in each piston groove d. The twisting of the piston rings <I> b' </I> and <I> b "</I> against each other and turning in the groove <I> d </I> is prevented by stop pins <I> f </I>.
The branch-containing combustion gases sweeping through the butt joint a 'of the first calving ring b' (Fig. 4) find their way through the full cross-section of the groove lying in the same groove when they exit at <B> d </B> " , second ring b "locked.
You have to move behind and between the rings b 'and b "a considerable way up to the practical by half the piston circumference .Stossfuge a"' of the second ring b "to go through this at a" "in the space g between two successive To be able to enter ring pairs.
On this long journey the force and speed of the ash gases sweeping through are considerably reduced. When exiting the butt joint a <B> .... </B> of the second piston ring <I> b "</I>, Si no longer have such a strong blowing effect that the solid ash particles carried along with them create cavities c (Fig. 1 and 2) in the piston and in the cylinder wall.
Fig. 6 shows another way of preventing the rings from twisting. One ring of each pair of rings has on its flat surface facing the other ring a nose i which engages in a corresponding recess k in the overlap joint of the other ring. In addition, one ring has a similar nose 1 on its outside, which is located in a recess in the piston.
The lugs i with the recesses k prevent the two rings of a pair of rings from rotating against each other, while the lug 1 located in the piston recess prevents the entire pair of rings in the piston from rotating. The noses <I> i </I> and l can be worked out or inserted from the full ring material, which and connected to a noble ring by soldering, welding or riveting.
In the embodiment of FIG. 7, two locking lugs c are arranged on each ring, which engage in recesses k of the other ring on both sides of its joint a.
The recesses k are slightly wider than the noses i and, with the gradual wear of the rings in the factory, allow them to spread apart and press against the cylinders until the inner flanks k 'have covered the path <I> w </I> butt against the noses <I> i </I> of the counter ring. Then the noses prevent further expansion,
of the counter ring and thus relieve the cylinder wall from the strong contact pressure of the piston rings. By then, the rings have run into the cylinder well and are now completely tight in most cases without any further inherent springiness.
Because .the strong contact pressure of the piston rings on the cylinder wall. now no longer wear out, see cylinder tm.d rings no longer wear significantly after reaching this inlet position.
This limited promotion of the rings also prevents the rings from expanding after wear and tear, with little overlap, so that the overlap is lost and the joints a ', a "form a transverse, free gap.
According to Fig. 8, the two ring ends of the rings b ', b "abut .der the abutment ge against a nose of the other ring, which extends to the opposite wall of the piston groove.
According to FIG. 9, this nose is only half as high as the ring is wide and the ring ends are offset and together form a butt joint a.
For a piston, 3-5 pairs of piston rings are expediently provided, namely about 3 pairs for fast moving pistons up to 300 m in diameter and about 5 for slow moving pistons and larger diameter (over 300 mm).