Kolbengasmaschine. Es ist bekannt, eine Kolbengasmaschine mit einem Kolben zu versehen, der mittels einer starr an diesem Kolben befestigten Stange im Arbeitszylinder der Maschine gerade geführt wird, wobei dieser Kolben mit einem oder meh reren Kolbenringen versehen ist. Hierbei ist unter einer Kolbengasmaschine ein Heissgas kolbenmotor, eine gemäss dem umgekehrten Heissgasmotorprinzip arbeitende Kaltgaskühl- masehine und eine Wärmepumpe zu verstehen. Die vorgenannten Konstruktionen findet man z.
B. beim Verdrängerkolben von Verdränger- maschinen und bei Maschinen, bei welchen die Kolbenstangen mit Kreuzköpfen versehen sind.
Bisher war es üblich, die Kolben die ser Maschinen mit einer Anzahl metallener Kolbenringe zu versehen. Dies hat aber den Nachteil, dass diese Ringe geölt werden müs sen. Beim Ölen der Zylinderwände und Ringe besteht aber die :Möglichkeit, dass das Schmier mittel infolge der Hin- und Herbewegung des Kolbens zum Arbeitsraum gelangt. Dies ist namentlich bei Kolbengasmaschinen sehr nach teilig, da dieses Schmiermittel von den Gasen im Arbeitsraum mitgenommen werden kann und sieh in den Wärmeaustauschern und im Regenerator ablagern kann.
Infolgedessen wird die Wärmeübertragung zu und von den Gasen beeinträchtigt, wodurch der Wirkungs grad der Maschine ebenfalls beeinträchtigt wird. Die Anmelderin hat erkannt, dass sogar bei schnellaufenden Maschinen, z. B. mit einer Drehzahl von 1500 bis 2000 Umdrehun- gen je Minute, wenn die Kräfte quer zu den Laufflächen der Kolben nicht zu gross sind, statt metallener Kolbenringe hölzerne Kolben ringe verwendet werden können.
Die Maschine nach der Erfindung ist dem zufolge dadurch gekennzeichnet, dass wenig- stens einer der Kolbenringe des Kolbens aus Holz besteht.
Hierbei ist unter Holz das Naturprodukt oder ein Kunstholz, das heisst ein z. B. aus Holzspänen oder Holzfasern mit einem Binde mittel hergestelltes Produkt zu verstehen.
Es hat sich gezeigt, dass diese Holzkolben- ringe nicht geölt zu werden brauchen, so dass die vorgenannten Schwierigkeiten entfallen. Die Holzringe können entweder aus einem Stück bestehen oder aus verschiedenen Stük- ken aufgebaut sein.
Es sei bemerkt, dass es an sich bekannt ist, in den Kolben langsamlaufender Dampf maschinen Holzringe zu verwenden, die dann vom Kondenswasser geschmiert werden.
Nach einer Ausführungsform kann der Kolbenring eine geschichtete Struktur auf weisen. Die Schichten erstrecken sich vor zugsweise senkrecht zur Achse des Ringes, und die Holzfasern in den Schichten verlaufen verschieden von einer Schicht zur andern.
Das Holz kann zusammengepresst sein. Da die Elastizität des Holzes verhältnis mässig gering ist, wodurch ohne weitere Mass nahmen der Ring nicht hinreichend an der Wand abdichten würde, wird der Ring vor- zugsweise durch eine zusätzliche Kraft gegen die Wand gedrückt. Zu diesem Zweck kann hinter dem Ring in der Kolbennut ein elasti scher Ring angeordnet sein. Durch diese Massnahme werden Durchlässe hinten um den Ring herum verhütet oder wenigstens bedeutend herabgesetzt.
Werden die Holzkolbenringe in Kaltgaskühl- maschinen verwendet, so werden sie infolge der niedrigen Temperaturen in der Maschine stark schrumpfen, wodurch die Ringe frei in den Nuten liegen. Infolgedessen kann eine Pumpwirkung hinten um den Ring herum ent stehen. Diese Pumpwirkung kann vermieden werden, wenn Abdichtungsmittel zwischen wenigstens einer Flanke des Kolbenringes und der entsprechenden Seitenfläche der Nut an geordnet werden.
Zweckmässig ist in wenigstens einer Sei tenfläche der Kolbennut eine koaxial mit der Lauffläche des Kolbens gelegene Rille vorge sehen, in der ein elastischer Dichtungsring liegt.
In der beiliegenden Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin- dungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Kaltgaskühlmaschine, die mit einem Verdränger mit hölzernen Kolbenringen versehen ist, Fig. 2 und 3 in grösserem Massstabe den Kolbenring und einen Teil eines Verdrängers,
Fig. 4 einen Axialschnitt durch einen Kol benring und Fig. 5 eine Draufsicht eines Kolbenringes, der aus verschiedenen Stücken besteht.
Die Kühlmaschine nach Fig. 1 ist mit einem Zylinder 1 versehen, in dem ein Ver- drängerkolben 2 und ein Arbeitskolben 3 mit konstantem Phasenunterschied hin und her bewegbar sind. Der Verdrängerkolben 2 ist durch ein Triebstangenmechanismus 4, 5 mit. einer Kurbel der Kurbelwelle 6 verbunden, und der Arbeitskolben 3 ist ebenfalls mittels einer Triebstange 7 mit dieser Kurbelwelle 6 gekuppelt.
Der Raum 8 oberhalb des Verdränger- kolbens ist der kalte Raum der Maschine, und dieser steht durch einen Wärmeaustauscher 9, Regenerator 10 und Kühler 11 mit dem Raum 12 zwischen V erdränger und Kolben in Ver bindung. Der letztgenannte Raum ist der sogenannte warme Raum.
Die Kolbenstange 4 ist unbeweglich am Verdrängerkolben 2 befestigt und wird im Kolben 3 gerade geführt. Bei dieser Ausbil dung treten beim Verdrän gerkolben keine oder nahezu keine Querkräfte auf, so da.ss der Ver- drängerkolben mit. hölzernen Kolbenringen 13 versehen sein kann. Der Arbeitskolben 3 ist mit normalen Metallkolbenringen 14 versehen, da die an der Lauffläche dieses Kolbens auf tretenden Querkräfte beträchtlich sind.
Die Kolbenringe im Verdrängerkolben brauchen nicht geölt zu werden, so dass keine Sonder massnahmen getroffen zu werden brauchen, um das Schmiermittel zur Lauffläche zu führen.
Die Kühlmaschine wird vom Elektromotor 1:i angetrieben.
In Fig. 2 ist in grösserem Massstabe ein Teil eines Querschnittes eines Verdrängerkolbens abgebildet. Der Verdrängerkörper 20 ist mit einer Kolbennut \?1 versehen, in der ein höl zerner Kolbenring 22 angeordnet ist. Dieser Holzkolbenring bewegt sich längs der Zylin derwand 23. Da der Kolbenring 22 selbst nicht. hinreichend elastisch ist, ist hinter dem Kolbenring ein Gummiring 24 angeordnet, der den Ring auswärtsdrüekt. Im vorliegenden Fall ist der Gummiring im Querschnitt rund ausgebildet; es ist aber auch möglich, dem Ring andere Querschnitte, z.
B. einen recht eckigen Querschnitt, zu geben. Ausserdem wird der Gummiring Gasdurchlässe hinten um den Kolbenring herum verhüten.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Bauanordnung. Hierbei ist aber hinter dem Ring 30 eine Blatt feder 31 angeordnet, die den Ring auswärts- drüekt,und in den Seitenflächen der Kolben nut 32 sind Rillen 33 und 34 vorgesehen, in denen Gummiringe 35 und 36 liegen. Durch diese Konstruktion werden Durchlässe des Arbeitsmittels hinten um den Ring herum ver mieden. Diese Ausführungsform empfiehlt sich namentlich bei Holzringen an Kaltgas- kühlmaschinen, da bei diesen Maschinen wegen des beträchtlichen Schriunpfes der Ringe letz tere mit. zu grossem Spiel in den Kolbennuten zu liegen kommen können.
Fig. 4 ist ein Axialschnitt eines Kolben ringes, aus dem erhellt, dass dieser Kolbenring aus verschiedenen Schichten 38 besteht. Die Schichten erstrecken sich senkrecht zur Achse 37, und die Fasern in den Schichten verlau fen in verschiedenen Richtungen von einer Schicht zur andern.
Fig. 5 zeigt einen geteilten Kolbenring, der aus sechs Stücken besteht, von denen drei, das heisst 40, 41, 42, durch Federn 44, 45 bzw. 46, die an der Wand 43 des Verdrängers an liegen, auswärtsgedrückt werden, wodurch zu gleich die Stücke 47, 48, 49 auswärtsgedrückt werden. Auf diese Weise werden auch bei Verschleiss alle Stücke ständig an der Zylin derwand anliegen.
Piston gas engine. It is known to provide a piston gas engine with a piston which is just guided by means of a rod rigidly attached to this piston in the working cylinder of the machine, this piston being provided with one or more piston rings. Here, a piston gas machine is to be understood as a hot gas piston engine, a cold gas cooling machine working according to the reverse hot gas engine principle and a heat pump. The aforementioned constructions can be found z.
B. in the displacement piston of displacement machines and in machines in which the piston rods are provided with cross heads.
So far it has been customary to provide the pistons of these machines with a number of metal piston rings. However, this has the disadvantage that these rings have to be oiled. When oiling the cylinder walls and rings, however, there is the following possibility that the lubricant will reach the working area as a result of the piston moving back and forth. This is particularly in the case of piston gas engines, since this lubricant can be carried along by the gases in the working area and can be deposited in the heat exchangers and in the regenerator.
As a result, the heat transfer to and from the gases is impaired, whereby the efficiency of the machine is also impaired. The applicant has recognized that even with high-speed machines, e.g. B. at a speed of 1500 to 2000 revolutions per minute, if the forces across the running surfaces of the pistons are not too great, instead of metal piston rings wooden piston rings can be used.
The machine according to the invention is accordingly characterized in that at least one of the piston rings of the piston is made of wood.
Here, the natural product or synthetic wood, that is, a z. B. to understand a product made from wood chips or wood fibers with a binding agent.
It has been shown that these wooden piston rings do not need to be oiled, so that the aforementioned difficulties do not apply. The wooden rings can either consist of one piece or be made up of different pieces.
It should be noted that it is known per se to use wooden rings in the pistons of low-speed steam engines, which are then lubricated by the condensation water.
According to one embodiment, the piston ring can have a layered structure. The layers extend preferably perpendicular to the axis of the ring, and the wood fibers in the layers run differently from one layer to the other.
The wood can be compressed. Since the elasticity of the wood is relatively low, so that the ring would not seal adequately against the wall without further measures, the ring is preferably pressed against the wall by an additional force. For this purpose, an elastic shear ring can be arranged behind the ring in the piston groove. Through this measure, openings around the rear of the ring are prevented or at least significantly reduced.
If the wooden piston rings are used in cold gas cooling machines, they will shrink considerably as a result of the low temperatures in the machine, so that the rings lie freely in the grooves. As a result, a pumping action can be created around the back of the ring. This pumping action can be avoided if sealing means are arranged between at least one flank of the piston ring and the corresponding side surface of the groove.
Expediently, a groove located coaxially with the running surface of the piston is provided in at least one surface of the piston groove, in which an elastic sealing ring is located.
In the accompanying drawing, embodiments of the subject of the invention are shown schematically, for example: FIG. 1 shows a cold gas cooling machine which is provided with a displacer with wooden piston rings, FIGS ,
Fig. 4 is an axial section through a Kol benring and Fig. 5 is a plan view of a piston ring, which consists of different pieces.
The cooling machine according to FIG. 1 is provided with a cylinder 1 in which a displacement piston 2 and a working piston 3 can be moved back and forth with a constant phase difference. The displacement piston 2 is connected by a drive rod mechanism 4, 5. a crank of the crankshaft 6, and the working piston 3 is also coupled to this crankshaft 6 by means of a drive rod 7.
The space 8 above the displacer piston is the cold space of the machine, and this is connected to the space 12 between the displacer and the piston through a heat exchanger 9, regenerator 10 and cooler 11. The latter room is the so-called warm room.
The piston rod 4 is immovably attached to the displacement piston 2 and is guided straight in the piston 3. With this design, no or almost no transverse forces occur on the displacement piston, so that the displacement piston also occurs. wooden piston rings 13 can be provided. The working piston 3 is provided with normal metal piston rings 14, since the transverse forces occurring on the running surface of this piston are considerable.
The piston rings in the displacement piston do not need to be oiled, so that no special measures need to be taken to guide the lubricant to the running surface.
The cooling machine is driven by the electric motor 1: i.
In Fig. 2, a part of a cross section of a displacement piston is shown on a larger scale. The displacement body 20 is provided with a piston groove 1 in which a wooden piston ring 22 is arranged. This wooden piston ring moves along the Zylin derwand 23. Since the piston ring 22 itself is not. is sufficiently elastic, a rubber ring 24 is arranged behind the piston ring, which pushes the ring outwards. In the present case, the rubber ring is round in cross section; but it is also possible to give the ring other cross-sections, e.g.
B. a rectangular cross-section to give. In addition, the rubber ring will prevent gas leaks around the rear of the piston ring.
Fig. 3 shows a similar structural arrangement. Here, however, a leaf spring 31 is arranged behind the ring 30, which presses the ring outwards, and grooves 33 and 34 are provided in the side surfaces of the piston groove 32, in which rubber rings 35 and 36 are located. This construction avoids passages of the working fluid around the rear of the ring. This embodiment is particularly recommended for wooden rings on cold gas cooling machines, since in these machines, due to the considerable shrinkage of the rings, the latter with. too much play can come to lie in the piston grooves.
Fig. 4 is an axial section of a piston ring, from which it is evident that this piston ring consists of various layers 38. The layers extend perpendicular to axis 37 and the fibers in the layers run in different directions from one layer to the other.
Fig. 5 shows a split piston ring, which consists of six pieces, of which three, that is 40, 41, 42, are pushed outward by springs 44, 45 and 46, which are on the wall 43 of the displacer, whereby to equal to the pieces 47, 48, 49 are pushed outwards. In this way, all pieces are constantly on the Zylin derwand even with wear.