DE1012133B

DE1012133B - Device for preventing lubricants from rising into the working space of piston machines with a piston provided with piston rings

Info

Publication number: DE1012133B
Application number: DEN10092A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Otto Jonkers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-01-22
Filing date: 1955-01-20
Publication date: 1957-07-11

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei Kolbenmaschinen kann es von besonderer Wichtigkeit sein, kein oder nur sehr wenig Schmiermittel in den Arbeitsraum der Maschine gelangen zu lassen. Bei Heißgaskolbenmaschinen kann nämlich das Schmiermittel mit dem Arbeitsmittel der Maschine zu den Wärmeaustauschern, insbesondere zum Regenerator, mitgeführt werden, wo es sich dann ablagert, dadurch die Wärmeübertragung in den Wärmeaustauschern verringert und den Wirkungsgrad und die spezifische Leistung der Maschine beeinträchtigt; mitunter kann hierdurch sogar der Regenerator, der oft als Drahtregenerator mit einem Drahtdurchmesser von weniger als 100 μ ausgebildet ist, völlig verstopft werden. Auch bei einem Kompressor ist es erwünscht, kein Schmiermittel in den Kompressionsraum eindringen zu lassen, da hierdurch das komprimierte Gas verunreinigt wird; bei Verbrennungsmaschinen kann eine zu große ölzufuhr zum Arbeitsraum Verschmutzung zur Folge haben.In the case of piston engines, it can be of particular importance to have no or very little lubricant to get into the working area of the machine. With hot gas piston machines that can Lubricant with the machine's working fluid to the heat exchangers, in particular to the regenerator, be carried along, where it is then deposited, thereby the heat transfer in the heat exchangers decreases and adversely affects the efficiency and specific performance of the machine; sometimes This means that even the regenerator, which is often a wire regenerator with a wire diameter of less than 100 μ is formed completely clogged. In the case of a compressor, too, it is desirable not to let any lubricant penetrate into the compression space, as this causes the compressed Gas is contaminated; In the case of internal combustion engines, excessive oil supply to the work area can cause pollution have as a consequence.

Zur Lösung der hier verfolgten Aufgabe, das Aufsteigen von Schmiermittel in den Arbeitsraum zu verhindern, ist es bereits bekannt, Kolben oder Kolbenstangen mit einer besonderen Nut zu versehen. Erfindungsgemäß wird eine andere Lösung für die erwähnte Aufgabe vorgeschlagen, welche die Be-Sonderheit aufweist, daß der Kolben dieser Verdrängermaschine von einer Stelle ab, wo sich ein freier Kreislauf des Mittels in dem Spalt zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Zylinder mit dem Kurbelkasten vollzieht, nach oben konisch ausgebildet ist, so daß beim normalen Betrieb der Maschine zwischen dem Kolben und der Zylinderwand ein ringförmiger konischer Spalt vorhanden ist, dessen konische Form durchschnittlich am Umfang mindestens 0,01° und höchstens 0,1° beträgt und dessen größte Breite auf der oberen Seite liegt, wobei dieser konische. Spalt auf der Seite seiner größten Breite in einen sich aufweitenden, zweiten Spalt übergeht, der wenigstens im wesentlichen konisch gestaltet ist und eine konische Form hat, die die des ersteren überschreitet, wobei die zweckmäßig am ersterwähnten Kolbenteil angebrachten Kolbenringe; beim normalen Betrieb der Maschine derart auf der Zylinderwand aufruhen, daß zwischen einem Ring und der Zylinderwand ein ringförmiger konischer Spalt gebildet wird, der eine auf der oberen Seite liegende größte Breite hat.To solve the problem pursued here of preventing lubricant from rising into the work area, it is already known to provide pistons or piston rods with a special groove. According to the invention, another solution for the mentioned object is proposed, which is the specialty has that the piston of this positive displacement machine from a point where a free circulation of the agent in the gap between the piston and the associated cylinder with the Crankcase completes, is conical upwards, so that during normal operation of the machine between the piston and the cylinder wall an annular conical gap is present, the conical Shape is at least 0.01 ° and at most 0.1 ° on average around the circumference and its largest Width lies on the upper side, this being conical. Gap on the side of its greatest width into one itself widening, second gap passes over, at least is substantially conical in shape and has a conical shape exceeding that of the former, wherein the piston rings suitably attached to the first-mentioned piston part; during normal operation of the Machine so rest on the cylinder wall that between a ring and the cylinder wall an annular conical gap is formed which has a largest width lying on the upper side.

Kolbenausführungen, die eine gewisse Konizität aufweisen, sind bekannt. Man hat diese Raumform gewählt, um während des Betriebes eine genaue zylindrische Form zu erhalten, da die obere Seite des Kolbens erheblich wärmer wird als die untere Seite und sich entsprechend stärker ausdehnt. Der'im kalten ' Zustand somit nach oben hin konisch verlaufende Kolben erhält durch die am oberen Ende erfolgende Vorrichtung zum VerhindernPiston designs that have a certain conicity are known. You have this form of space was chosen in order to obtain an exact cylindrical shape during operation, as the upper side of the The piston becomes considerably warmer than the lower side and expands accordingly. The 'in the cold' state thus tapering towards the top Piston received by the device at the top to prevent it

des Aufsteigens von Schmiermittelnof rising lubricants

in den Arbeitsraum von Kolbenmaschinenin the working area of piston engines

mit einem mit Kolbenringenwith one with piston rings

versehenen Kolbenprovided piston

Anmelder:Applicant:

N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NVPhilips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11Representative: Dipl.-Ing. H. Zoepke, patent attorney,
Munich 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 22. Januar 1864Claimed priority:
Netherlands 22 January 1864

Cornelius Otto Jonkers, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt wordenCornelius Otto Jonkers, Eindhoven (Netherlands),
has been named as the inventor

stärkere Erwärmung dann im Betrieb eine zylindrische Raumform.stronger heating then a cylindrical one during operation Spatial shape.

A'Venn nun zwischen Zylinderwand und Kolben eine gewisse, fast unmerkliche Konizität eingehalten wird, entsteht zwischen Kolben- und Zylinderwand wie auch zwischen Kolbenringen und Zylinderwand eine Pumpwirkung, so daß etwaiges nach oben vordringendes Schmiermittel nach unten abgepumpt wird. Entgegen der sonst allgemein eingehaltenen Regel, während des Betriebes keine Konizität zwischen Kolben- und Zylinderwand bestehen zu lassen, verlangt die Erfindung, daß zwischen Kolben- und Zylinderwand wie auch zwischen Kolbenringen und Zylinderwand eine den Spalt vom Kurbelkasten weg zum Arbeitsraum hin erweiternde Konizität eingehalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kolbens sind dann alle Kolbenringe. als sogenannte Schabringe ausgeführt, und alle diese Ringe haben während des normalen Betriebes einen, nach unten pumpenden Spalt.A'Venn now between the cylinder wall and the piston certain, almost imperceptible conicity is maintained between the piston and cylinder wall as well between the piston rings and the cylinder wall a pumping action, so that any upward penetration Lubricant is pumped down. Contrary to the otherwise generally observed rule, during the During operation, there is no conicity between the piston and cylinder wall, the invention requires that between piston and cylinder wall as well as between piston rings and cylinder wall a The conicity widening the gap from the crankcase towards the working area is maintained. In the Design of the piston according to the invention are then all piston rings. designed as so-called scraper rings, and all of these rings have a downward pumping gap during normal operation.

Bekannt ist es bereits, einen konischen Spalt in Vereinigung mit einer oberhalb dessen liegenden Schab vorrichtung zu verbinden, um einen Öltransport längs eines sich auf- und abbewegenden Kolbens zu verhüten. Bei Einhaltung eines bestimmten konischen Spaltes erübrigt sich gegebenenfalls ein solcher Schabrand.It is already known to have a conical gap in combination with one above it Scraping device to connect to an oil transport along a piston moving up and down. When adhering to a certain conical If necessary, such a scraping edge is unnecessary.

Die vorstehend beschriebene Kompression kann, besonders erfolgreich bei dem Kolben einer Verdrängermaschine durchgeführt werden, wobei der Kolben derThe compression described above can, in particular can be carried out successfully on the piston of a positive displacement machine, the piston being the

709 587/226709 587/226

Verdrängermaschine derjenige' Kolbenjiprper ist, der das Gesamtvolumen des Arbeitsraumes in der Maschine beeinflußt.The displacement machine is the one 'piston jiprper' who affects the total volume of the working space in the machine.

Nach, einer „ zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der zweite Konus mindestens bis zu einer Stelle, wo der Abstand zwischen der dem zweiten Konus zugehörigen Kolbenwand und der Verlängerung der dem'ersten Konus zugehörigen Kolbenwand mindestens gleich, dem größten Durchmesser^r dient dazu, zu. .verhüten, daß öl durch Abschaben der Zylinderwand doch auf die Oberseite des Kolbens gelangen könnte. Dieser konische Teil erstreckt sich so weit, daß der Abstand 20 zwischen der Wand dieses Teiles und der. Verlängerung der Wand des konischen Teiles 13 mindestens gleich dem Durchmesserunterschied zwischen dem kleinsten Durchmesser 21 des Konus 13 und dem Durchmesser 22 der Zylinderwand ist. Die konische Form des Teiles 19 ist größer als dieAccording to an “expedient embodiment of the invention, the second cone extends at least up to a point where the distance between the piston wall associated with the second cone and the extension of the piston wall associated with the first cone is at least equal, the largest diameter ^r serves to . .Prevent oil from getting onto the top of the piston by scraping the cylinder wall. This conical part extends so far that the distance 20 between the wall of this part and the. Extension of the wall of the conical part 13 is at least equal to the difference in diameter between the smallest diameter 21 of the cone 13 and the diameter 22 of the cylinder wall. The conical shape of the part 19 is larger than that

unterschied zwischen der Wand des ersten Konus und io des Teiles 13, ist aber maximal 3°.
dem Zylinder ist, wobei der zweite Konus eine Bei dem Kolben nach Fig. 3 ist eine Schabfeder 23difference between the wall of the first cone and io of part 13, but is a maximum of 3 °.
the cylinder, the second cone being a scraper spring 23 in the piston according to FIG. 3

konische Form von maximal 3° hat. vorhanden; das dadurch abgeschabte Schmiermittelhas a conical shape of a maximum of 3 °. available; the lubricant scraped off as a result

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausfübrungs- wird durch Kanäle 24 und 25 in der Kolbenwand zu beispiele näher erläutert. ' dem Kurbelkasten zurückgeführt. Der konische Teil 13The invention is based on some embodiments through channels 24 and 25 in the piston wall examples explained in more detail. 'returned to the crankcase. The conical part 13

Fig. 1 zeigt eine Heißgas-Kolbenmaschine, die als 15 erstreckt sich dabei also von dieser Schabfeder ab. eine Verdrängermaschine ausgebildet ist; An dem konischen Teil 13 schließt sich ein Teil 26 .an,Fig. 1 shows a hot gas piston engine, which extends as 15 so from this scraper spring. a displacement machine is formed; The conical part 13 is followed by a part 26,

der im wesentlichen konisch und in diesem Falle etwas abgerundet ist, wobei die konische Form größer ist als die des Teiles 13, aber maximal 3° ist. Auch in diesem Falle ist der Abstand 20 mindestens gleich dem Unterschied zwischen den Durchmessern 21which is essentially conical and in this case somewhat rounded, the conical shape being larger is than that of part 13, but is a maximum of 3 °. In this case too, the distance 20 is at least the same the difference between the diameters 21

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Kolbens, und . Fig. 2 shows an embodiment of a piston, and.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Kolbens.Fig. 3 shows another embodiment of a piston.

Die Kolbenmaschine nach Fig. 1 ist eine Kaltgas-Kühlmaschine, die einen Zylinder 1 besitzt, in dem und sich ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 mit nahezu konstantem Phasenunterschied auf- und abbewegen. Der Verdränger 2 beeinflußt dabei das Volumen des Raumes 4, des Raumes mit niedrigerer Temperatur, auch der Gefrierraum genannt, und das Volumen des Raumes 5, d. h. des Raumes mit höherer Temperatur, der auch der gekühlte Raum genannt wird. Der Kolben 3 beeinflußt das Volumen des Raumes 5. Die Räume 4 und 5 stehen miteinander in offener Verbindung durch einen Gefrierer 6, einen Regenerator 7 und einen Kühler 8. Infolge der Hin- und Herbewegung des Kolbens und des Verdrängers findet im Raum 4 im wesentlichen Expansion und im Raum 5 im wesentlichen Kompression statt. Der Verdränger 2 ist durch ein Triebstangensystem 9 mit einer Kurbel einer Kurbelwelle 10 und der Kolben 4 ist durch ein Triebstangensystem 11 mit Kurbeln derselben Kurbelwelle 10 gekuppelt. Die Kühlmaschine wird durch einen Elektromotor 12 angetrieben. Der Kolben 3 hai über den größten Teil seiner Höhe eine konische Form von mindestens 0,01° und höchstens 0,1° und einen Teil mit einer größeren konischen Form.The piston machine according to FIG. 1 is a cold gas cooling machine which has a cylinder 1 in which and a displacer 2 and a piston 3 move up and down with an almost constant phase difference. The displacer 2 influences the volume of the room 4, the room with the lower temperature, also called the freezer compartment, and the volume of compartment 5, d. H. the room with a higher temperature, which is also called the cooled room. The piston 3 affects the volume of the space 5. The Rooms 4 and 5 are in open communication with one another through a freezer 6, a regenerator 7 and a cooler 8. As a result of the reciprocating movement of the piston and the displacer takes place in the Space 4 essentially expansion and space 5 essentially compression instead. The displacer 2 is through a pinion system 9 with a crank of a crankshaft 10 and the piston 4 is through a Drive rod system 11 coupled with cranks of the same crankshaft 10. The chiller is through an electric motor 12 is driven. The piston 3 has a conical shape over most of its height of at least 0.01 ° and at most 0.1 ° and a part with a larger conical shape.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil des Kolbens 3, wobei die konische Form deutlichkeitshalber übertrieben groß dargestellt ist. Dieser Kolben hat keine Schabfeder, und die konische Form erstreckt sich bis zum unteren Ende des Kolbens. Im Teil 13, der eine konische Form von mindestens 0,01° und höchstens 0,1° hat und mit der Zylinderwand 16 einen Spalt bildet, dessen größte Breite 14 am oberen Ende liegt, befinden sich eine Anzahl Kolbenringe 15, die derart auf der Zylinderwand 16 auf ruhen, daß zwischen einem Ring und der Zylinderwand ein konischer Spalt 17 vorhanden ist, dessen größte Breite 18 auf der oberen Seite liegt.Fig. 2 shows on an enlarged scale part of the piston 3, the conical shape for the sake of clarity is exaggerated. This piston has no scraper spring, and the conical shape extends down to the bottom of the piston. In part 13, which has a conical shape of at least 0.01 ° and has at most 0.1 ° and forms a gap with the cylinder wall 16, the greatest width 14 of which is at the upper end lies, there are a number of piston rings 15 which rest on the cylinder wall 16 in such a way that between a ring and the cylinder wall a conical gap 17 is present, the greatest width 18 of which the upper side.

Infolge der konischen Form des Teiles 13 wird kein oder nur sehr wenig Schmiermittel aufwärts transportiert, da das gegebenenfalls mitgeführte Schmiermittel während des Aufwärtshubes des Kolbens infolge der konischen Form des Kolbens wieder nach unten abgepumpt wird. Ein zweiter konischer Teil 19, der sich oberhalb des konischen Teiles 13 befindet,As a result of the conical shape of the part 13, no or only very little lubricant is transported upwards, because any lubricant carried along during the upstroke of the piston as a result the conical shape of the piston is pumped down again. A second conical part 19, which is located above the conical part 13,

Claims

Patent claims:

1. Device for preventing lubricant from rising into the working space of piston engines with a piston provided with piston rings, characterized in that the piston this displacement machine from a point where there is a free circulation of the agent in the gap between the piston and the associated cylinder with the crankcase takes place, upwards is conical, so that during normal operation of the machine between the piston and the cylinder wall an annular conical gap is present, the conical shape of the average at the circumference is at least 0.01 ° and at most 0.1 ° and its greatest width is on the upper side, this being conical Gap merges into a widening second gap on the side of its greatest width, which is at least substantially conical in shape and has a conical shape that is that of the former exceeds, with the piston rings expediently attached to the first-mentioned piston part in normal operation of the machine so rest on the cylinder wall that between a Ring and the cylinder wall an annular conical gap is formed, the one on the the upper side has the greatest width.

2 "Piston machine according to claim 1, characterized in that the second cone is at least extends to a point where the distance between the piston wall associated with the second cone and the extension of the first cone associated piston wall at least equal to the largest difference in diameter between the wall of the first cone and the cylinder, the second cone being a conical one Has a shape of a maximum of 3 °.

Considered publications: Mahle KG., "Kolbenkunde", 1954, p. 53, fig. 92, and p. 107 ..

1 sheet of drawings