DE1650130C3 - Dichtungsanordnung für Kolbenmaschinen, insbesondere HeiBgaskolbenmaschinen, bei denen der Arbeitskolben zwei mit Arbeitsmedium enthaltende Räume trennt - Google Patents

Description

Zur Vereinfachung der Terminologie werden nachfolgend die Ausdrücke Expansionsraum, Kompressionsraum und Pufferraum verwendet. Im Zusammenhang der vorliegenden Patentanmeldung ist unter diesen Ausdrücken folgendes zu verstehen:

Unter einem Expansionsraum versteht man einen Raum, in dem ein Mittel einem solchen Druckverlauf unterworfen ist, daß dieses Mittel pro Kreislauf einem kolbenförmigen Körper Expansionsarbeit liefert.

Unter einem Kompressionsraum versteht man einen Raum, in dem ein Mittel einem solchen Druckverlauf unterworfen ist, daß dieses Mittel pro Kreislauf von einem kolbenförmigen Körper eine gewisse Arbeitsmenge zugeführt wird.

Unter einem Pufferraum ist ein Raum zu verstehen, in dem ein Mittel einem solchen Druckverlauf unterworfen ist, daß pro Kreislauf schließlich kein Arbeitsaustausch zwischen dem kolbenförmigen Körper und dem Mittel erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch und nicht maßgerecht eine Heißgaskolbenmaschine mit einer aus zwei Kolbenringen bestehenden Dichtung zwischen Kolben und Zylinder,

F i g· 2 bis 8 die Ausbildung und Wirkung der erwähnten Dichtung zwischen Kolben und Zylinder der Heißgaskolbenmaschine nach F i g. 1 für den Fall, daß diese Maschine als Heißgasmcrtor ausgebildet ist,

Fig-9 bis 15 die Ausbildung und Wirkung der erwähnten Dichtung zwischen Kolben und Zylinder der Heißgaskolbenmaschine nach F i g. 1 Tür den Fall, daß diese als Kaltgaskühlmaschine ausgebildet ist.

F i g. 16 bis 20 die Ausbildung und Wirkung der erwähnten Dichtung für den Fall, daß eine Seite des Kolbens 2 einen Expansionsraum und dessen andere Seite einen Kompressionsraum begrenzt.

In F i g. 1 ist eine Heißgaskolbenmaschine dargestellt, die aus einem Zylinder 1 besteht, in dem ein Kolben 2 und ein Verdränger 3 bewegbar sind. Der Kolben 2 und der Verdränger 3 sind über Kolbenstangen 4 bzw. eine Verdrängerstange 5 mit einem nicht dargestellten Triebwerk gekuppelt. Zwischen dem Kolben 2 und dem Verdränger 3 befindet sich ein Kompressionsraum 6 und über dem Verdränger 3 ein Expansionsraum 7. Beide Räume stehen über einen Kühler 8, einen Regenerator 9 und einen Erhitzer 10 miteinander in Verbindung. Die Dichtung zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 ist von zwei Kolbenringen 12 und 13 gebildet. Die Wirkungsweise und eine detailliertere Ausbildung der Dichtung wird an Hand der naohfolgenden Figuren näher verdeutlicht.

Wenn die Heißgaskolbcnmaschine nach F i g. 1 als Heißgasmotor ausgebildet ist, d. h. wenn im Raum 7 im Betrieb eine höhere Temperatur herrscht als im Raum 6, so wird das Mittel im Arbeitsraum ein Indikatordia- s<> gramin durchlaufen, wie es in F i g. 2 mit dem Bezugszeichen 15 angedeutet ist, also rechtsum laufend, d.h. der Arbeitsraum bildet dann einen Expansionsraum. in dem das Mittel einen solchen Druckvcrlaiif aufweist, daß dem Kolben 2 pro Kreislauf eine gewisse Arbeiis- f> <> menge erteilt wird. Der Druck im Pufferraiim verläuft gemäß der Linie 16.

In I i g. 3a, 3b, 3c ist der Kolben 2 in drei verschiede neu Lagen dargestellt. Bei dieser Ausbildung ist der Kolbenring 12 an seiner dem Raum β (l'.xpansionsraum) <\s zugekehrten Seile mit Nuten 17 und der Kolbenring Π an seiner dem Raum 11 zugekehrten Seite mit Nuten 18 vorsehen. Die Nuten 17 und 18 bewirken, daß die betreffenden Kolbenringe in einer Richtung völlig lekken, d. h. die Kolbenringe 12 gestatten ein Lecken zum Raum 6, und die Kolbenringe 13 gestatten ein Lecken zum Raui.i 11. Dieses Leck tritt naturgemäß erst dann auf, wenn der Druck im Raum 20 zwischen den Kolbenringen größer ist als der Druck in einem der Räume 6 und 11.

In der Zylinderwand 1 sind mehrere Nuten 21 auf die in F i g. 3d dargestellte Weise angebracht.

Die Enden 22 und 23 der Nuten 21 sind dabei derart gelagert, daß, wenn sich der Kolben 2 in seiner dem Raum 6 zugekehrten Endlage (BDP) befindet (F i g. 3a), diese beiden Enden zwischen den Kolbenringen 12 und 13 liegen. In dieser Lage herrscht im Raum 6 hoher Druck und im Raum 11 ein niedrigerer Druck. Beim Herabbewegen passiert der Kolbenring 12 im Augenblick M das Ende 22 der Nuten 21. Dadurch entsteht eine direkte Verbindung zwischen dem Raum 6 und dem Raum 20, so daß sich in beiden Räumen der gleiche Druck einstellt. Ist dieser Druck höher als der im Pufferraum 11 herrschende Druck, so werden Mittel aus dem Raum 20 längs des Kolbenringes 13 zum Raum 11 passieren können, da dieser Kolbenring in dieser Richtung nicht i.bdichtet. Bei weiterem Herabbewegen des Kolbens 2 wird der Druck im Pufferraum ansteigen und der Druck im Raum 6 abfallen. Dabei sorgt der Kolbenring 13 für die Richtung, da dieser Kolbenring keine Mittelströmung zum Raum 20 gestattet (F i g. 3b und 3c). Nach dem Passieren der dem Pufferraum 11 zugekehrten Endlage (ODP) beginnt der Anstieg des Drucks im Raum 6 und demnach im Raum 20, der mit diesem noch in freier Verbindung steht. Wenn sich der Kolben wieder in der Lage M befindet, wird der Raum 6 wieder vom Raum 20 getrennt. Der Druck im Raum 6 wird dann höher als im Raum 20, so daß der Kolbenring 12 abdichten wird. Dies bedeutet, daß der Druck im Raum 20 während der Zeit, in der der Kolbenring 12 sich über den Nuten befindet, konstant ist. Der Druckverlauf im Raum 20 ist in F i g. 2 durch eine gestrichelte Linie 19 dargestellt.

Aus dem einen und dem anderen folgt also, daß der Druck im Raum 20 bei dieser Ausbildung immer niedriger ist als der Druck im Pufferraum 11. Es wird daher kein Mitiel zum Pufferraum lecken. Allerdings besteht die Möglichkeit, daß infolge der nicht idealen Dichtung der Kolbenring 13 etwas Mittel in den Raum 20 und in den Raum 6 hineinleckt. Dies würde bedeuten, daß der Druckpegel im Raum 6 etwas ansteigt. In diesem Falle würde beim Herabbewegen des Kolbens 2, wenn der Kolbenring 12 die Seite 22 der Nuten passiert, der Druck in den Räumen 6 und 20 höher sein kann als im Pufferraum 11, so daß ein Lecken zum Raum 11 unc dennoch ein Druckausgleich erfolgt.

Durch die Wahl der Lage des Endes 22 der Nuten 21 also des Punktes M, kann der Pufferdruckpegel beliebig gewählt werden. Gewöhnlich wird die Wahl derar sein, daß sich ein Pufferdruck einstellt, bei dem da; Triebwerk am meisten entlastet wird.

Da 'ior Kolbenring 13 nicht von den Nuten über brückt werden darf, muß der Abstand zwischen der Sei te 23 der Nuten 21 und der Seite des Kolbenringes 13 die dem Pufferraum Il zugekehrt ist. wenn sich de Kolben 2 in seiner dem Pufferraum It zugekehrtei Endlage (ODP) befindet (F i g. 3c), mindestens gleicl dem Hub .5» des Kolbens sein.

In F i g. 3 sind die Nuten 21 so lang, daß eier Kolben ring 12 bei der unteren lage des Kolbens 2 (Fi g. 3t das Ende 23 der Nuten 21 noch nicht erreicht hat.

In Fig.4 ist eine gleichartige Ausbildung des Kolbens 2 und des Zylinders 1 dargestellt, nur mil dem Unterschied, daß das Ende 23 der Nuten 21 so gelagert ist, daß, wenn sich der Kolben 2 in seiner dem Pufferraum zugekehrten Endlage befindet, der Kolbenring 12 gerade das Ende 23 der Nuten 21 erreicht hat. Der Abstand zwischen den voneinander abgekehrten Seilen der Kolbenringe 12 und 13 ist dann gleich dem Kolbenhub 5. Die Bauhöhe des Kolbens 2 ist in diesem Falle also kleiner als bei der Ausbildung nach F i g. 3.

In Fig.6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Bauhöhe des Kolbens 2 noch kleiner ist. Dabei ist die Länge der Nuten 21 so klein gewählt, daß die Räume 6 und 20 nur kurzzeitig miteinander in Verbindung stehen. Der Druckverlauf in den Räumen 6, 11 und 20 ist dabei in Fi g. 5 mit den Bezugsziffern 15, 16 und 19 bezeichnet. Der einzige Unterschied gegenüber den in F i g. 2 dargestellten Druckänderungen besteht darin, daß, nachdem der Druck im Raum 6 seinen niedrigsten Wert passiert hai und wieder ansteigt, der Druck irn Raum 20 dann konstant auf diesem Minimum bleibt, bis der Kolbenring 12 wieder über der Nut 21 steht und ein Druckausgleich zwischen den Räumen 6 und 20 erfolgt.

In Fig.8 ist eine Ausführungsform der Dichtung dargestellt, bei der die Kolbenringe 12 und 13 an ihren dem Raum 20 zugekehrten Seiten mit Nuten 17 und 18 versehen sind, so daß die beiden Kolbenringe einen Leck zum Raum 20 gestalten.

Die Nuten 21 in der Zylinderwand 1 sind derart angeordnet, daß während des oberen Teiles des Hubs des Kolbens 2 die Räume 6 und 20 über diese Nuten miteinander in freier Verbindung stehen.

Da die einander zugekehrten Seiten der Kolbenringe 12 und 13 mit Nuten versehen sind, wird im Raum 20 ein Druck herrschen, der stets höher ist als der Druck im Pufferraum 11.

Die Druckänderungen in den Räumen 6, 11 und 20 sind in F i g. 7 durch die Linien 15,16 und 19 dargestellt.

Beim Aufwärtshub des Kolbens 2 wird im Punkt M, also in dem Augenblick, in dem der Kolbenring 12 die Seite 23 der Nuten 21 passiert, ein Druckausgleich zwischen den Räumen 6, 20 und 11 erfolgen können. Anschließend bleiben die Räume 6 und 20 miteinander in freier Verbindung, bis der Kolbenring 12 beim Abwärtshub wieder die Seite 23 der Nuten 21 passiert. Während dieses Teiles des Hubs ist der Druck in den Räumen 6 und 20 höher als der Druck im Pufferraum 11, bei dem der Kolbenring 13 abdichtet. Die Lage der Seite 23 der Nuten 21 bedingt dabei den Druckpegel im Pufferraum 11.

Die Länge, über welche die Nuten 21 sich zum Raum 6 hin erstrecken, ist weiter nicht wichtig. Es kann so sein, wie in der Zeichnung dargestellt, daß die Räume 6 und 20 während des ganzen oberen Hubteiles miteinander in freier Verbindung stehen, aber es ist auch möglich, die Länge der Nuten 21 derart zu wählen, daß nur kurzzeitig eine Verbindung zwischen den Räumen 6 und 20 besteht.

Der Kolbenring 13 passiert bei dieser Ausbildung nicht die Seite 23 der Nuten 21, was bedeutet, daß der Abstand zwischen den voneinander abgekehrten Seiten der Kolbenringe 12 und 13 wenigstens gleich dem Abstand zwischen der dem Raum 6 zugekehrten Seite des Kolbenringes 12 und den Seiten 23 der Nuten 21 sein muß, wenn sich der Kolben 2 in seiner dem Raum 6 zugekehrten Endlage befindet (F i g. 8a).

Im vorgehenden wurde die als Heißgasmotor ausgebildete Hcißgaskolbenmaschine beschrieben. Es ist einleuchtend, daß die Erfindung auch bei anderen Maschinen, in denen ein Expansionsraum vorhanden ist, wie Ilxpansionskolbenrnaschinen usw., anwendbar ist. In den nachfolgenden Figuren wird die als Kaltgaskühlmaschine ausgebildete Hcißgaskolbenmaschine näher beschrieben.

Bei einer Kaltgaskühlmaschine ist der Arbeitsraum mit einem Kompressionsraum vergleichbar, so daß ein linksum laufendes Indikatordiagramm erhalten wird, wie es in F i g. 9 mit dem Bezugszeichen 25 angedeutet ist. Der Druckvcrlauf im Pufferraum ist mit 26 bezeichnet, und der Druckverlauf im Raum 20 zwischen den Kolbenringen 12 und 13 ist durch die gestrichelte Linie 27 dargestellt. In Fig. 10a, 10b, 10c sind wieder drei Lagen des Kolbens 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die mit Nuten 17 bzw. 18 versehenen Seiten der Kolbenringe 12 und 13 voneinander abgekehrt. Wenn der Kolben 2 beim Aufwärtshub den Punkt M passiert, so passiert der Kolbenring 13 die Seite 23 der Nuten 21, so daß der Raum 20 und der Pufferraum 11 miteinander in freier Verbindung stehen. In diesem Augenblick ist der Druck im Raum 6 höher als im Pufferraum, wodurch die Dichtungsseite des Kolbenringes 12 an die mit ihm zusammenwirkende Wand der Nut gedrückt wird, so daß eine gute Dichtung vorhanden ist. Die freie Verbindung wird aufrechterhalten, bis der Kolben 2 bei seinem Abwärtshub den Punkt wieder passiert. Ist der Druck im Pufferraum 11 infolge des Leckens etwas angestiegen, so wird in dem Augenblick, in dem der Kolben 2 bei seinem Abwärtshub den Punkt M nahezu erreicht hat, dieser Pufferdruck höher werden als der Zyklusdruck; in diesem Augenblick ändert sich also die Richtung des über dem Kolbenring 12 stehenden Druckunterschieds. Dieser Kolbenring dichtet dann nicht mehr ab, und etwas Mittel wird aus dem Pufferraum in den Arbeitsraum 6 strömen, bis ein Druckausgleich erreicht ist.

Beim weiteren Herabbewegen des Kolbens 2 steigt der Druck im Pufferraum 11 an, so daß der Kolbenring 13 abdichtet. Weiterhin fällt der Druck im Raum 6 ab. Dies bedeutet, daß ein auf den Raum 6 gerichteter Druckunterschied über den Kolbenring 12 zu stehen kommt, so daß dieser nicht abdichtet. Die Drücke in den Räumen 6 und 20 werden also gleich sein, bis der niedrigste Druck im Raum 6 erreicht ist. Danach ändert sich wieder die Richtung des Druckunterschieds über dem Kolbenring 12, und der Raum 20 ist verschlossen, so daß der Druck konstant bleibt. Dieser Druck ist niedriger als der Druck, der am Punkt M im Raum 20 herrscht. Das heißt, ein Teil des Mittels aus dem Raum 20 ist in den Raum 6 entwichen. Dies würde bedeuten daß sich der Druckpegel im Raum 6 etwas erhöht Wenn weiter keine Maßnahmen getroffen sein sollten würde beim nächsten Abwärtshub beim Erreichen des Punktes M der Druck im Raum 6 höher sein als im Pufferraum 11. Ein Druckausgleich ist dann nicht möglich, da der Druckunterschied über dem Kolbenring 12 dann zum Raum 20 hin gerichtet ist, und in dieser Richtung dichtet der Kolbenring 12 ab. Dieser Effekt würde sich stets weiter fortsetzen, wobei der Druck im Raum 6 höher und höher wird; der Raum 6 pumpt sich auf.

Um dies zu verhüten, ist bei der Ausführungsforrr nach F i g. 10 der Kolbenring 12 derart gelagert, daß ei beim Erreichen der unteren Lage des Kolbens 2 (F i g. 10c) kurz über die Seite 22 der Nuten 21 hinaus kommt, so daß die Räume 6 und 20 kurzzeitig miteinan der in Verbindung sind. Dies bedeutet, wie es au;

F i g. 9 ersichtlich ist, daß der Druck im Raum 20 wieder schnell ansteigt und einen Wert erreicht, der gleich oder höher ist als der Druck im Raum 20 im Punkt M. Dann ist also kein Aufpumpen des Raumes 6 erfolgi. Der Druck im Raum 20 darf allerdings etwas höher werden als der Druck in diesem Raum im Punkt M. Dies bedeutet, daß der Raum 6 etwas Mittel dem Raum 20 abgegeben hat, so daß der Druckpegcl im Raum 6 etwas abfällt. Dies wird aber beim Erreichen des Punktes M während des Abwärtshubs ausgeglichen, da in diesem Punkt der Druck in den Räumen 20 und 11 dann etwas höher sein wird als der Druck im Raum 6 und Mittel über dem Kolbenring 12, der ein Lecken zum Raum 6 hin gestattet, in diesem Raum strömen kann. Auf diese Weise ist wieder eine Dichtung erzielt, bei der sich die Drücke in den Räumen 6 und 20 eindeutig und stabil einstellen, wobei durch die Wahl der Lage der Seite 23 der Nuten 21 der geeignetste Druck im Pufferraum 11 einstellbar ist, und wobei bei Änderung des mittleren Drucks im Arbeitsraum 6 der Druck im Pufferraum sich in proportionalem Verhältnis damit ändert.

Die Lage der Seite 23 der Nuten 21 bestimmt also die Druckpegel in den Räumen 6 und 11. Die Lage der Seite 22 ist weniger wichtig. Bei der Ausbildung nach F i g. 10 ist diese Lage derart gewählt, daß während des ganzen oberen Teiles des Hubs der Kolbenring 12 oder 13 frei ist. Dabei ist der Absland zwischen der dem Raum 6 zugekehrten Seite des Kolbenringes !2 und der Seite 22 der Nuten 21, wenn sich der Kolben 2 in seiner oberen Lage befindet (Fig. 10a), etwas kleiner als der Hub des Kolbens. Die Bauhöhe des Kolbens hängt also von dem Abstand ab, über den die Nuten 21 sich zum Raum 6 hin erstrecken.

Eine Verkleinerung der Bauhöhe des Kolbens 2 ist dadurch erreicht, daß nach F i g. 1 la. 1 Ib, 1 Ic die Länge der Nuten 21 derart gewählt wird, daß der Kolbenring 13 bei der oberen Lage des Kolbens 2 gerade die Seite 22 der Nuten 21 erreicht hat. Der Druckverlauf in den Räumen 6,11 und 20 ist dabei genau gleich dem bei der Ausbildung nach F i g. 10 (s. Fig. 9). Der Abstand zwischen den dem Raum 6 zugekehrten Seiten der Kolbenringe 12 und 13 ist dabei etwas kleiner als der Hub des Kolbens 2.

In Fig. 13a, 13b, 13c ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Länge der Nuten 21 derart ist, daß eine freie Verbindung zwischen den Räumen 20 und 11 nur während einer kurzen Zeit sowohl des Aufwärtshubs als auch des Abwärtshubs vorhanden ist.

Beim Aufwärtshub des Kolbens 2 wird im Punkt M kurzzeitig eine Verbindung zwischen dem Pufferraum ti und dem Raum 20 bestehen. Anschließend wird die freie Verbindung wieder unterbrochen, aber weil der Druck im Raum 11 abfällt, wird der Druck im Raum 20 ebenfalls zurückgehen, da der Kolbenring 13 nicht in Richtung auf den Raum 11 abdichtet. Nach dem Passieren des oberen toten Punktes wird der Druck im Raum 11 wieder ansteigen, und jetzt dichtet der Kolbenring 13 allerdings in Richtung auf den Raum 22 ab. Der Druck im Raum 20 bleibt also konstant. Beim Erreichen des Punktes M entsteht wieder kurzzeitig eine Verbindung zwischen den Räumen 11 und 20, so daß die Drükke in diesen Räumen einander gleich werden; ist dieser Druck höher als der Druck im Raum 6, so erfolgt ein Druckausgleich, da der Kolbenring 12 zum Raum 6 hin leckt. Der weitere Druckverlauf entspricht demjenigen nach F i g. 9 für die Ausbildungen nach F i g. 10 und 11.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird durch diese kleine Länge der Nuten 21 eine weitere Beschränkung der Bauhöhe erzielt.

In Fig. 14 und 15 ist eine Ausführungsform der oben beschriebenen Kaltgaskühlmaschine dargestellt, bei der die Dichtung von Kolbenringen 12 und 13 gebildet ist, wobei die mit Nuten 17 bzw. 18 versehenen Seiten dieser Kolbenringe einander zugekehrt sind. Dies bedeutet, daß der Druck im Raum 20 immer gleich oder größer ist als der maximal auftretende Druck beiderseits

ίο der Dichtung.

Die Kolbenringe 12 und 13 und die Nuten 211 sind dabei derart gelagert, daß während des unteren Teiles des Hubs die Räume 20 und 11 miteinander in freier Verbindung stehen. Um zu verhüten, daß Mittel aus dem Raum 6 in den Raum 20 und beim Aufwärtshub von dort in den Pufferraum 6 gepumpt wird infolge des Umstandes, daß vom Punkt M an die Drücke in den Räumen 6 und 20 einander gleich sind und der Druck im Raum 20 danach maximal bleiben würde, bis beim Abwärtshub wieder der Punkt M erreicht ist, sind in der Zylinderwand eine oder mehrere weitere Nuten 30 an einer solchen Stelle angebracht, daß der Kolbenring 12 von diesen Nuten kurzgeschlossen ist, wenn sich der Kolben 2 in seiner oberen Lage befindet (Fig. 15a).

Die weitere Wirkung dieser Dichtung wird nach dem vorgehenden deutlich sein.

Was im vorgehenden von einer Kaltgaskühlmaschine gesagt wurde, gilt naturgemäß unvermindert für den Fall, daß die Erfindung in einem anderen Maschinentyp mit einem Kompressionsraum, wie z. B. Kompressoren, angewendet wird.

In den nachfolgenden F i g. 16 bis 20 ist der Fall gezeigt, in dem der Kolben 2 doppeltwirkend ist und der Raum 6 einen Expansionsraum und der Raum 11 einen Kompressionsraum bildet. Der Druckverlauf in den Räumen 6 und 11 ist in F i g. 6 durch die Linien 31 bzw. 32 dargestellt, während der Druckverlauf im Raum 20 zwischen den Kolbenringen 12 und 13 durch die gestrichelte Linie 33 gezeigt ist.

In dem Augenblick, in dem der Kolben 2 bei seinem Abwärtshub den Punkt M passiert, passiert der Kolbenring 12 die Seite 22 der Nuten 21. Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem Expansionsraum 6 und dem Raum 20 freigegeben. Diese Verbindung bleibt während des ganzen unteren Teiles des Hubs bestehen und wird in dem Augenblick, in dem der Kolben beim Aufwärtshub den Punkt Af passiert, wieder geschlossen. In diesem unteren Teil des Hubs sind die Drücke in diesen Räumen also gleich. Beim weiteren Heraufgehen wird der Raum 20 mittels des Kolbenringes 12 vom Expansionsraum 6 getrennt. Im Expansionsraum 6 steigt der Druck an, und der Kolbenring 12 läßt kein Leck in den Raum 20 zu, so daß der Druck im Raum 20 konstant bleibt. Im Punkt P wird der Druck im Expansionsraum 11 kleiner als der im Raum 20, und da der Kolbenring 13 ein Lecken in den Raum 11 gestattet, wird der Druck im Raum 20 in gleichem Maße mit dem Druck im Raum 11 abfallen, bis der Mindestdruck erreicht ist. Wären keine Maßnahmen getroffen, so würde dieser Mindestdruck im Raum 20 aufrechterhalter werden, bis beim Abwärtshub wieder die Lage M erreicht ist und die Räume 21 und 6 miteinander in Verbindung gebracht werden. Dabei würde dann der Raun" 20 etwas weniger Mittel enthalten als vorhanden war als der Raum 20 von dem Raum 6 getrennt wurde. Da! verlorengegangene Mittel ist dann in den Raum 11 ge langt, der also gleichsam aufgepumpt wird. Um dies zt vermeiden, ist der Kolbenring 13 gegenüber der Seitt

23 der Nuten 20 derart gelagert, daß in der oberen Lage des Kolbens 2(F i g. 17a) der Kolbenring 13 gerade von den Nuten 21 kurzgeschlossen ist. Hierdurch wird der Druck im Raum 20 ansteigen, so daß dieser Druck wenigstens gleich dem Druck ist, der in diesem S Raum herrschte, als er vom Raum 6 getrennt wurde. Auf diese Weise ist ein Aufpumpen des Raumes Il verhütet. Wenn der Druck im Raum 6 beim Abwärishub beim Erreichen des Punktes M etwas höher ist als der Druck im Raum II, wird ein Druckausgleich auftreten. so daß eine eindeutige und stabile Einstellung der Drücke gesichert ist.

Der Abstand zwischen dem Kolbenring 13 und der Seite 23 der Nuten 21 muß in der unteren Lage des Kolbens (Fig. 17c) etwas kleiner sein als der Hub des Kolbens.

Eine Verkleinerung der Länge der Nuten 21 führt auch dabei wieder zur Verkleinerung der Bauhöhe des Kolbens, wie es in F i g. 18 dargestellt ist.

In F i g. 19 und 20 ist die Ausbildung dargestellt, bei der die mit Nuten 17 und 18 versehenen Seiten der Kolbenringe 12 bzw. 13 einander zugekehrt sind. Die

Wirkungsweise dieser Vorrichtung wird nach dem vor gehenden deutlich sein. Da sich im Raum 20 der beider seits der Dichtung auftretende Maximaldruck einstellet wird, stehen die Räume 6 und 20 während des oberet Teiles des Hubs über die Nuten 21 miteinander in Ver bindung. In der unteren Lage des Kolbens 2 müssen die Räume 20 und 11 kurzzeitig miteinander in Verbindung gebracht weiden, um ein Aufpumpen des Raumes 11 zu verhüten. Dazu muß eine besondere Nut oder Nuten 15 angebracht werden, die derart gelagert sind, daß in der unteren Lage des Kolbens 2 (F i g. 20c) der Kolbenring 13 diesen Nuten gegenübersteht.

Aus dem vorgehenden ist es einleuchtend, daß die Erfindung eine äußerst einfache Dichtung schafft, die eine einfache und stabile Einstellung der Drücke beiderseits der Dichtung sichert, wobei durch geeignete Wahl der Lage der Zylindernuten jeder zwischen dem Mindest- und Höchstdruck im Arbeitsraum liegende Druck im Puffer gewählt werden kann und bei einer Änderung des Drucks in einem Raum der Druckpegel im anderen Raum sich in proportionalem Verhältnis ebenfalls ändert.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtungsanordnung für Kolbenmaschinen, insbesondere Heißgaskolbenmaschinen, bei denen der Arbeitskolben zwei mit Arbeitsmedium enthaltende Räume trennt, bestehend aus mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Kolbenringen, die je mit radialem und axialem Spiel in eine im Zylinder oder im Kolben vorgesehene Nut ίο aufgenommen sind, wobei zwisc!»<"n einer Seite jedes Kolbenringes und der mit dieser Seite zusammenwirkenden Wand der betreffenden N'it Mittel vorhanden sind, die ein völliges Anlegen dieser .Seite an de~ betreffenden Wand verhüten, so daß jeder Kolbenring ein Lecken des Arbeitsmediums in nur einer Axialrichtung verhindert, und die mil den erwähnten Mitteln zusammenwirkenden Seiten der Kolbenringe einander zu- oder abgewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht die Kolbenringe (12, 13) tragende Element (Kolben 2 bzw. Zylinder 1) mit mindestens einer Axialnut (21) versehen ist, dcen Enden (22, 23) in zwei zur Zylinderachse senkrechten Ebenen liegen, und die axiale Abmessung der Nut (21) und deren Lage gegenüber der Lage der Kolbenringe (12, 13) derart gewählt sind, daß sowohl während eines Teiles des Aufwärtshubes als auch des Abwärtshubes des Kolbens (2) ein Kolbenring (12 bzw. 13) von dieser Nut überbrückt ist, so daß der Raum (20) zwischen den Kolbenringen (12,13) mit dem Raum (6 bzw. 11) auf der Seite des jeweils überbrückten Kolbenringes (12 bzw. 13) in Verbindung steht.

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   Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Kolbenmaschinen, insbesondere Heißgaskolbenmaschinen, bei denen der Arbeitskolben zwei mit Arbeitsmedium enthaltende Räume trennt, bestehend aus mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten Kolbenringen, die je mit radialem und axialem Spiel in eine im Zylinder oder im Kolben vorgesehene Nut aufgenommen sind, wobei zwischen einer Seite jedes Kolbenringes und der mit dieser Seite zusammenwirkenden Wand der betreffenden Nut Mittel vorhanden sind, die ein völliges Anliegen dieser Seite an der betreffenden Wand verhüten, so daß jeder Kolbenring ein Lecken des Arbeitsmediums in nur einer Axialrichtung verhindert, und die mit den erwähnten Mitteln zusammenwirkenden Seiten der Kolbenringe einander zu- oder abgewandt sind.

   Bei Vorrichtungen der vorliegenden Art, bei welchen die Dichtung durch zwei normale Kolbenringe gebildet ist, ist die Dichtung nicht mehr völlig befriedigend, wenn die mittleren Drücke beiderseits der Dichtung gleich bleiben, so muß das Leck in beiden Richtungen gleich groß sein. Hierfür besteht keine einzige Garantie, und dies wird meist auch nicht der Fall sein. Die Möglichkeit eines Unterschiedes des in beiden Richtungen auftretenden Leckes wird dadurch vergrößert, daß sich die Richtung des Druckuntcrschiedcs über die KoI benringe periodisch ändert, wodurch die Kolbenringe stets in einer anderen Lage abdichten werden. Dabei bewegen sich die Kolbenringe von einer zur anderen Seite der Nut, und es besteht große Gefahr, daß sich Schmutz auf den Dichtungsflächen absetzen wird. Folglich kann das Leck in einer Richtung auf die Dauer vom Leck in der anderen Richtung beträchtlich abweichen, was naturgemäß eine Verschiebung der betreffenden Mitteldrücke zur Folge haben wird.

   Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind bei bekannten Anordnungen (US-PS 21 86 020) der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, zwischen einer Seite jedes Kolbenringes und der mit dieser Seite zusammenwirkenden Wand der Nut Mittel angeordnet, die ein völliges Anliefen dieser Seile und der betreffenden Wand verhüten" Dies hat zur Folge, daß jeder Kolbenring ein Lecken des Mittels in nur einer Axialrichtung zurückhält Hierdurch wird sich an jedem Kolbenring ein nahezu stets nach derselben Seite gerichteter Druckunterschied einstellen, so daß der betreffende Kolbenring stets an dieselbe Wand der Nut gedrückt bleibt und demnach die Möglichkeit einer Verschmutzung dieser Dichtungsfläche äußerst gering ist.

   Des weiteren wird in Abhängigkeit davon, ob die mit den erwähnten Mitteln zusammenwirkenden Seiten der Kolbenringe einander zugekehrt oder voneinander abgekehrt sind, sich im Raum zwischen den beide:i Gruppen von Kolbenringen der Mindestdruck oder der Höchstdruck einstellen, der in beiden Räumen beiderseits der Dichtung auftritt. Bei dieser Konfiguration werden also die Mindest- oder Höchstdrucke in beiden Räumen beiderseits der Dichtung einander gleich sein. Dies kann unter gewissen Verhältnissen unerwünscht sein. Wenn der eine Raum ein Arbeitsraum und der andere ein Pufferraum ist, kann es zwecks Ausgleich der Kräfte in der Kolbenstange erwünscht sein, im Pufferraum einen Druckverlauf zu haben, dessen Maximum bzw. Minimum nicht gleich dem im Arbeitsraum auftretenden Maximum bzw. Minimum ist.

   Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung mit einer Dichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, bei der es unter Beibehaltung der Vorteile von in nur einer Richtung ein Leck zurückhaltenden Kolbenringen möglich ist, daß in beiden abgedichteten Räumen Druckänderungen vorliegen, deren Höchst- und Mindestwerte nicht einander gleich sind und nach Belieben derart gewählt werden können, daß ein optimaler Aus gleich der in der Kolbenstange auftreterden Kräfte er reicht wird.

   Die Vorrichtung nach der Erfindung weist das Kenn zeichen auf, daß das nicht die Kolbenringe tragende Element mit mindestens einer Axialnut versehen ist. de ren Enden in zwei nur zur Zylinderachse senkrechter Ebenen liegen, und die axiale Abmessung der Nut unc deren Lage gegenüber der Lage der Kolbenringe derart gewählt sind, daß sowohl während eines Teiles de; Aufwärtshubes als auch des Abwärtshubes des Kolben: ein Kolbenring von dieser Nut überbrückt ist, so daf. der Raum zwischen den Kolbenringen mit dem Raun auf der Seite des jeweils überbrückten Kolbenringes ii Verbindung steht.

   Bei einem bestimmten DmckverUuif in einem dci Räume beiderseits der Dichtung kann, durch geeignet» Wahl der Lage der Nut bzw. Nuten gegenüber de: Lage der Kolbenringe, jeder gewünschte Druck zwi sehen den in diesem einen Raum auftretenden Maxi mum und Minimum im anderen Raum eingestellt wer den. Dies bietet die Möglichkeit, denjenigen Druck zi wählen, bei dem das Triebwerk am meisten entlaste wird.

   Der in diesem Raum eingestellte Druck ist eindeuti; und stabil, d. h. auftretende Abweichungen vom einge stellten Druck werden selbsttätig ausgeglichen.