DE2829352A1

DE2829352A1 - Zusammengesetzter bzw. verbunddichtring, insbesondere fuer eine stirling-maschine

Info

Publication number: DE2829352A1
Application number: DE19782829352
Authority: DE
Inventors: Kentaro Magara
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1979-01-11
Also published as: JPS5418557U; US4185842A

Description

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Nippon Piston Ring Co., Ltd.

Tokio, Japan 4. Juli

Zu^iimmengesefczter bzw. Verbunddichtring, insbesondere für eine Stirling-Maschine

Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten bzw. Verbunddicht: ring zur Verwendung bei Stirling-Wärmekraftmaschinen oder Hochdruckverdichtern zur Abdichtung des unter hohem Druck !Stehenden Arbeitsmedium unter schmierungsfreien Bedingungen.

Bei einem bisherigen zusammengesetzten Dichtring ist gemäß Fig. 1 und 2 eine stufenförmige Ringausnehmung 3 in einer Außenumfangsfläche eines Haupt-Dichtrings 1· aus der von der mit P bezeichneten Druckseite abgewandten Seite ausgebildet, so daß der Hauptdichtring einen L-förmigen Querschnitt erhält. In diese Ausnehmung ist ein Hilfsdichtring 4' so eingelegt, daß ein Spalt 11 des Dichtrings 1¹ gegenüber einem Spalt 41 des Hilfsdichtrings 4^S versetzt angeordnet ist.

Verschiedene, mit dem bisherigen Verbunddichtring durchgeführte Versuche haben folgendes ergeben: Wenn der Dichtring bei einer Stirling-Maschine oder einem Hochdruckverdichter unter schmierungsfreien Bedingungen und bei hohem Druck von über etwa 50 bar (kg/cm²) eingesetzt wird, verformt sich gemäß Fig. 3 ein dünnwandiger Abschnitt 12 des einen L-förmigen Querschnitt besitzenden Dichtrings 1' unter dem Einfluß des Hochdruck-Arbeitsmediums in den Spalt 41 des Hilfsrings 4¹ hinein, so daß der Spalt 41 nicht einwandfrei abgedichtet ist und die

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Gleitwirkung des Hilfsdichtrings 4¹ gegenüber der Innenumfangsflache eines Zylinders 5 beeinträchtigt werden kann. Gleichzeitig kann sich der Hilfsdichtring 4" in Axialrichtung wellig verformen, so daß sich die Abdichtwirkung an Ober- und Unterseite 13 bzw. 14 der Dichtringteile verschlechtert und letztere über längere Betriebszeiträume hinweg keine ausreichende Abdichtung gewährleisten können.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der vorstehend geschilderten Mangel des Stands der Technik durch Schaffung'eines verbesserten Dichtrings, der unter Bedingungen hohen Drucks von mehr als 50 bar sowie unter öl- oder schmierungsfreien Bedingungen eine ausgezeichnete Leistung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden ein Hauptdichtring mit L-förmigem Querschnitt und ein Hilfsdichtring aus einem thermoplastischen oder einem wärmehärtenden Kunstharz (Thermoplast bzw. Duroplast) hergestellt, und die Abmessungen dieser Dichtringe werden wie folgt festgelegt:

a) Die axiale Dicke des dünnwandigen Teils des einen L-förmigen Querschnitt besitzenden Hauptdichtrings liegt im Bereich von 1/2 bis 3/4 der axialen Gesamtdicke des zusammengesetzten Dichtrings.

b) Die radiale Breite des Hilfsdichtrings beträgt mehr als das Doppelte der Weite des Zwischenraums zwischen der Außenoder Mantelfläche eines Kolbens und der Innenumfangsfläche eines Zylinders und weniger als 4/5 der radialen Gesamtbreite des zusammengesetzten Dichtrings.·

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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Unterseite eines bisherigen zusammengesetzten bzw. Verbunddichtrings,

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulictiung des

Einbaus des bisherigen Dichtrings in einen Kolben zur Herstellung einer Gleitberührung mit einem Zylinder,

Fig. 3 eine Seitenansicht des bisherigen Dichtrings, in welcher seine Verformung übertrieben groß dargestellt ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht eines zusammengesetzten bzw. Verbunddichtrings mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 5 eine Schnittansicht, bei welcher zwei erfindungsgemäße Dichtringe in einen Kolben eingesetzt sind.

Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs bereits erläutert worden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind ein Hauptdichtring 1 mit L-förmigem Querschnitt und ein Hilfsdichtring 4 beide aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie Polytetrafluoräthylen, oder einem wärmehärtenden Kunstharz, wie Polyimidharz, hergestellt, so daß sie sich für den Einsatz ohne Schmierung eignen. Der zusammengesetzte Dichtring ist in eine Ringnut 7 in einem Kolben 6 eingesetzt. Der axiale Abstand (Spiel) zwischen der Ringnut 7 einerseits und Ober- und Unterseiten des Dichtrings andererseits sollte unter Berücksichtigung der Betriebstemperaturen möglichst klein sein.

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Die axiale Dicke B„ des dünnwandigen Teils des L-förmigen Hauptdichtrings 1 liegt im Bereich von T/2 bis 3/4 der axialen Gesamtdicke B des zusanunengesetzten Dichtrings. Wenn die Dicke B₂ weniger als die Hälfte der Gesamtdicke B beträgt, kann sich dieser dünnwandige Teil des Hauptdichtrings, wie im Fall des bisherigen Dichtrings, in den Spalt des Hilfsdichtrings 4 hinein verformen; ist die Dicke B„ dagegen größer als 3/4 der Gesamtdicke B, so wird die axiale Dicke B-. des Hilfsdichtrings 4 zu klein, so daß sich seine mechanische Festigkeit verschlechtert und der zusammengesetzte Dichtring möglicherweise unbrauchbar wird.

Weiterhin ist die radiale Breite T₁ des Hilfsdichtrings 4 mehr als doppelt so groß wie der Abstand C zwischen dem Außendurchmesser D- des Kolbens 6 und dem Innendurchmesser D des Zylinders; die Breite T, beträgt andererseits weniger als 4/5 der radialen Breite T des zusammengesetzten Dichtrings. Wenn nämlich die radiale Breite T₁ weniger als das Doppelte des Abstands oder Zwischenraums C beträgt, ist es wegen des großen Kippmoments des Hilfsdichtrings um den an der Außenumfangskante des Kolbens bzw= der Kolbennut liegenden Drehpunkt sehr schwierig, den Hilfsdichtring in der Ringausnehmung des Hauptdichtrings einwandfrei zu lagern oder zu haltern, so daß er auch keine vorteilhafte Gleitbewegung durchzuführen vermag. Wenn dagegen die radiale Breite T.. mehr als 4/5 der Gesamtbreite T beträgt, verringert sich die mechanische Festigkeit des Innenwandabschnitts des Hauptdichtrings außerordentlich stark.

Bei der Fertigung des Dichtrings ist es äußerst vorteilhaft, das genannte Kunstharzmaterial mit Zusätzen, wie Molybdändisulfid, Kohlenstoff oder Glasfaser, zu vermischen und dadurch

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wesentliche Eigenschaften, einschließlich Eigenschraiervermogen, zu verbessern.

Der erfmdungsgemäße zusammengesetzte Dichtring gewährleistet bei Verwendung als Dichtring für eine Stirling-Maschine äußerst vorteilhafte Wirkungen.

Gemäß Fig. 5 sind zwei zusammengesetzte Dichfcringe in zwei auf Abstand stehende Ringnuten eines Kolbens eingesetzt, wobei - wie im Fall einer doppelt wirkenden Stirling-Maschine der Druck sowohl in Aufwärts- als auch in Abwärtsrichtung auf die Dichtringe einwirkt. Bei dieser Anordnung sind die Hilfsdichtringe der beiden zusammengesetzten Dichtringe einander zugewandt und somit von den Druckseiten abgewandt.-

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein verbesserter zusammengesetzter bzw. Varbunddichtring aus einem Hauptdichtring mit L-förmigem Querschnitt und einem Hilfsdichtring geschaffen^ die aus einem thermoplastischen oder einem wärmehärtenden. Kunstharz hergestellt sind. Die axiale Dicke des dünnwandigen Abschnitts des Hauptdichtrings beträgt dabei 1/2 bis 3/4 der axialen Dicke des gesamten zusammengesetzten Dichtrings. Die radiale Breite des Hilfsdichtrings beträgt mindestens das Doppelte des Abstands zwischen Kolben und Zylinder und weniger als 4/5 der radialen Breite des gesamten zusammengesetzten Dichtrings.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & HänzeS Patentanwälte

Nippon Piston Ring Co., Ltd. ^ D-SoÄnd.en

___ Tel,089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

h, Juli 1S78

Patentanspruch

Zusammengesetzter bzw. Verbunddichtring für eine Stirling-Maschine, bestehend aus einem Hauptdichtring mit einer in seiner von seiner Hochdruckseite abgewandten Außenumfangsflache ausgebildeten Ringausnehmung, die ihm einen L-förmigen Querschnitt verleiht, und einem in die Ringausnehmung eingesetzten Hilfsdichtring, zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen der Mantelfläche eines Kolbens und der Innenumfangsflache eines Zylinders, dadurch gekennzeichnet/ daß Haupt- und Hilfsdichtring (1 bzw. 4) aus einem thermoplastischen oder einem wärmehärtenden Kunstharz hergestellt sind, daß die axiale Dicke des dünnwandigen Abschnitts des Hauptdichtrings praktisch bei 1/2 bis 3/4 der axialen Dicke des gesamten zusammengesetzten Dichtrings liegt und daß die radiale Breite des Hilfsdichtrings mindestens doppelt so groß ist wie der genannte Zwischenraum (C) und weniger als 4/5 der radialen Breite des gesamten zusammengesetzten Dichtrings beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED