DE3148488C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zylinder-Kolben-Anordnung für Hubkolben-Expansionskraftmaschinen und Hubkolben-Arbeitsmaschinen, bei der zumindest einer der in entsprechende Aufnahmenuten am Kolbenkörper eingesetzten Kolbenringe als "gefangener" Kolbenring zu begrenzter radialer Auswärtsbewegung im Kolbenkörper gehalten ist und hierzu als Winkelprofil-Kolbenring mit einem sich über die gesamte radiale Breite des Kolbenringes erstreckenden eigentlichen Ringteil und einem am radial inneren Bereich des eigentlichen Ringteiles einseitig axial erstreckenden Kragen ausgebildet ist und daß eine zugeordnete Aufnahmenut im Kolben L-förmiges, im radial inneren Bereich erweitertes Profil mit um die axiale Dicke des Kragens vergrößerter axialer Tiefe aufweist, während an der der Druckbeaufschlagungsseite des Kolbens entgegengerichteten Stirnfläche der Aufnahmenut eine ringförmige Widerlagerfläche mit der radialen Breite des Winkelprofil-Kolbenringes ausgebildet ist, wobei ein druckseitig vom Zylinderraum zum Boden der Aufnahmenut führender Druckmedium-Durchlaß gebildet ist.

Die Abdichtung von Kolben in Hubkolben-Kraftmaschinen und Hubkolben-Arbeitsmaschinen erfolgt üblicherweise mittels Kolbenringen, die durch Eigenspannung oder Federspannung an die Zylinderwand oder Laufbüchsenwand gedrückt werden und durch die Druckdifferenz des Mediums am Kolben eine zusätzliche Anpressung erfahren. Diese bewegte Kontaktdichtung wird geschmiert, oder es werden Ringwerkstoffe mit "Eigenschmierung" verwendet. Naturgemäß unterliegen diese reibenden Dichtungselemente dem Verschleiß, der abhängig ist von vielen Einflußgrößen wie:
Druckdifferenz, Temperatur, Ringwerkstoff, Gegenlaufwerkstoff, Kolbengeschwindigkeit, Kolbenführung, Ringzahl, abzudichtendes Medium u. a.

Dieser Verschleiß bei Benutzung herkömmlicher Kolbenringe erhöht sich beträchtlich bei der Verdichtung absolut trockener Gase im Trockenlauf bei hohen Druckdifferenzen und den heute üblichen hohen Kolbengeschwindigkeiten und kann Werte erreichen, die zu häufige Wartung erfordern und zu großen Ersatzteilbedarf mit sich bringen.

Aus dieser Erkenntnis wurde bereits als ein anderes Abdichtsystem an Kolben die Ausbildung eines metallischen Labyrinths vorgeschlagen. Jedoch erfordert das Metall-Labyrinth als absolut berührungsfreie Dichtung in Folge höherer Leckage auch höhere Leistung und stellt wegen der Präzision der Ausrichtung höhere Anforderungen an das Wartungspersonal. Als ein weiteres Abdichtsystem an Kolben wurde auch schon die Benutzung "gefangener" Kolbenringe mit T-förmigem Profil vorgeschlagen. Der "gefangene" Kolbenring mit T-förmigem Profil ist rißempfindlich bei hohen Druckdifferenzen wegen der Kerbwirkung in der Abstufung und erfordert eine Feder zur Stabilisierung, die sich in die den gefangenen Kolbenring aufnehmende Kammernut einschlagen kann.

Aus der CH 4 82 953 ist eine Kolbenmaschine mit im wesentlichen berührungsfrei im Zylinder arbeitenden Kolben bekannt. Der Kolben trägt eine Anzahl von Dichtungsringen, die als gefangene Kolbenringe mit L-Profil ausgebildet sind. Die Kolbenringe sind derart eingesetzt, daß die durchgehende glatte Ringfläche des Kolbenringes der Druckseite abgewandt ist. An der Druckseite erstreckt sich ein Druckmediumdurchlaß in Form eines Spielraumes vom Zylinderraum bis zum Boden der Aufnahmenut. Die Aufnahmenut am Kolben wird durch axial aneinandergreifende Kolbenkammerringe gebildet, die zu ihrer einen Seite mit durchgehender Stirnfläche und an ihrer anderen Seite mit gegeneinander axial angesetzten Stirnflächenteilen ausgebildet sind. Dieser bekannte "gefangene" Kolbenring mit L-förmigem Profil ist ebenso wie der aus der DE-PS 2 87 694 bekannte Kolbenring ebenfalls bei hohen Druckdifferenzen wegen der Kerbwirkung in der Abstufung rißempfindlich.

Aus der AT-PS 30 622 sind Kolbenringe bekannt, die ebenfalls ein L-förmiges Profil aufweisen. Hierbei handelt es sich zwar ebenfalls um gefangene Kolbenringe, jedoch werden diese Kolbenringe in Ringnuten des Kolbens eingesetzt, die so breit sind, daß die Kolbenringe mit dem Vorsprung in die Nut eingesetzt werden können. Durch axiale Verschiebung des Ringes wird dann der Vorsprung in die entsprechende Ausdrehung gebracht. Zwischen der freien Seite des Ringes und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der Ringnut muß dann allerdings zusätzlich ein Füllring eingesetzt werden, um ein Herausfallen des Kolbenringes zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, Zylinder-Kolben-Anordnungen der eingangs beschriebenen Art dahingehend wesentlich zu verbessern, daß vorteilhafte Abdicht- und Verschleißeigenschaften wie mit den bisher bekannten "gefangenen" Kolbenringen erzielt werden und andererseits die Kolbenringe in Haltbarkeit und Stabilisierungseigenschaften den herkömmlichen Kolbenringen mit rechteckigem Querschnitt gleichkommen oder zumindest nahekommen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl der axial vertiefte Nutbereich im Kolben als auch der axiale Kragen des Winkelprofil-Kolbenringes trapezförmigen Querschnitt aufweisen mit einer in gleichem Winkel radial nach außen gerichteten abgeschrägten Fläche.

Durch die trapezförmige Ausgestaltung sowohl des am Winkelprofil-Kolbenring gebildeten axialen Kragens als auch des vertieften Nutbereichs werden die Rißempfindlichkeit und die Abschergefahr am Übergang des eigentlichen Ringteiles vom Kragen gegenüber den bekannten L-förmigen Kolbenringen deutlich vermindert.

Zur Verbesserung der Stabilisierung kann der den Winkelprofil-Kolbenring haltende Kolbenkammerring mit einem auf die Bodenfläche der Aufnahmenut führenden Druckmediumdurchlaß ausgebildet sein, der als mindestens eine im wesentlichen radiale Entlastungsnut größerer Tiefe als der axial vertiefte Teil der Aufnahmenut in die der Druckbeaufschlagungsseite des Kolbens abgewandte Stirnseite des Kolbenkammerringes eingeschnitten sein kann.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich eine weitere wesentliche Verbesserung für die Führung des Kolbens im Zylinder und damit der Abdichteigenschaften und Verschleißeigenschaften dadurch erreichen, daß am Kolben mindestens ein Führungsring durch einen im axialen Kragen und radialem Ringteil ausgebildeten Winkelprofil-Kolbenring in Verbindung mit einem als Führungskammerring ausgebildeten Kammerring gebildet ist, dessen Aufnahmenut zu praktisch spielfrei festem Aufnehmen auf den Querschnitt des axialen Kragens am Winkelprofil-Kolbenring abgestimmt ist. Durch die Benutzung in Verbindung mit dem besonderen Führungskammerring erhält der Winkelprofil-Kolbenring mit derselben Ausbildung die Funktion des Führungsringes. Eine weitere Verbesserung dieser Führungsfunktion läßt sich erreichen, wenn ein Führungsringe-Paar am Kolben durch zwei mit ihren radialen Ringteilen gegeneinander gelegte Winkelprofil-Kolbenringe gebildet ist, die zwischen zwei Führungskammerringe mit einander gegenübergesetzten, auf den Querschnitt der axialen Kragen der Winkelprofil-Kolbenringe spielfrei fest passend abgestimmten Aufnahmenuten gehalten sind.

Die Erfindung bietet die verschiedensten Anpassungsmöglichkeiten der Zylinder-Kolben-Anordnung an die jeweiligen Anwendungsfälle:

So können beispielsweise sämtliche am Kolben vorgesehenen Kolbenringe Winkelprofil-Kolbenringe sein. Von dieser Möglichkeit wird man in Fällen besonders hoher Druckdifferenzen über den Kolben Gebrauch machen. In anderen Anwendungsfällen kann man zwar eine Anzahl der am Kolben vorgesehenen Kolbenringe als Winkelprofil-Kolbenringe und den Rest als Kolbenringe mit rechteckigem Querschnitt ausbilden, wobei die Winkelprofil-Kolbenringe im druckbeaufschlagten Endbereich des Kolbens angeordnet sind.

Für die Anordnung der Führungsringe bieten sich im Rahmen der Erfindung ebenfalls verschiedene Möglichkeiten.

Man kann vorsehen, daß im axialen Mittelbereich des Kolbens ein Führungsring bzw. ein Führungsring-Paar angebracht ist. Ein solcher Fall eignet sich besonders für zweiseitig druckbeaufschlagte Kolben. Man kann bei dieser Ausbildung bevorzugt zu beiden Seiten des mittigen Führungsringes bzw. Führungsringe-Paares Kolbenringe mit rechteckigem Querschnitt und an den beiden Enden des Kolbens Winkelprofil-Kolbenringe anordnen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt

Fig. 1 das Arbeitsschema eines abdichtenden Winkelprofil-Kolbenringes in Verbindung mit seinem Kolbenkammerring;

Fig. 2 einen Kolbenkammerring in axialem Schnitt;

Fig. 3 einen zum Kolbenkammerring gemäß Fig. 2 passenden Winkelprofil-Kolbenring in axialem Schnitt;

Fig. 4 den Kolbenkammerring gemäß Fig. 2 teilweise in radialer Draufsicht gemäß 4-4 der Fig. 2;

Fig. 5 eine einfache Führungsringanordnung in axialem Schnitt;

Fig. 6 ein Führungsringe-Paar in axialem Schnitt;

Fig. 7 ein Diagramm für Verschleiß- und Laufzeit­ erwartung;

Fig. 8 ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch in axialem Schnitt;

Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel schematisch in axialem Schnitt und

Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel schematisch in axialem Schnitt.

Gemäß Fig. 1 bis 4 ist ein in einem Zylinder 20 beweg­ licher Kolben 22 mit mindestens einem Winkelprofil-Kolben­ ring 30 ausgestattet. Der Zylinder 20 kann herkömmlicher Art sein und weist dementsprechend eine mit dem Kolben dichtend zusammenwirkende Zylinderinnenfläche 21 auf. Die druckbeaufschlagte Seite des Kolbens 22 ist in Fig. 1 durch den Pfeil 23 angedeutet. Der Kolbenkörper 24 trägt mindestens einen Kolbenkammerring 25, der, wie dargestellt, den an der Druckbeaufschlagungsseite 23 des Kolbens dem Winkelprofil-Kolbenring 30 zugeordneten Kolbenumfangsteil bildet. Der dem Winkelprofil-Kolbenring 30 an der der Druckbeaufschlagung 23 abgewandten Seite zugeordnete Umfangsteil des Kolbens 22 ist bei 26 angedeutet. In die der Druckbeaufschlagung abgewandte Stirnseite des Kolben­ kammerringes 26 ist eine radial nach außen offene, rings­ um verlaufende Nut 27 geschnitten, deren ringförmiger äußerer Bereich 27 a eine axiale Tiefe aufweist, die der axialen Dicke des eigentlichen Ringteiles 31 des Winkel­ profil-Kolbenringes 30 entspricht. Der radial einwärtige ringförmige Bereich 27 b der Nut 27 ist vertieft, und zwar auf eine der axialen Breite des Winkelprofil-Kolbenringes einschließlich seines axialen Kragens 32 entsprechende Tiefe. Sowohl der vertiefte Nutbereich 27 b als auch der axiale Kragen 32 haben trapezförmigen Querschnitt, d. h. eine in gleichem Winkel abgeschrägte radial nach außen gerichte­ te Fläche. Dabei ist jedoch die radiale Breite des Kragens 32 kleiner als die radiale Breite des vertieften Nutbereiches 27 b. Dadurch hat der Winkelprofil-Kolbenring 30 mit seinem axialen Kragen 32 eine radiale Bewegungs­ möglichkeit innerhalb der Aufnahmenut 27, die mindestens einem bei 33 in Teil a) der Fig. 1 wiedergegebenen Ein­ lauf-Verschleißweg entspricht. Wie dort gezeigt, ist die radiale Bewegungsmöglichkeit des Winkelprofil-Kolbenringes 30 noch etwas größer als dieser Einlauf-Verschleißweg 33 gewählt, so daß sich zwischen der inneren Umfangsfläche 34 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 und dem Boden 27 c der Aufnahmenut 27 auch bei Neuzustand des Winkelprofil- Kolbenringes 30 ein Spalt ergibt, der über radiale Ein­ schnitte 28 im Kolbenkammerring 25 mit dem Innenraum des Zylinders 20 in Verbindung steht. Hierdurch bildet die innere Umfangsfläche des Winkelprofil-Kolbenringes 30 zusammen mit seinen der Druckbeaufschlagungsseite 23 des Kolbens zugewandten Stirnflächenteilen 35 a, 35 b und 35 c eine zusätzliche Stabilisierungsfläche. Die Hauptstabili­ sierungsfläche des Winkelprofil-Kolbenringes 30 wird durch seine rechtwinklig zur Kolbenachse liegende, der Druck­ beaufschlagungsseite des Kolbens 22 abgewandte Stirnfläche 36 gebildet, die auf einer zur Kolbenachse rechtwinkligen, ringförmigen Widerlagerfläche 37 ruht, die an dem Kolben­ umfangsteil 26 ausgebildet ist.

Im Teil a) der Fig. 1 ist der Neuzustand des Winkelprofil- Kolbenringes 30 dargestellt. Die radiale Gesamtbreite 38 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 ist dabei derart gewählt, daß beim Anliegen der äußeren Umfangsfläche 39 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 an der Zylinder-Innenfläche 21 die innere Umfangsfläche 34 noch in geringem Abstand von dem Boden 27 c der Aufnahmenut 27 liegt und die abge­ schrägte radial auswärts gerichtete Fläche des Kragens 32 im Abstand des Einlauf-Verschleißweges 33 von der ent­ sprechend abgeschrägten Innenfläche des vertieften Nut­ teiles 27 b. Hierdurch dichtet der Winkelprofil-Kolbenring 30 gegenüber der Innenfläche 21 des Zylinders 20 zunächst wie ein normaler Rechteck-Kolbenring durch seine Berührung zur Zylinderwand, wobei die Eigenspannung des Winkelprofil- Kolbenringes 30 und der auf die innere Umfangsfläche 34 geführte Gasdruck die nötige Pressung aufbringen. Dieser Zustand dauert je nach Druckdifferenz, Gasart und Kolben­ geschwindigkeit zwischen etwa 1000 und 7000 Betriebsstunden.

Teil b) der Fig. 1 zeigt einen Übergangszustand der er­ reicht wird, wenn der eigentliche Kolbenteil 31 durch Ver­ schleiß soweit abgerieben ist, daß sich die schräge äußere Umfangsfläche 35 b des Kragens 32 gegen die ent­ sprechend abgeschrägte Fläche an den vertieften Teil 27 b der Aufnahmenut 27 angelegt hat. Die Eigenspannung des Winkelprofil-Kolbenringes 30 und der auf die innere Um­ fangsfläche des Winkelprofil-Kolbenringes wirkende Gas­ druck werden in diesem Betriebszustand von dem Kolben­ kammerring 25 abgestützt, so daß die Pressung des Winkel­ profil-Kolbenringes 30 gegen die Zylinderwand wesentlich geringer wird. Der Verschleiß wird dementsprechend in diesem Betriebszustand wesentlich verringert. Dadurch kann dieser Übergangszustand je nach Druckdifferenz, Gasart und Kolbengeschwindigkeit über etwa 15 000 bis etwa 20 000 Betriebsstunden oder mehr aufrechterhalten werden. Nach längerem Betrieb stellt sich dann der in Teil c) der Fig. 1 wiedergegebene Zustand ein, in welchem ein kleiner Labyrinthspalt 40 zwischen dem Winkelprofil-Kolbenring 30 und der Zylinderwand gebildet wird. Dieser schmale Labyrinthspalt 40 hat zur Folge, daß sich eine berührungs­ freie Drosseldichtung ohne weiteren Reibverschleiß ein­ stellt.

In allen drei Betriebszuständen wird die definierte Anpressung des Winkelprofil- Kolbenrings 30 durch die große rückseitige, ebene Auflage­ fläche 36, 37 und durch den Gasdruck hervorgerufen, der hinter den Winkelprofil-Kolbenring 30 auf dessen innere Umfangsfläche 34 gelangt.

Fig. 7 zeigt den zeitlichen Ablauf dieser Betriebszu­ stände anhand eines Beispiels und im Vergleich mit dem Laufverhalten eines Kolbens mit Rechteckringen, wobei die Liefermenge einer Pumpe auf die Liefermenge des mit Rechteckringen neu bestückten Kolbens bezogen ist (100%). Wie das Diagramm der Fig. 7 zeigt, wird durch die gegenüber Rechteckringen stärkere Anpressung der Winkelprofil-Kolbenringe 30 zu­ nächst eine erhöhte Liefermenge erzielt, die in dem Be­ triebszustand gemäß Teil a) der Fig. 1 auch bei 105% gleichbleibend beibehalten wird. In dem in Fig. 7 wieder­ gegebenen Beispiel wird der Übergangszustand gemäß Teil b) der Fig. 1 bei etwa 2000 Betriebsstunden erreicht. In diesem Übergangszustand nimmt die Liefermenge einer Pumpe mit zunehmender Laufzeit geringfügig ab und zwar etwas stärker bei unterbrochenem Betrieb als bei Dauerbetrieb. Nach einer Laufzeit von etwa 15 000 Betriebsstunden wird in diesem Beispiel der in Teil c) der Fig. 1 dargestellte Betriebszustand erreicht, bei welchem zwischen der Innen­ fläche 21 des Zylinders 20 und der äußeren Umfangsfläche 39 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 ein schmaler Labyrinth­ spalt 40 ausgebildet ist. In diesem Betriebszustand tritt kein nenneswerter Reibverschleiß mehr ein, so daß die Liefermengen bei etwa 97 bis 98% (Dauerbetrieb) bzw. 92 bis 93% (unterbrochener Betrieb) auf lange Zeit ver­ bleiben. Die gestrichelte Kurve zeigt im Vergleich das Laufverhalten eines mit Rechteckringen bestückten Kolbens. Da die Rechteckringe in ihrer entsprechenden Aufnahmenut keine Begrenzung ihrer radialen Ausdehnung finden, bleibt die ursprüngliche Liefermenge bei 100% solange aufrecht­ erhalten, bis ein erheblicher Verschleiß an den Recht­ eckringen eingetreten ist. Im dargestellten Beispiel ist dies eine Laufzeit von etwa 6000 Stunden. Jedoch fällt von diesem Zeitpunkt an die Liefermenge stark ab, weil die Rechteckringe wegen des an ihnen eingetretenen starken Verschleißes keine brauchbare Dichtwirkung mehr erbringen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Ausbildung von Führungs­ ringen für Kolben unter Benutzung gleicher Winkelprofil- Kolbenringe 30 wie bei den Abdichtungsringen gemäß Fig. 1 bis 4. Für die Bildung eines einfachen Führungsringes 44 (Fig. 5) sind ein Winkelprofil-Kolbenring 30 und ein Führungskammerring 41 vorgesehen. Der Führungskammerring 41 hat ähnlichen Aufbau wie der Kolbenkammerring 25. Jedoch ist bei ihm der vertiefte Bereich 42 b der Aufnahmenut 42 derart ausgebildet, daß der Kragen 32 des Winkelprofil- Kolbenringes 30 praktisch spielfrei fest passend von diesem vertieften Teil der Aufnahmenut 42 b aufgenommen wird. Dementsprechend ist die radiale Gesamtbreite 53 der Auf­ nahmenut 41 derart auf die radiale Gesamtbreite 38 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 abgestimmt, daß der Winkel­ profil-Kolbenring 30 vom Führungskammerring 41 in führender Berührung mit der Innenfläche 21 des Zylinders 20 gehalten wird. Als weiterer Unterschied gegenüber dem Kolbenkammer­ ring 25 weist der Führungskammerring 41 keine zum Grund der Aufnahmenut 42 führende axialen Einschnitte auf.

Verbesserte Führung läßt sich durch ein in Fig. 6 ge­ zeigtes Führungsringe-Paar 45 erreichen, das dadurch ge­ bildet ist, daß zwei Winkelprofil-Kolbenringe 30 mit ihren Stirnflächen 36 gegeneinandergesetzt sind und zwischen zwei Führungskammerringen 42 gehalten sind, die in gleicher Weise wie der in Verbindung mit Fig. 5 be­ schriebene Führungskammerring 41 ausgebildet und einander gegenübergesetzt sind.

Im Beispiel der Fig. 8 ist der in einem Zylinder 20 angeordnete Kolben 22 ausschließlich mit Winkelprofil- Kolbenringen 30 bestückt. Der Kolbenkörper 24 wird in diesem Beispiel durch einen auf der rohrförmigen Kolben­ stange 46 aufgebrachten Widerlagerring 47, sieben hinter­ einander angeordnete Kolbenkammerringe 25, zwei Führungs­ kammerringe 41 und eine Gesamtheit der Kolbenkammerringe 25 und Führungskammerringe 41 zusammenpressende und gegen den Widerlagerring 47 pressende Spannmutter 48 ge­ bildet. Zwischen den Kolbenkammerringen 25 sind die Winkelprofil-Kolbenringe 30 derart angeordnet, daß sie mit ihrem axialen Kragen nach der durch den Pfeil 23 ange­ deuteten druckbeaufschlagten Seite des Kolbens gerichtet sind. Die vorderen sechs Winkelprofilkolbenringe stützen sich mit ihrer rückseitigen Stirnfläche 36 jeweils an der am nächsten Kolbenkammerring gebildeten Widerlager­ fläche 37 ab, während der hinterste Winkelprofil-Kolben­ widerlagerring 47 abgestützt ist. An dem vorderen, d. h. druckbeaufschlagten Ende trägt der Kolben ein Führungs­ ringe-Paar 45, wie es oben in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben wurde. Dieses Führungsringe-Paar ist mit den beiden gegeneinander gesetzten Führungskammerringen 41 gehalten.

Der in Fig. 8 gezeigte Kolben eignet sich insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen hohe Gasdrucke im Zylinder 20 auftreten bzw. erzeugt werden.

Im Beispiel der Fig. 9 handelt es sich um einen Kolben für geringere bzw. mittlere Gasdrücke im Zylinder 20. Dieser Kolben weist wiederum an dem durch den Pfeil 23 angedeuteten druckbeaufschlagten Ende ein Führungsringe- Paar 45 auf, wobei jedoch der eine Führungskammerring unmittelbar in die den druckbeaufschlagten Endabschluß des Kolbens bildende Spannmutter 49 einbezogen ist, die gegen den zweiten Führungskammerring 41 gezogen ist. In dem sich an diesen zweiten Führungskammerring 41 anschlie­ ßenden Bereich weist der Kolbenkörper 24 einen zylindrischen Trägerkörper 50 für vier hintereinander angeordnete Kolbenkammerringe 25 auf, die in der oben beschriebenen Weise je einen Winkelprofil-Kolbenring 30 aufnehmen. Anschließend an diesen zylindrischen Aufnahmeteil ist der Kolbenkörper 24 mit einem im wesentlichen zylindrischen Umfangsteil 26 ausgebildet, in das hintereinander angeordnete Umfangsnuten 51 zur Aufnahme je eines her­ kömmlichen Kolbenringes 52 mit rechteckigem Querschnitt eingeschnitten sind. Die nach der Druckbeaufschlagungs­ seite des Kolbens gerichtete ringförmige Stirnfläche dieses Umfangsteiles 26 dient als Widerlager für den vierten Winkelprofilkolbenring.

Fig. 10 zeigt einen zweiseitig beaufschlagten Kolben als weiteres Ausführungsbeispiel. Hierbei weist der Kolben­ körper 24 ausgehend von einem rückwärtigen Umfangsbund 53 einen zylindrischen Trägerteil 54 auf, der am vorderen Ende eine Spannmutter 55 trägt. Zwischen den Widerlager­ bund 53 und die Spannmutter 55 sind zwei Kolbenkammer­ ringe 25, zwei Führungskammerringe 41 und zwei ringförmige Kolbenringträger 56 in folgender Anordnung eingesetzt:

In Anlage an den Widerlagerbund 53 sitzt ein Kolbenkammer­ ring 25 mit Winkelprofil-Kolbenring 30 derart, daß der Kragen 32 des Winkelprofil-Kolbenringes 30 nach der Kolbenstangenseite gerichtet ist. Hieran schließt sich ein ringförmiger Kolbenringträger 56, der mit seiner der Kolbenstangenseite zugewandten Stirnfläche eine ring­ förmige Widerlagerfläche für den Winkelprofil-Kolbenring 30 bildet. In den ringförmigen Kolbenringträger 56 sind in entsprechende Umfangsnuten drei herkömmliche Kolbenringe 52 mit Rechteckprofil eingesetzt. An diesen Kolbenring­ träger 56 schließt sich ein durch die beiden Führungskammer­ ringe 41 und zwei in sie eingesetzte Winkelprofil-Kolben­ ringe 30 gebildetes Führungsringe-Paar an. Hieran schließt sich dann in entsprechender symmetrischer Anord­ nung wieder ein ringförmiger Kolbenringträger 56 mit drei herkömmlichen Rechteckkolbenringen 52 und ein Kolben­ kammerring 25 mit Winkelprofil-Kolbenring 30, dessen Kragen 32 nach dem die Spannmutter 55 tragenden Ende des Kolben gerichtet ist. Die Gesamtheit dieser Elemente wird durch die Spannmutter 55 zusammengedrückt und gegen den Widerlagerbund 53 gepreßt. Ein derartiger Kolben eignet sich besonders als doppelseitig beaufschlagter Kolben in solchen Anwendungsfällen, bei denen mittlerer bis hoher Druck gasförmiger Medien in dem Zylinder 20 anliegt bzw. erzeugt wird.

Claims (6)

1. Zylinder-Kolben-Anordnung für Hubkolben-Expansionskraftmaschinen und Hubkolben-Arbeitsmaschinen, bei der zumindest einer der in entsprechende Aufnahmenuten am Kolbenkörper eingesetzten Kolbenringe als "gefangener" Kolbenring zu begrenzter radialer Auswärtsbewegung im Kolbenkörper gehalten ist und hierzu als Winkelprofil-Kolbenring mit einem sich über die gesamte radiale Breite des Kolbenringes erstreckenden eigentlichen Ringteil und einem am radial inneren Bereich des eigentlichen Ringteiles einseitig axial erstreckenden Kragen ausgebildet ist und daß eine zugeordnete Aufnahmenut im Kolben L-förmiges, im radial inneren Bereich erweitertes Profil mit um die axiale Dicke des Kragens vergrößerter axialer Tiefe aufweist, während an der der Druckbeaufschlagungsseite des Kolbens entgegengerichteten Stirnfläche der Aufnahmenut eine ringförmige Widerlagerfläche mit der radialen Breite des Winkelprofil-Kolbenringes ausgebildet ist, wobei ein druckseitig vom Zylinderraum zum Boden der Aufnahmenut führender Druckmedium-Durchlaß gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der axial vertiefte Nutbereich (27 b) im Kolben (22) als auch der axiale Kragen (32) des Winkelprofil-Kolbenringes (30) trapezförmigen Querschnitt aufweisen mit einer in gleichem Winkel radial nach außen gerichteten abgeschrägten Fläche.

2. Zylinder-Kolben-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben mindestens ein Führungsring (44) durch einen mit axialem Kragen (32) und radialem Ringteil (31) ausgebildeten Winkelprofil-Kolbenring (30) in Verbindung mit einem als Führungskammerring (41) ausgebildeten Kammerring gebildet ist, dessen Aufnahmenut (42) zu praktisch spielfrei festem Aufnehmen auf den Querschnitt des axialen Kragens (32) am Winkelprofil-Kolbenring (30) abgestimmt ist.

3. Zylinder-Kolben-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsringe-Paar (45) am Kolben (22) durch zwei mit ihrem radialen Ringteil (31) gegeneinander gelegte Winkelprofil-Kolbenringe (30) gebildet ist, die zwischen zwei Führungskammerringe (41) mit einander gegenübergesetzten, auf den Querschnitt des axialen Kragens (32) der Winkelprofil-Kolbenringe (30) spielfrei fest passend abgestimmte Aufnahmenuten (30) spielfrei fest passend abgestimmte Aufnahmenuten (42) gehalten sind.

4. Zylinder-Kolben-Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Anzahl der am Kolben (22) vorgesehenen Kolbenringe als Winkelprofil-Kolbenringe (30) ausgebildet und im druckbeaufschlagten Endbereich des Kolbens (22) angeordnet sind.

5. Zylinder-Kolben-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im axialen Mittelbereich des Kolbens (22) ein Führungsring (44) bzw. ein Führungsringe-Paar (45) angebracht ist.

6. Zylinder-Kolben-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des mittigen Führungsringes (44) bzw. Führungsringe-Paares (45) Kolbenringe (52) mit rechteckigem Querschnitt und an beiden Enden des Kolbens (22) Winkelprofil-Kolbenringe (30) angebracht sind.