DE3607156A1 - Kolben-zylinder aggregat - Google Patents
Kolben-zylinder aggregatInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinder-Aggregat
mit einem im Zylinder in axialer Richtung verschieb
bar geführten Kolben, an dessen Aussenumfang eine
umlaufende Nut angeordnet ist, in der sich ein den
Kolben gegen den Zylinder abdichtender Dichtring
befindet.
Für einen ordnungsgemäßen Betrieb eines Kolben-Zylinder-
Aggregates ist es erforderlich, daß die vom Kolben
im Zylinderinnern voneinander abgeteilten Zylinder
räume gasdicht einander gegenüber abgedichtet sind,
so daß kein Druckmedium-Übertritt stattfinden kann.
Daher ist üblicherweise in die dem Zylinder zuge
wandte Aussenumfangsfläche des Kolbens eine diesen
umgebende Ringnut eingelassen, die eine Halterungs
nut für einen Dichtring bildet, der bei der Kolben
bewegung an der Zylinderinnenwand entlanggleitet.
Der Dichtring besteht dabei aus relativ weichem Material
insbesondere mit gummielastischen Eigenschaften, so daß
eine gute Abdichtung gewährleistet ist. Allerdings
ist ein derartiger Dichtring mangels Härte einem
relativ hohen Verschleiß und Abrieb ausgesetzt, so
daß häufig eine zeit- und arbeitsaufwendige Erneuerung
durchzuführen ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr,
daß der Dichtring bei längerem Stillstand des Kolben-
Zylinder-Aggregates an der Zylinderwand anhaftet, so
daß er bei der Inbetriebnahme des Aggregates unter
Umständen aus der Nut herausgezogen und beschädigt
oder zerstört wird. Es wurde daher schon vorgeschlagen,
Dichtringe aus relativ hartem, verschleißfestem Material
zu verwenden. Deren Dichteigenschaften lassen jedoch
zu wünschen übrig und es ist oftmals eine aufwendige
Schmierung der Zylinderinnenwand erforderlich, um deren
Beschädigung zu vermeiden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kolben-Zylinder-
Aggregat zu schaffen, dessen vom Kolben abgeteilte
Zylinderräume bei praktisch allen Gegebenheiten und
Betriebsarten sicher und dauerhaft gegeneinander ab
gedichtet sind.
Die obige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dicht
ring ein Ring aus in die Nut eingefülltem Quecksilber ist.
Der Dichtring besteht nunmehr aus bei Umgebungstemperatur
flüssigem Metall hoher Oberflächenspannung, das sich
sowohl an die Nutwände als auch an die radial gegenüber
liegende Zylinderwand gasdicht anschmiegt. Die hohe
Oberflächenspannung verhindert dabei ein Auseinander
reißen des Flüssigkeitsfilmes. Der erfindungsgemäße
Dichtring zeichnet sich durch geringe Reibung und
damit hohe Gleiteigenschaften aus, so daß eine ver
schleißfreie sichere Abdichtung vorhanden ist. Gleich
zeitig wird eine Erwärmung vermieden, so daß ein Heiß
laufen des Aggregates auch bei hohen Kolbengeschwindig
keiten ausgeschlossen ist. Der Dichtring ist weiterhin
über die gesamte Lebensdauer des Aggregates abriebsfrei
und bedarf daher keiner Erneuerung, was eine erhebliche
Kosteneinsparung bedeutet. Ferner findet auch bei
längerem Stillstand des Aggregates praktisch kein
nennenswertes Anhaften des Quecksilber-Dichtringes
an der Zylinderwand statt, es ist daher auch nach
langem Stillstand ein zuverlässiger Betrieb des
Kolben-Zylinder-Aggregates gewährleistet. Ein weiterer
Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtringes ist in
seiner Formvariabilität zu sehen, da er unabhängig
von der Gestalt der jeweiligen Halterungsnut diese
jederzeit vollständig ausfüllt. Zudem werden Her
stellungskosten gespart, denn der Dichtring entsteht
praktisch direkt beim Befüllen der Nut.
Zum Befüllen der Nut ist zweckmäßigerweise ein
in sie ausmündender Befüllkanal vorgesehen, und
das Befüllen der Nut erfolgt im in den Zylinder
eingesetzten Zustand des Kolbens. Dieser Befüll
kanal durchzieht zweckmäßigerweise den Kolben und
mündet mit seinem der Nut entgegengesetzten Ein
füllende an einer Axialseite des Kolbens aus um
eine gute Zugänglichkeit des Einfüllendes zu gewähr
leisten. Im Falle des Vorhandenseins einer Kolben
stange verläuft der Befüllkanal vorzugsweise auch
in deren Innern, wobei das Einfüllende der dem
Kolben entgegengesetzten Kolbenstangen -Stirnseite
zugeordnet ist. In diesem Falle ist das Befüllen
der Nut mit Quecksilber besonders einfach, der Be
füllvorgang kann nach der Endmontage des erfindungs
gemäßen Aggregates erfolgen. Das Einfüllen des Queck
silbers in den Befüllkanal erfolgt vorzugsweise bei
nach oben weisender Lage des Einfüllendes, das im
Anschluß an den Befüllvorgang mittels eines Verschluß
stopfens unter Abdichtung verschlossen werden kann.
Jedoch kann ein Befüllen auch in jeder anderen Lage
des Aggregates erfolgen, wenn in den Befüllkanal
zweckmäßigerweise am Einfüllende ein Rückschlagventil
eingebaut ist, das nach dem Absetzen einer Befüllein
richtung, z.B. eines Schlauches, ein selbsttätiges
Verschließen des Befüllkanales vornimmt. Vorzugsweise
kann der Zylinder von einer Zylinderheiz- oder -kühl
vorrichtung umgeben sein, so daß unabhängig von
den Umgebungseinflüssen im Bereich des Einbauortes
des Zylinders die Temperierung des Quecksilbers
so gehalten werden kann, daß seine Oberflächenspannung
den größtmöglichen Wert beibehält.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden
Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 die Teildarstellung einer ersten Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Kolben-
Zylinder-Aggregates im Längsschnitt,
Fig. 2 das Kolben-Zylinder-Aggregat aus Fig. 1
im Querschnitt gemäß der Linie Il-Il in
Fig. 1 und
Fig. 3 eine weitere Bauform des erfindungsgemäßen
Kolben-Zylinder-Aggregates in schematischer
Darstellung und im Längsschnitt.
Zunächst soll das in den Fig. 1 und 2 abgebildete
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-
Aggregates näher erläutert werden. Es besitzt einen
Zylinder 5 (in Fig. 1 ist lediglich ein axialer End
bereich des Zylinders vergrößert abgebildet), der ein
Zylinderrohr 6 besitzt, das an beiden Stirnseiten mit
Zylinderdeckeln 7 (in Fig. 1 ist nur ein Zylinderdeckel
zu erkennen) versehen ist. Im Innern 8 des Zylinders 5
befindet sich ein in axialer Richtung 10 verschiebbar
geführter Kolben 9, der den genannten Zylinder-Innen
raum 8 in zwei Zylinderräume 14, 15 unterteilt.
In diese beiden Zylinderräume 14, 15 münden nicht
dargestellte Druckmittelkanäle, über die die Zylinder
räume wahlweise befüllbar bzw. entlüftbar sind, wo
durch die axiale Kolbenbewegung hervorgerufen werden
kann. Um bei alledem einen Druckmedium-Übertritt
zwischen den beiden Zylinderräumen 14, 15 zu vermeiden,
ist der Kolben gegenüber dem Zylinder 5 und insbe
sondere gegenüber dem Zylinderrohr 6 abgedichtet.
Beim Ausführungsbeispiel ist am Kolben 9 in axialer
Verlängerung eine Kolbenstange 16 angebracht - im
vorliegenden Falle einfacherweise einstückig ange
formt - , die ausgehend vom Kolben 9 den einen Zylinder
raum 15 koaxial durchquert und den zugeordneten Zylinder
deckel (wie in Fig. 3 bei 17 angedeutet) unter Abdich
tung und längsverschieblich nach aussen hin durchdringt.
Das Vorhandensein einer Kolbenstange ist allerdings
nicht Voraussetzung für die Erfindung, vielmehr kann
der Kolben 9 auch als kolbenstangenloser Kolben ausge
bildet sein oder aber an beiden axialen Seiten 18, 19
eine Kolbenstange aufweisen, in welchem Falle beide
Zylinderdeckel jeweils von einer Kolbenstange durch
drungen wären (nicht abgebildet).
Erfindungsgemäß ist am Aussenumfang des Kolbens 9
eine sich über diesen Aussenumfang erstreckende,
in sich geschlossene, ringförmige Nut 20 angeordnet,
in der sich ein den Kolben 9 gegen den Zylinder 5
abdichtender Dichtring 21 befindet, wobei dieser
Dichtring 21 aus in die Nut 20 eingefülltem Queck
silber besteht.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Nut 20 in Gestalt
einer Oberflächennut unmittelbar in die dem Zylinder
rohr 6 zugewandte Mantelfläche 22 des Kolbens 9
eingelassen und besitzt einfacherweise einen im wesent
lichen rechteckigen Querschnitt.
Vorteilhafterweise liegt der Quecksilberdichtring
einerseits an den Flanken 23, 23′ und am Grund 24 der
Nut 20 an, sowie andererseits an der Innenoberfläche
25 des Zylinderrohres 6, so daß eine absolut dichte
Druckmittelbarriere geschaffen ist. Der radiale Ab
stand zwischen der Mantelfläche 22 und der Innenfläche
25 des Zylinderrohres 6 ist zweckmäßigerweise sehr ge
ring und beträgt größenordnungsmäßig zirka 2/10 mm,
so daß das im übrigen eine hohe Oberflächenspannung
besitzende Quecksilber auch bei hohen Kolbengeschwindig
keiten nicht aus der Nut 20 herausfließen kann.
Die Auswahl von Quecksilber als Dichtungsmaterial
hat erhebliche Vorteile. Da das Quecksilber flüssig
ist, tritt beim Betrieb des Kolben-Zylinder-Aggregates
kein Dichtring-Abrieb auf, der Dichtring ist praktisch
völlig verschleißfrei. Ferner ist ein reibungsarmes
Gleiten zwischen Dichtring und Zylinderrohr-Innenfläche
25 möglich, da der Dichtring 21 gute Gleiteigenschaften
besitzt, und demzufolge ist auch das Zylinderrohr mit
sehr wenig Verschleiß behaftet. Auch ein Festsitzen
oder "Fressen" des Dichtringes am Zylinderrohr ist
durch Verwendung der Flüssigkeitsdichtung ausgeschlossen,
auch ohne zusätzliche Schmierung tritt keine nennens
werte Erwärmung auf. Vorteilhafterweise sind auch
Stick-Slip-Erscheinungen - d.h. Anhaften des Dicht
ringes am Zylinderrohr bei längerem Stillstand -
praktisch völlig unterdrückt, so daß auch diesbezüglich
eine Dichtringbeschädigung ausgeschlossen ist.
Die Befüllung der Nut 20 mit Quecksilber erfolgt zweck
mäßigerweise im im Zylinder angeordneten Zustand des
Kolbens 9, da dann die Nut auch an ihrer offenen Seite
- durch die Zylinderrohr-Innenfläche 25 - abgedeckt ist
und praktisch einen geschlossenen Raum bildet. Zur Be
füllung ist ein Befüllkanal 29 vorhanden, der gemäß
Fig. 1 und 2 den Kolben 9 durchzieht und einerseits
in die Nut 20 am Nutgrund 24 ausmündet sowie anderer
seits mit seinem Einfüllende 30 zu einer Axialseite
des Kolbens 9 ausmündet.
Wie Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, besitzt der Befüllkanal
29 ausgehend von der Nut 20 zunächst einen radial be
züglich der Zylinderachse 10 nach innen gerichteten
Verlauf, bis er im Bereich der Längsachse 10 recht
winkelig abknickt und im Zentrum der der Kolbenstange
16 entgegengesetzten Axialseite 18 des Kolbens zum
zugeordneten Zylinderraum 14 hin mit seinem Einfüll
ende 30 ausmündet. Zur schnelleren und gleichmäßigeren
Befüllung der Nut 20 können auch mehrere Befüllkanäle
vorgesehen sein, die jedoch zweckmäßigerweise über ein
gemeinsames Einfüllende 30 verfügen. Beispielsweise
kann der Befüllkanal 29, wie dies in Fig. 2 strich
punktiert angedeutet ist, ausgehend vom Einfüllende
30 zunächst einen axialen Abschnitt besitzen, der dann
in mehrere radiale Abschnitte 31, 31′, 31′′ übergeht,
die sich ausgehend von der Längsachse 10 in Sternform
zur Nut 20 hin erstrecken.
Beim Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist der Quecksilber-
Dichtring 21 bereits vorhanden und man erkennt, daß
auch der Befüllkanal mit Quecksilber befüllt ist. Um
dessen Auslaufen zu verhindern, ist er am Einfüllende
mit einem Innengewinde versehen, in das ein Verschluß
stopfen 32 gegebenenfalls unter Zwischenlegung einer
Dichtung 33 lösbar eingeschraubt ist.
Das in Fig. 1 und 2 abgebildete Kolben-Zylinder-Aggregat
wird bei der Befüllung der Nut 20 in eine mit seiner
Längsachse 10 vertikale Lage gebracht und im abgenommenen
Zustand des Verschlußstopfens 32 und des zugeordneten
Zylinderdeckels 7 erfolgt das Einfüllen des Quecksilbers
in den Befüllkanal 29, wonach der Verschlußstopfen 32
wieder angebracht wird. Letzterem gegenüberliegend ist
im Zylinderdeckel 7 eine Ausnehmung 37 vorhanden, in
die der Verschlußstopfen 32 zur Vermeidung von Beschä
digungen in der einen Endlage des Kolbens 9 eintauchen
kann.
Mit Ausnahme seines Beitrages zur besseren Befüllbar
keit der Nut 20 trägt der Befüllkanal 29 auch noch zum
sicheren Verbleiben des Quecksilbers in der Nut 20 bei.
Denn sollte die Tendenz des Quecksilbers tatsächlich
einmal zum Ausfließen aus der Nut 20 gehen, so bildet
sich zwischen Verschlußstopfen 33 und der im Befüll
kanal 29 vorhandenen Quecksilbersäule 34 ein Unterdruck
aus, der dem Ausströmen des Quecksilbers zusätzlich
entgegenwirkt.
In Fig. 3 ist wiederum ein Kolben-Zylinder-Aggregat
abgebildet, das einen Zylinder 5 mit darin bewegbarem
Kolben 9 und eine daran angesetzte Kolbenstange 16
aufweist. Letztere durchdringt den zugeordneten
Zylinderdeckel 7, wie bereits oben kurz erwähnt, im
Rahmen einer Deckeldurchdringung 17 abgedichtet und
mit Verschiebespiel. Der Kolben 9 besitzt ebenfalls
eine Umfangsnut 20, in der sich der Quecksilber-Dicht
ring 21 befindet.
Zu Gunsten einer einfachen Befüllbarkeit der Nut 21
befindet sich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3
das Einfüllende 30′ des Befüllkanales 29 an der dem
Kolben 9 entgegengesetzten Kolbenstangen-Stirnseite
35 und ist daher auch im Einbauzustand des Zylinders
jederzeit gut zugänglich. Ausgehend von diesem Ein
füllende 30′ erstreckt sich daher der Befüllkanal
29 zunächst im Innern der Kolbenstange 16 koaxial zu
dieser und geht anschließend in den Kolben 9 über,
wo er sich dann, in der unter Fig. 1 beschriebenen
Art und Weise, zur Nut 20 hin erstreckt und in diese
ausmündet.
Um unabhängig von der Lage des Zylinders 5 jederzeit
einen Befüllvorgang der Nut 20 vornehmen zu können,
ist in den Befüllkanal 29 zweckmäßigerweise im Bereich
des Einfüllendes 30′ ein zweckmäßigerweise entsperr
bares Rückschlagventil 36 eingeschaltet, das eine Queck
silberströmung in Richtung zur Nut zuläßt und in Gegen
richtung unterbindet. Beim Befüllen wird daher das
Quecksilber unter Druck in den Befüllkanal eingepresst
und nach Wegnehmen des Fülldruckes schließt das Rück
schlagventil 36 automatisch gasdicht. Zur Demontage
des Zylinders 5, beispielsweise zu Revisionszwecken,
kann das Rückschlagventil 16 zur Entleerung der Nut
20 entsperrt werden. Um unabhängig von den Gegeben
heiten am Einbauort des Zylinders 5, und insbesondere
unabhängig von den dort herrschenden Temperaturver
hältnissen zu gewährleisten, daß sich die Quecksilber
temperatur immer in einem Bereich befindet, der
größtmögliche Oberflächenspannung verspricht,
kann das Kolben-Zylinder-Aggregat mit einer Heiz
und/oder Kühlvorrichtung versehen sein, mit der der
Zylinder 5 von aussen her beheizbar bzw. kühlbar ist.
Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht ab
gebildet.
Claims (9)
1. Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem im Zylinder
in axialer Richtung verschiebbar geführten Kolben,
an dessen Aussenumfang eine umlaufende Nut angeord
net ist, in der sich ein den Kolben gegen den Zylin
der abdichtender Dichtring befindet, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Dichtring (21) ein Ring aus in die
Nut (20) eingefülltem Quecksilber ist.
2. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Nut (20)
mindestens ein Befüllkanal (29) ausmündet.
3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Befüllkanal (29) im Innern
des Kolbens (9) verläuft und mit seinem der Nut (20)
entgegengesetzten Einfüllende (30) an einer Axial
seite (18) des Kolbens (9) ausmündet.
4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2,
mit einer am Kolben angebrachten, zumindest eine
Zylinderstirnseite nach aussen hin durchdringenden
Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, daß der Be
füllkanal (29) im Innern des Kolbens (9) und der
Kolbenstange (16) verläuft und mit seinem der Nut
(20) entgegengesetzten Einfüllende (30′) an einer
Aussenfläche der Kolbenstange (16) ausmündet.
5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, da
durch gekennzeichnet, daß der Befüllkanal (29)
die Kolbenstange (16) koaxial durchzieht, wobei das
Einfüllende (30′) an der dem Kolben (9) entgegen
gesetzten Stirnseite (35) der Kolbenstange (16) an
geordnet ist.
6. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der An
sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Befüllkanal (29) unter Abdichtung verschließbar ist,
zweckmäßigerweise mit einem dem Einfüllende (30, 30′)
zugeordneten Verschlußstopfen (32).
7. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche
2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Befüll
kanal (29) zweckmäßigerweise im Bereich des Einfüll
endes (30, 30′) ein eine Strömung zur Nut (20) hin
zulassendes und vorzugsweise entsperrbares Rückschlag
ventil (36) eingeschaltet ist.
8. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinder
heizvorrichtung und/oder -kühlvorrichtung vorhanden
ist.
9. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der An
sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nut (20) vollständig mit Quecksilber ge
füllt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863607156 DE3607156A1 (de) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | Kolben-zylinder aggregat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863607156 DE3607156A1 (de) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | Kolben-zylinder aggregat |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3607156A1 true DE3607156A1 (de) | 1987-09-10 |
Family
ID=6295517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863607156 Ceased DE3607156A1 (de) | 1986-03-05 | 1986-03-05 | Kolben-zylinder aggregat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3607156A1 (de) |
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