DE4020399A1 - Kolbenringeinheit fuer eine stirlingmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenringeinheit für eine Stirlingmaschine, genauer gesagt eine Kolbenring­ einheit für eine Stirlingmaschine, bei der die Anzahl der Teile herabgesetzt ist und die einen einfachen Herstell- und Montagevorgang besitzt.

Kolbenringe werden auf einer äußeren Umfangsfläche eines Kolbens montiert, der in das Innere eines Zylinders einge­ setzt ist, wobei die Kolbenringe mit der inneren Umfangs­ fläche des Zylinders in engen Kontakt treten, so daß ein Lecken des im Inneren des Zylinders befindlichen Treibgases zwischen Kolben und Zylinder verhindert wird. Da derartige Kolbenringe bei Stirlingmaschinen einen Dichtungsvorgang in einem nicht-schmierenden Zustand durchführen sollen, werden normalerweise aus Teflon (PTFE) hergestellte Ringe verwen­ det, um den Dichtungsvorgang und einen Selbstschmiervorgang ohne Verwendung eines Gußeisenringes durchzuführen.

Ein herkömmlich ausgebildeter Kolbenring für eine Stirling­ maschine ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Wie diese Figuren zeigen, sind zwei Hauptringe 6 und 7, ein Innenring 8 zur Verhinderung der Drehung der Hauptringe 6 und 7 sowie ein Spannring 9, der den Innenring 8 mit einer Spannkraft be­ aufschlagt, in ein Paar von Ringnuten 1a eingesetzt, die an der Außenumfangsfläche eines Kolbens 1 ausgebildet sind, so daß eine Dichtung zwischen dem Kolben 1 und dem Zylinder 5 erreicht werden kann.

Schlitze 6a, 7a, 8a und 9a sind an den Hauptringen 6 und 7, dem Innenring 8 und dem Spannring 9 ausgebildet. Die Haupt­ ringe 6 und 7 werden in einem Zustand in die Ringnuten 1a des Kolbens 1 montiert, in dem die beiden Ringe notwendiger­ weise übereinander angeordnet sind, um zu verhindern, daß Treibgas durch die Schlitze 6a und 7a leckt.

Da ferner die Betriebsflüssigkeit ausströmt, wenn die Haupt­ ringe 6 und 7 umgedreht werden, um die Schlitze 6a und 7a zueinander auszurichten, sind Vorsprünge 8b ausgebildet, die in die Schlitze 6a und 7a der Hauptringe 6 und 7 eingesetzt werden, wobei diese Vorsprünge in bezug auf die Außenum­ fangsfläche des Innenrings 8 einander gegenüberliegen, um zu verhindern, daß die Hauptringe 6 und 7 selbst umgedreht werden.

Der Spannring 9 übt eine Spannkraft auf die Hauptringe 6 und 7 aus, so daß diese in engen Kontakt mit der inneren Um­ fangsfläche des Zylinders 5 gepreßt werden.

Da jedoch die vorstehend erwähnte herkömmlich ausgebildete Kolbenringeinheit aus vier Arten von Teilen besteht, nämlich den beiden Hauptringen, einem Innenring und einem Spannring, ist sie mit dem Nachteil verbunden, daß eine große Anzahl von Teilen erforderlich ist, wodurch der Aufwand beim Her­ stell- und Montagevorgang ansteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kolbenringeinheit zu schaffen, bei der der Innenring keine Teile zum Verhindern der Drehung des Hauptringes aufweisen muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kolbenring­ einheit gelöst, die einen oberen und unteren Hauptring auf­ weist, welche einander überlagernd in eine obere und untere Position in bezug auf die äußeren Abschnitte von mindestens einer an der Außenumfangsfläche des Kolbens ausgebildeten Ringnut einsetzbar sind, und einen Spannring zum engen Kontaktieren des oberen und unteren Hauptringes mit der inneren Umfangsfläche des Zylinders durch Einsetzen in das Innere der Ringnut des Kolbens.

Die Hauptringe und der Spannring sind an einem Abschnitt ihres eigenen Korpus mit Schlitzen versehen, und eine Drehungsverhinderungseinrichtung, die eine Drehung der Hauptringe verhindert, ist an der Kontaktfläche des oberen und unteren Hauptringes ausgebildet.

Eine Ausführungsform der Drehverhinderungseinrichtungen des oberen und unteren Hauptringes wird durch Schrägflächen ge­ bildet, die gegenüberliegend auf den Kontaktflächen des oberen und unteren Hauptringes vorgesehen sind. Es ist wünschenswert, daß jeder Schlitz des oberen und unteren Hauptringes an einem dickeren Abschnitt seines eigenen Korpus in einer derartigen beispielhaften Ausführungsform ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbenringeinheit, bei der ein oberer und unterer Hauptring sowie ein Spannring in der vorstehend beschriebenen Art und Weise Anwendung finden, werden der obere und untere Hauptring in den äußeren Um­ fangsabschnitt der Ringnut des Kolbens eingesetzt, wobei sie übereinander angeordnet werden, so daß jeder Schlitz des oberen und unteren Hauptringes gegenüberliegend angeordnet ist, während der Spannring in das Innere der Ringnut ein­ gesetzt wird, so daß der obere und untere Ring durch die vom Spannring ausgeübte elastische Kraft in engen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Zylinders gebracht werden.

Da bei der erfindungsgemäß ausgebildeten und vorstehend be­ schriebenen Kolbenringeinheit der obere und untere Hauptring durch eine elastische Kraft des Spannringes in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Zylinders stehen, wird das Hindurchtreten von Treibgas zwischen dem Zylinder und dem Kolben verhindert. Da der obere und untere Hauptring mit einer Drehverhinderungseinrichtung, wie beispielsweise gegenüberliegend in Kontakt gebrachten Schrägflächen, ver­ sehen sind, werden der obere und untere Hauptring nicht um­ einander gedreht. Somit wird jeder Schlitz des oberen und unteren Hauptringes im Montagezustand immer in einer gegen­ überliegenden Lage angeordnet, so daß keine Betriebsflüssig­ keit durch die Schlitze des oberen und unteren Hauptringes leckt.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit die Anzahl der Teile reduziert, und es werden die Herstell- und Montage­ vorgänge dieser Teile vereinfacht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen her­ kömmlich ausgebildeten Kolbenring, der an einem teilweise geschnitten darge­ stellten Kolben montiert ist;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt zur Darstel­ lung des Abschnittes A von Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie B-B in Fi­ gur 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines beim herkömmlichen Kolbenring eingesetzten Innenringes;

Fig. 5 einen Querschnitt, um zu verdeutlichen, wie ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kolbenring am Kolben montiert ist;

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt entlang Linie C-C in Fig. 5; und

Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht von Hauptringen, die wesentliche Teile der vorliegenden Erfindung dar­ stellen.

Der in den Fig. 5 bis 7 dargestellte erfindungsgemäß aus­ gebildete Kolbenring besitzt zwei Hauptringe 2 und 3, die in einer Ringnut 1a eines Kolbens 1 eingesetzt sind. Die beiden Hauptringe besitzen jeweils eine Schrägfläche 2a und 3a, die so miteinander in Kontakt stehen, daß sie eine gegenüber­ liegende Lage einnehmen. An einem dickeren Abschnitt der Hauptringe 2 und 3 sind Schlitze 2b und 3b ausgebildet, wo­ durch die Schlitze 2b und 3b immer in einer gegenüberlie­ genden Lage relativ zueinander angeordnet sind. Ein Spannring 4, der mit einem Schlitz 4a versehen ist, ist an der Innenseite der Hauptringe 2 und 3 montiert.

Da die Schrägflächen 2a und 3a an den Hauptringen 2 und 3 ausgebildet sind, wird, wenn diese Schrägflächen so mitein­ ander in Kontakt gebracht werden, daß sie relativ zuein­ ander eine gegenüberliegende Lage einnehmen, die Dicke der Hauptringe 2 und 3 über den gesamten Abschnitt gleich, wobei diese Ringe jedoch nicht relativ zueinander verdreht werden können.

Wenn daher die Hauptringe 2 und 3 in die Ringnut 1a des Kolbens 1 montiert werden, wird die Montage selbst ohne Verwendung eines separaten Innenringes wie bei der her­ kömmlich ausgebildeten Einheit möglich. Da die Hauptringe 2 und 3 nach der Montage nicht gegeneinander verdreht werden können, kann ein Lecken von Treibgas, das darauf zurückzu­ führen ist, daß die Positionen von beiden Schlitzen 2b und 3b im oberen und unteren Ring in Übereinstimmung gebracht werden, vermieden werden.

Ferner wird ein geeigneter Flächendruck, der zwischen den Hauptringen 2 und 3 und dem Zylinder 5 erforderlich ist, durch den mit dem Schlitz 4a versehenen Spannring 4 auf­ rechterhalten.

Da erfindungsgemäß die Form des Hauptringes verbessert ist und da der Hauptring in die Ringnut des Kolbens in einem Zustand eingebaut werden kann, in dem er sich nicht drehen kann, ohne daß hierfür ein separater Innenring erforderlich ist, kann die Anzahl der erforderlichen Teile herabgesetzt werden. Auf diese Weise wird eine Vereinfachung des Her­ stellvorgangs und ein Einsparen von Herstellkosten aufgrund der reduzierten Anzahl von Teilen möglich.

Claims (2)

1. Kolbenringeinheit für eine Stirlingmaschine, gekennzeichnet durch:
Ein Paar von Hauptringen (2, 3), die Einrichtungen auf­ weisen, die verhindern, daß ein Ring relativ zum anderen gleitet, und zwei symmetrische Schlitze (2b, 3b) besitzen, wobei die beiden Schlitze in den entsprechenden Ringen (2, 3) symmetrisch angeordnet sind, um ein Lecken von Treibgas im Zylinder (5) zu verhindern; und
einen Spannring (4) zum engen Inkontaktbringen der Haupt­ ringe (2, 3) mit der Innenfläche des Zylinders (5) durch die Spannkraft des Spannringes.

2. Hauptring zur Verwendung in einer Kolbenringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Ring (2, 3) eine Abschrägung (2a, 3a) aufweist, wobei ein Teil eines jeden Ringes kontinuierlich dicker ist als der andere, um die Abschrägungen (2a, 3a) herzustellen, und wobei die Abschrägungen (2a, 3a) der Hauptringe (2, 3) symmetrisch zueinander ausgebildet sind, um zu verhindern, daß ein Ring auf dem anderen gleitet, wobei die Gesamthöhe der Hauptringe (2, 3) konstant ist; und
daß ein Paar von Schlitzen (2b, 3b) an den dickeren Stellen der Hauptringe (2, 3) vorgesehen ist, die symmetrisch ange­ ordnet sind, um ein Lecken des Treibgases im Zylinder (5) zu verhindern.