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Ausgefütterte Zylinder, in denen bewegliche Maschinenteile, wie Kolben,
Schieber o. dgl., geführt sind Die Erfindung bezieht sich auf ausgefütterte Zylinder,
in denen Maschinenteile,-wie Kolben, Schieber o. dgl., an der inneren Zylinderwandung
gleitend geführt sind, vorzugsweise auf Zylinder für Kolbenmaschinen. Um die Reibung
zwischen den bewegten Teilen möglichst zu verringern, hat man bisher eine Öl- oder
Fettschmierung angewendet, oder man hat Materialien verwendet, die auch ohne besondere
Ölschmierung gute gleitende Eigenschaften besitzen, wie beispielsweise Kupfer, Bronze,
Weißmetall usw. Mit der Steigerung der Drücke und der Temperaturen der Gleitmittel
steigerten sich die Schwierigkeiten, die mit der Reibung der bewegten Teile verbunden
sind, denn mit der Steigerung -.der Temperaturen der Treibmittel, beispielsweise
des überhitzten Dampfes in Kolbenmaschinen, sinkt bekanntlich annähernd im gleichen
Maße die Schmierfähig-'keit auch der besten Öle. Ein erhöhter Verschleiß der bewegten
Maschinenteile, beispielsweise der Kolbenringe, ist die Folge. Man hat daher bereits
versucht; die bewegten Teile durch besondere Mittel zu kühlen, und damit auch gewisse
Erfolge erzielt. Jedoch bei Kolben oder zylindrischen Schiebern, .die im Inneren
von Zylindern laufen und ständig den höchsten Betriebstemperaturen des Treibmittels
ausgesetzt sind, ergeben sich dabei sehr große Schwierigkeiten. Die Erfahrung hat
gelehrt, daß die vorgenannten Teile, sofern sie aus reinem Gußeis,en hergestellt
sind, einer guten Schmierung bedürfen, wenn die Maschine längere Lebensdauer besitzen
soll. Wie oben bereits angegeben, hat man daher schon vorgeschlagen, Dichtungsringe
aus 'Bronze zu verwenden. Diese Bronzeringe haben wesentlich bessere Ergebnisse
erzielt als Ringe aus reinem Gußeisen; jedoch bleibt der Verschleiß immer noch erheblich.
Außerdem besitzen diese Ringe mit wachsenden Temperaturen nicht die nötige Spannkraft,
und daher weisen die damit ausgerüsteten Maschinen auf .die Dauer nicht die genügende
Dichtigkeit auf.
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Man hat ferner vorgeschlagen, in Explosionsmaschinen sogenannte Zweistoffkolbenringe
zu verwenden, .d. h. Kolbenringe aus Gußeisen, in denen auf der Lauffläche nebeneinander
ein oder mehrere Ringe aus Bronze eingewalzt sind. Diese Ringe haben bessere Eigenschaften
gezeigt als Ringe aus reiner Bronze. Immerhin ist auch bei diesen bekannten Vorschlägen
eine Schmierung unbedingt erforderlich, da sonst in kurzer Zeit infolge des Verschleißes
die Maschine nicht mehr brauchbar ist.
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Für Kompressoren, die unbedingt ölfreie Druckluft erzeugen sollen,
hat man bereits vorgeschlagen, auf dem Umfange des Kolbens bewelich sitzende Kolbenringe
aus Graphitz#
kohle zu verwenden, die aus einzelnen RingsegInenten
zusammengesetzt sind. Es hat sieh jedoch gezeigt, daß selbst die besten Qualitäten
von Elektrographitkohle nicht bruchfest genug sind, um den Dauerbeanspruchungen
zu widerstehen. Zwar lassen sich aus Kohle gefertigte Kolbenringe aus einem Stück
herstellen, und diese lassen sich auch in gewissen engen Grenzen aufbiegen. je größer
jedoch der Durchmesser .des Ringes und je kleiner sein Ouerschnitt ist, tun so größer
ist die Gefahr, daß er schon beim Überstreifen über den Kolben bricht.
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Es ist auch bereits der Vorschlag gemacht worden, Zylinder mit Buchsen
aus Grüphitkohle .,tu szuffttern. Die Herstellung von langen und notwendigerweise
dünnwandigen Buchsen aus Grapbitkohle, zumal wenn sie Durchbrechungen für die Ein-
und Auslaßkanäle in Form von Schlitzen aufweisen müssen, ist praktisch mit sehr
großen Schwierigkeiten verbunden. Man hat daher die Zylinderbohrung nur stückweise
mit Ringen aus Kohle bzw. Graphit von geringer axialer Länge ausgefüttert. Ein Festhalten
der Kohlenringe im Zylinder kann dabei durch kittartige Klebemassen vorgenommen
-werden, damit zwischen der eigentlichen Zylinderbohrung und dein :tilereni Durchmesser
der Kohleringe oder Zylinder kein Spalt entsteht, der ein Entweichen des Betriebsmittels
ermöglicht. Das Einsetzen von mehreren hintereinander einzuführenden Kohlezylindern
unter Warmmachen des eigentlichen Maschinenzylinders brachte keinen Erfolg, -weil
die Erwärmungstemperatur bei der Montage der Futterzylinder praktisch nicht so hoch
gehalten --erden konnte, daß sie über der höchsten Betriebstemperatur lag. Infolgedessen
ergab sich im Betriebe, daß die Kohleringe, da sie den Wärmedehnungen des Maschinenzylinders
nicht bis zum letzten Grade folgten, locker wurden, was zum Zerbröckeln bzw. zum
Zerschlagen führte. Praktisch, haben diese Vorschläge zu keinem brauchbaren Ergebnis
geführt.
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Die Erfindung beseitigt alle diese Schwierigkeiten. Sie besteht in
der Anwendung von an sich für andere Zwecke bekannten gepanzerten Graphitkohleringen,
m.it :denen die Zvlinder für Kolbenmaschinen oder für Kolben- oder Zylindersteuerungen
o. dgl. ausgefiittert -werden. Die Herstellung dieser gepanzerten Graphitkohleringe
erfolgt dabei in der Weise. daß auf einen aus einem Stück oder Segmenten gebildeten
Graphit- bzw. Graphitkohlering ein äußerer Metallmantel, in der Regel ein Stahlmantel,
als Panzer untereinersolchen Temperaturaufgeschrumpftwird. dalder :NIetallinantel
auch bei Erreichung der höchsten Betriebstemperatur noch eine nennenswerte Spannung
auf den Graph itkohlering ausübt.
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Für den Metallmantel wird tunlichst das gleiche -.'Metall gewählt,
aus dem ArbeitszvIinder und der abzudichtende Kolben. Schieber o. dgl. hergestellt
ist, d. h. es werden Stoffe mit gleichem Wärineausdehnungskoeffizienten verwendet,
den die besagten Metalle besitzen. Diese gepanzerten Graphitkohleringe haben die
Eigenschaft, daß der innere Graphitring, trotzdem dieser Stoff an sich amorph ist,
d.li. bei wechselnder Temperatur nur sehr geringe Ausdehnungen aufweist, sich dem
Verhalten des aufgeschrumpften Metallmantels anpaßt, r,. h. also, dal, der innere
Graphitring der Ausdehnung oder 7-ut' des äußeren Metallmantels bei wechselnder
Temperatur in gleichem :Maße folgt. Die gepanzerten Grap itkohleringe werden in:den
auszufütternden Zylinder eingeführt und so nebeneinandergereiht, daß die ganze innere
Zylinderfläche damit ausgefüttert ist. Die I'anzerhohleringe werden mit feiner Passung,
d. 1i. praktisch ohne jedes Spiel, in die sehr sorgfältig gedreht° Zylinderbohrung
eingetrieben.
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Da der Stahlpanzer der Kohls ringe denselben Ausdehnungskoeffizienten
hat wie der Kolben und der Zylinder der Maschinen, folgt er im gleichen Maße bei
Temperaturerhöhungen deren Dehnung und bei _l#bsiiiken der Temperatur der Zusammenziehung,
und da, wie torbeschrieben, der Kohlering .seinerseits den Wärmeausdehnungen und
Zusaniinen.ziehungen seines Stahlpanzers folgt, ist die Gewähr gegeben, daß ständig
eine feste dichte Verbindung zwischen dein Arbeitszylinder und den gepanzerten Kohleringen
erhalten bleibt. Da in gleicher Weise der Spalt zwischen dem beweglichen Teil, in
diesem Falle dem Kolben, und der inneren Zylinderfläche der gepanzerten Graphitkohlerin.ge
1mverändert bleibt, so ergibt sich daraus die Schlußfolgerung, =daß die bewegten
Teile, z. B. der Kolben, ohne Dichtungs- bzw. Kolbenringe angewendet werden können.
Die bewegten Teile bzw. die Kolben solcher Maschinen können -daher mit Feinpassung
in die Bohrung der Panzerkohleringe, also prakttisch ohne Spiel, eingepaßt bzw.
in die Panzerkohleringe eingeschliffen werden.
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Die Anwendung der Panzermäntel für die Kohleringfutter haben aber
noch weitere Vorteile i. Es brauchen keinerlei Klebe- und Haltemittel verwendet
zu werden, insbesondere, wenn der Stahlmantel außen gerillt und der Durchmesser
der Rippen so bemessen ist, daß die Panzerkohleringe mit Gewalt in die Bohrung des
Arbeitszylinders eingetrieben werden müssen. Hier sitzen sie dann so fest, daß
sie
nur durch Ausdrehen oder durch Ausbohren wieder entfernt werden können.
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2. Der Stahlpanzermantel für den Kohlering erzielt bei Anwendung in
Kraftmaschinenzylindern, die eine bestimmte am Umfange verteilte Anzahl von Schlitzen
zur Ein- und Ausströmung des Treibmittels besitzen, daß der Kohlering eine erhöhte
Bruchfestigkeit besitzt. Dabei ist es nicht gleichgültig, ob die Schlitze axial
gesehen in den Panzerkohlering hineingearbeitet werden oder durch radiales Bohren
oder Fräsen etwa in die Mitte des Panzerkohleringes eingebracht werden. Es ist auch.
nicht gleichgültig, ob der Stahlpanzer zuerst auf den Kohlering aufgeschrumpft wird
und dann beide zusammen durchbohrt werden. Erfahrungsgemäß ist es richtig, daß sowohl
der Stahlpanzermantel als auch der Kohlering durch Bohren oder Fräsen vorgearbeitet
wird, so daß im Hinblick auf die endgültige Breite bzw. Ab.wicklungslänge des Schlitzes
in beiden Teilen noch eine beträchtliche Arbeitszugabe verbleibt. Beim Aufschrumpfen
des Stahlpanzers auf den Kohlering wird dann ungefähr Loch auf Loch gebracht und
die restlichen Bearbeitungsflächen durch Fräsen nachträglich herausgearbeitet.
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Derart hergestellte Panzerkohleringe, die als Ausfütterung beispielsweise
von schnelllaufenden Heißdampfmaschinen angewendet wurden, haben im Dauerbetrieb
den Beweis erbracht, daß sowohl ihre Dampfdurchlässigkeit als auch ihre Abnutzung
in ihrer Bohrung gegenüber dien bekannten Vorrichtungen sehr gering ist. Dabei konnte
auf die sonst übliche Zuführung von Öl zu dem Dampf gänzlich verzichtet werden.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung in ihrer Anwendung für
einen Heißdampfzylinder mit zylindrischen Steuerventilen dargestellt. Fig. i zeigt
einen Längsschnitt durch einen Dampfzylinder und das Steuerschiebergehäuse, Fig.
2 zeigt einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. i, Fig. 3 zeigt in Seitenansicht
von außen für jeden Zylindersteuerschieber die aus gepanzerten Graphitkohleringen
gebildete Ausfütterung.
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Das äußere Gehäuse des Dampfzylinders und- der Steuerung ist mit i
bezeichnet. Mit 2 sind die Graphit- bzw. Graphitkohleringe bezeichnet, auf die ein
Mantel 3 aus Metall, vorzugsweise Stahl, aufgeschrumpft ist. Mit q. sind Ein- und
Auslaßkanäle bezeichnet.» Der Zylinderkolben und die zylindrischen Steuerschieber
sind in Fig. i fortgelassen.