DE898238C

DE898238C - Heissgaskolbenmaschine

Info

Publication number: DE898238C
Application number: DEN4662A
Authority: DE
Inventors: Roelf Jan Meijer; Alfons Peters
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-09-14
Filing date: 1951-11-09
Publication date: 1953-11-30

Description

Heißgaskolbenmaschine Es ist bekannt, eine Heißgaskolbenmaschine mit einem kolbenförmigen Körper zu versehen, der mittels: einer starr an diesem Körper befestigten Stange im Arbeitszylinder der Maschine gerade geführt wird, wobei dieser kolbenförmige Körper mit einem oder mehreren Kolbenringen versehen ist. Hierbei ist unter einer Heißgaskolbenmaschine ein Heißgaskolbenmotor, eine gemäß dem umgekehrten Heißgasmotorprinzip arbeitende Kaltgaskühlmaschine und eine Wärmepumpe zu verstehen. Die vorgenannten Konstruktionen findet man z. B. beim Verdränger von V @erdrängermaschinen und bei mit Kreuzköpfen versehenen Maschinen.
Bisher war es üblich, die Kolben dieser Maschinen mit einer Anzahl metallener Kolbenringe zu versehen. Dies hat aber den Nachteil, daß diese Ringe geölt werden müssen. Beim ölen der Zylinderwände und Ringe besteht aber die Möglichkeit daß das Schmiermittel infolge der Hinundherbewegung des Kolbens zum Arbeitsraum gelangt. Dies ist namentlich .bei Heißgaskolbenmaschinen sehr nachteilig, da dieses; Schmiermittel von den Gasen im Arbeitsraum mitgenommen werden kann und sich in den Wärmeaustauschern und im Regenerator ablagern kann. Infolgedessen wird. die Wärmeübertragung zu und von den Gasen beeinträchtigt, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine ebenfalls beeinträchtigt wird. Es wurde nun erkannt, .daß sogar bei schnell laufenden Maschinen, z. B. mit einer Drehzahl von z5oo bis aooo Umdrehungen je Minute, wenn die Kräfte quer zu den Laufflächen der Kolben nicht zu groß sind, statt metallener Kolbenringe gemäß der Erfindung Kolbenringe aus Holz verwendet werden können, dessen Dichte gleich oder größer als o,4 g/cm3 bei 20' C ist. Hierbei ist unter Holz das Naturprodukt oder ein im wesentlichen aus Holz oder Holzfasern hergestelltes Produkt zu verstehen.
Es hat sich gezeigt, daß diese Holzkolbenringe nicht geölt zu werden brauchen, so daß die vorgenannten Ölungsschwierigkeiten entfallen. Die Holzringe können entweder aus einem Stück bestehen oder aus verschiedenen Segmenten aufgebaut sein.
Es sei bemerkt, daß es, an sich bekannt ist, in den Kolben langsam laufender Dampfmaschinen Holzringe zu verwenden, die dann vom Kondenswasser geschmiert werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Holz eine geschichtete Struktur. Die Schichten erstrecken sich nach einer Weiterbildung der Erfindung quer, vorzugsweise senkrecht, zur Mittellinie des Ringes, und die Holzfasern in den Schichten verlaufen verschieden in bezug aufeinander.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Holz zusammengepreßt.
Da die Elastizität des Holzes verhältnismäßig gering ist, wodurch ohne weitere Maßnahmen der Ring nicht hinreichend an der Wand abdichten würde, soll der Ring durch eine zusätzliche Kraft gegen die Wand gedrückt werden. Zu diesem Zweck ist, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, hinter dem Ring in der Kolbennut ein Ring aus elastischem Stoff angeordnet. Durch diese Maßnahme werden Durchlässe hinten um den Ring herum verhütet oder wenigstens bedeutend herabgesetzt.
Werden die Holzkolbenringe in Kaltgaskühlmaschinen verwendet, so werden sie infolge der niedrigere Temperaturen in der Maschine stark schrumpfen, wodurch die Ringe frei in den Nuten liegen. Infolgedessen kann eine Pumpwirkung hinten um den Ring herum entstehen. Diese Pumpwirkung kann vermieden werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Abdichtungsmittel zwischen wenigstens einer Flanke des Kolbenringes und .der entsprechenden Seitenkante der Nut angeordnet werden.
_ Zweckmäßig ist nach einer Weiterbildung der Erfindung in wenigstens; einer Seitenkante der Kolbennut eine konzentrisch mit der Lauffläche des Kolbens gelegene Rille vorgesehen, in der ein Ring aus elastischem Stoff liegt, derart, daß mittels dieses Ringes das Abdichten zwischen Kolbenring und Kolbenkörper stattfindet.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt. Fig. i zeigt eine Kaltgaskühlmaschine, die mit einem Verdränger mit hölzernen Kolbenringen versehen ist; die Fig. 2 und 3 zeigen in vergrößertem Maßstab,den Kolbenring und einen Teil eines Verdrängers; Fig. 4 ist ein Schnitt längs einer Mittellinie eines Kolbenringes, und Fig. 5 ist eine Draufsicht eines Kolbenringes, bei der der Ring aus verschiedenen 'Segmenten besteht. .
Die Kühlmaschine nach Fig. i ist mit einem Zylinder i versehen, in -dem ein Verdränger 2 und ein Kolben 3 mit konstantem Phasenunterschied hin und her bewegbar sind. Der Verdränger a ist durch einen Triebstangenmechanismus4, 5 mit einer Kurbel der Kurbelwelle 6 verbunden, und der Kolben 3 ist ebenfalls mittels einer Triebstange 7 mit dieser Kurbelwelle 6 gekuppelt.
Der Raum 8 oberhalb des Verdrängers ist der Gefrierraum der Maschine, und dieser steht durch einen Gefrierer g, Regenerator f o und Kühler i i mit dem Raum 12 zwischen Verdränger und Kolben in Vlerbinrdung. Der letztgenannte Raum ist :der sogenannte gekühlte Raum.
Die Kolbenstange 4 ist unbeweglich am Verdränger 2- befestigt und wird im Kolben 3 gerade geführt. Bei dieser Ausbildung treten beim Verdränger keine oder nahezu keine Querkräfte auf, so daß der Verdränger mit hölzernen Kolbenringen 13 versehen sein kann. Der Kolben 3 ist mit normalen Metallkolbenringen 14 versehen, da die an der Lauffläche dieses Kolbens auftretenden Querkräfte beträchtlich sind. Die Kolbenringe im Verdränger brauchen nicht geölt zu werden, so daß keine Sondermaßnahmen getroffen zu werden brauchen, um das Schmiermittel zur Lauffläche zu führen.
Die Kühlmaschine wird vom Elektromotor 15 angetrieben.
In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab ein Teil eines Querschnittes eines V erdrängers abgebildet. Der Verdrängerkörper 2o ist mit einer Kolbennut 21 versehen, in der ein hölzerner Kolbenring 22 angeordnet ist. Dieser Holzkolbenring bewegt sich längs der Zylinderwand 23. Da der Kolbenring 22 selbst nicht hinreichend elastisch ist, ist hinter dem Kolbenring ein Gummiring 24 angeordnet, der den Ring auswärts drückt. Im dargestellten Fall ist der Gummiring rund ausgebildet; es ist aber auch möglich, dem Ring andere Querschnitte, z. B. einen rechteckigen Querschnitt, zu geben. Außerdem wird der Gummiring Gasdurchlässe hinten um den Kolbenring herum verhüten.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Bauanordnung. Hierbei ist aber hinter dem Ring 30 eine Blattfeder 31 angeordnet, die den Ring auswärts drückt, und in der Kolbennut 32 sind Rillen 33 und 34 vorgesehen, in denen Gummiringe 35 und 36 liegen. Durch diese Ausbildung werden Durchlässe des Arbeitsmittels hinten um den Ring herum vermieden. Diese Ausführungsform empfiehlt sich namentlich bei Holzringen, insbesondere bei Kaltgaskühlmaschinen, da bei diesen Maschinen wegen des beträchtlichen Schrumpfens der Ringe letztere frei in den Kolbennuten zu liegen kommen können.
Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Mittellinie 37 eines Kolbenringes, aus dem erhellt, daß dieser Kolbenring aus verschiedenen Schichten 38 besteht. Die Schichten erstrecken sich senkrecht zur Mittellinie 37, und die Fasern in den Schichten verlaufen untereinander in verschiedenen Richtungen. Fig. 5 zeigt einen geteilten Kolbenring, der aus sechs Segmenten besteht, von denen drei, d. h. 40, 44 42, durch Federn 44, 45 bzw. 46, .die an der Wand 43 des Verdrängers anliegen, auswärts gedrückt werden, wodurch zugleich die Segmente 47, 48, 49 auswärts gedrückt werden. Auf diese Weise werden auch bei 'Verschleiß alle Segmente ständig an der Zylinderwand anliegen, so daß sich beim Verschleiß sämtliche Teile gleichmäßig abnutzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Heißgaskolbenmaschine mit einem kolbenförmigen Körper, der mittels einer unbeweglich an diesem Körper befestigten Stange imArbeitszylinder der Maschine gerade geführt wird und mit einem oder mehreren Kolbenringen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Ringe aus Holz besteht, .dessen Dichte gleich oder größer als 0,4 g/cms bei 20°' C ist.
2. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz eine geschichtete Struktur hat.
3. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten sich quer zur Mittellinie des Ringes erstrecken und die Holzfasern in den Schichten untereinander verschieden verlaufen.
4. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz zusammengepreßt ist.
5. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, @daß hinter dem Ring in der Kolbennut ein Ring aus elastischem Stoff liegt.
6. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, .dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens einer Flanke des Kolbenringes und der entsprechenden Seitenkante der Nut Abdichtungsmitel vorgesehen sind.
7. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Seitenkante der Kolbennut eine konzentrisch mit der Lauffläche des Kolbens, liegende Rille vorgesehen ist, in der ein Ring aus elastischem Stoff angeordnet ist derart, daß durch diesen Ring die Abdichtung zwischen Kolbenring und Kolbenkörper erfolgt.