EP1891357A1 - Packing seal and piston comprising such a packing seal - Google Patents

Packing seal and piston comprising such a packing seal

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Publication number
EP1891357A1
EP1891357A1 EP06753180A EP06753180A EP1891357A1 EP 1891357 A1 EP1891357 A1 EP 1891357A1 EP 06753180 A EP06753180 A EP 06753180A EP 06753180 A EP06753180 A EP 06753180A EP 1891357 A1 EP1891357 A1 EP 1891357A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
segment
ring
segments
piston
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06753180A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Helpap
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1891357A1 publication Critical patent/EP1891357A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F16J9/18—Joint-closures with separate bridge-elements

Definitions

  • the invention relates to a sealing package and a reciprocating piston for reciprocating engines according to the preamble of claim 1 or 13 and 14th
  • a sealing package for reciprocating a reciprocating engine which comprises at least two axially adjacent segment rings same structure, each composed in an alternating sequence of at least two sealing segments and as many lock parts.
  • These sealing segments and lock parts each taper in opposite directions radially inward or outward, wedge-shaped in both segmental rings, the "ideal" wedge tips of the sealing segments always pointing towards the central axis of the ring and the locking elements towards the cylinder wall.
  • a first, upper segment ring which (also) composed of at least two wedge-shaped sealing segments and just as many wedge-shaped lock parts that alternate in their investment and whose ideal wedge angle tips are always aligned with the piston center axis.
  • the formation of the outer, not applied to the cylinder wall arc of the castle parts is always greater than the arc of the cylinder wall applied to the sealing segments, which overlap only as far as necessary with the sealing segments of the second, lower segment ring.
  • a so-called pressure and locking ring is provided, which is also wedge-shaped in cross section and at least once transverse slotted between the segment ring above and the pressure ring corresponding to the design of the piston groove rests.
  • This so-called pressure circlip on the one hand has the task to limit the lifting of the sealing package of the lower support on the piston ring groove wall when high mass acceleration occurs as much as possible and second, the radially extending contact gap between the individual ring segments in the first upper Cover segment ring and thus reduce unwanted pressure build-up in the interstices of this investment column.
  • the axially acting sealing boundary of the sealing package is formed by the overlapping sealing segments of the first, upper segment ring and the at least one second, lower segment ring, which eino one above the other and against rotation in an annular groove of a reciprocating piston.
  • the lock parts which correspond to the sealing segments in material thickness, each close the free spaces between two sealing segments and thus form a radially extending sealing border in the second, lower segment ring, which acts both against the first, upper segment ring and against the contact with the piston ring groove ,
  • This radially acting sealing boundary is ensured, in particular, by the individual, but always wedge-shaped, individual segments of the at least two segment rings.
  • the lock parts are set back slightly in their outer training limit with respect to the voltage applied to the cylinder wall sealing segments, so that when einmultidem wear automatic adjustment is made possible.
  • working pressure indentsraum- and thus in Nutgrund- a force is initiated at the respective individual segments, which is aligned in the second, lower segment ring usually radially to the cylinder wall.
  • the lock parts which bear only tangentially on the sealing segments, can transfer their resulting from the working pressure acting force only on the two adjacent sealing segments. This means that generally - but especially in the second, lower segment ring - a second force component is built on the sealing segments in addition to their own active force, which leads to increased contact pressure of the sealing segments on the cylinder wall and thus should be the main cause of increased wear.
  • a piston ring is known, which is also slotted only once, wherein the ring ends are verhakbar with each other, whereby the gas leakage is reduced.
  • a closed sealing boundary in the radial and axial direction is permanently not offered by this entanglement.
  • the object of the invention is thus, a sealant o. G. Specify genus in which in a simple way the friction losses are limited by the Kolbenabdichtsystem to minimum values and at the same time a good sealing behavior is ensured.
  • a reciprocating piston for a reciprocating engine is to be specified, which records optimum sealing and oil stripping properties and minimal friction losses when using this sealing package.
  • the circumferentially adjacent ends of the sealing segments and lock parts of the second, lower segment ring are mutually hook-shaped engaging behind designed so that the sealing segments have a radially inwardly facing hook part and the cam parts have a radially outwardly facing hook part, which mutually to plant and force transmission coming wedge surfaces of both types of segments each have their own segment central axis.
  • a common hooking-contact surface is formed between the ends of the cam parts and the sealing segments, which can be considered as part of a straight line section and defined.
  • the lock parts are further formed so that starting from the respective course of the cross-hooking single surface of the inner limiting diameter is extended by default and the outer limiting diameter between the two (hook) approaches can be worked out as a direct connection.
  • segment rings can be provided which form a completely closed and in the axial direction an almost closed sealing boundary in the radial direction. The largest proportion of the axially coming into effect sealing boundary structure thus takes place via the sealing segments of the second, lower segment ring. Only in the arc length are small, numerically the pitch angle corresponding ring interruptions by the sealing segments of the first, upper segment ring, which is constructed according to the prior art according to EP 987216 B1 cover.
  • the frictional forces occurring at the sealing segments of the first, upper segment ring are thus optimized over design criteria (angular position and direction of action) that the contact forces (and thus the frictional forces) of the total sealing package can be reduced to a minimum necessary for sealing boundary formation.
  • a tongue and groove connection is provided as a rotation and that meaningful way on the lock part of a segment ring and the sealing segment of the other segment ring. It makes sense to use the respective larger segment rings to d. H. here at the lower ring the sealing segment and the overlying ring the relatively long trained lock part.
  • the respective grooves and the associated, the two segments to each other rotatably holding nut are designed so that the nut rests freely in the piston groove.
  • each segment ring comprises four cam parts and four sealing segments.
  • the respective radial orientation of the contact surfaces of the segment parts allows a reliable working interpretation of the Sealing packages, which can be manufactured and manufactured inexpensively.
  • the invention is not limited to this preferred number of rings and segments, but this number also depends on the dimensions and sizes of the respective segment rings.
  • the sealing package according to the invention is provided on its upper side conically inwardly tapered pressure circlip, which consists of at least two ring halves and which may also have on its underside contact surface interruptions to the axial pressure relief ,
  • the pressure-locking ring an undesirable tilting of the individual segments, if not prevented, so limited, so that in a stable and reliable manner the sealing boundary of the sealing package is maintained in all operating conditions.
  • the conventional oil control ring of the reciprocating also as Segmentri ⁇ g form and as the very lowest segment ring in the Integrate sealing package. This results in a completely new sealing package that fulfills both functions, namely the sealing function and also the oil scraping function. This brings in particular the advantage that in the reciprocating piston a groove is less to introduce.
  • the lock parts are advantageously designed as U-shaped coupling elements, which point with their pointing to the cylinder wall hook legs in corresponding - the ring center point facing - hook recesses of the oil scraper engage radially from the inside to the outside, wherein the outer peripheral end surfaces of the ⁇ labstreifsegmente or their hook parts also have radially to Ringmitelache and simultaneously comply with each other a substantially parallel, minor radial gap.
  • the force or active conditions can be designed similarly here as in the lower, second segment ring of the above-described sealing package, so the sealing segments can be held in almost pressureless contact with the cylinder wall, whereby the friction losses while maintaining the ⁇ labstreifectiv the ring to a minimum are reduced.
  • this sealing package with the at least four segment rings now in the position fixing each other and the oil scraper segment ring, but not absolutely necessary.
  • a groove corresponding to the grooves of the overlying two segment rings is provided, into which a common, correspondingly designed for the height of the three segment rings, higher slot nut rests.
  • this additional oil scraper ring in (quad) sealant ket not necessarily have a position fixing in relation to the two above it, a sealing function fulfilling segment rings must have, since it does not affect their sealing function.
  • a reciprocating piston for a reciprocating engine which has at least one sealing packet according to claims 1 to 6 and 12 and at least one common oil scraper, inserted in its own piston groove.
  • a reciprocating piston is provided for a reciprocating piston engine, which has at least one sealing packet according to claims 7 to 12, that is, in which in only one piston groove a four-pack, ie a sealing package is provided, in which a ⁇ labstreif segment ring fourth , bottom ring is integrated with.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the segment rings of the sealing package in the first embodiment with three segment rings,
  • FIG. 2 is a Radiai sectional view of a reciprocating piston with a sealing packet according to FIG. 1,
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the segment rings of the sealing package in the second embodiment with four segment rings, d. H. with integrated oil scraper ring,
  • FIG. 4 shows a radial view of a reciprocating piston with a sealing packet according to FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a detail of a first, lower segment ring of a sealing package according to the prior art, with representation of the effective forces
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the partial force curve of the active force applied to the lock part as a function of the respective effective direction
  • FIG. 8 shows a section of a second, lower segment ring, showing the course of forces
  • FIG. 9 shows a plan view of an oil segment segment ring of the sealing packet according to FIG.
  • Fig.10 a section of the oil scraper gem. Fig. 9.
  • an inventive sealing package 1 in the first embodiment consists of three rings arranged in axial succession, namely a second, lower segment ring 10, a first, upper segment ring 20 and a pressure retaining ring 30.
  • FIG. 1 it can be seen how the second, lower sealing segment ring 10, which has the features essential to the invention, from several, here four sealing segments 11 and as many lock parts 12 is composed.
  • the sealing segments 11 and the cam parts 12 have at their respective circumferentially adjacent ends hook-shaped formations with contact surfaces 15.
  • the sealing segments 11 have two inwardly facing hooks 13, the Einhak vom each have to the central axis of the sealing segment and engage respectively outwardly facing hooks 14 of the cam parts 12, the Einhak vom facing the central axis of the lock part.
  • the respective cooperating two hooks 13, 14 via their contact surfaces 15 in contact, via which a power transmission from one segment to the other takes place.
  • the lock parts 12 are arranged opposite to the outer periphery of the sealing segments 11 set back radially inward. In this way, a contact of the cam parts 12 is avoided at a sealed sealing surface, which is formed in the sectional view of FIG. 2, for example, by a cylinder wall 3 of a piston engine, not shown.
  • the center axis 5 of the sealing packet 1 is as an axial reference both the central axis of all the sealing ring forming the segment rings, and the cylinder 3 and the piston 4 of the reciprocating engine; a radial dependence determination relates primarily to the course of the central axis of a ring segment.
  • the hook contact surfaces of the sealing segments 11 and the cam parts 12 each have radially to their own central axis.
  • the first, upper segment ring 20 also has, in an alternating arrangement, sealing segments 21 and lock parts 22.
  • the lock parts 22 are also arranged here set back radially inwards relative to the outer circumference of the sealing segments 21. Even with this segment ring a contact of the lock parts 22 is thereby avoided at a sealing surface to be sealed.
  • the arcuate portions 22 extend over a larger arc area than the sealing segments 21.
  • the sheet extension size of the lock parts 22 is essentially predetermined by the fact that the arc extension of the respective sealing segments 21 must be formed such that in the axially adjacent, lower segment ring 10 whose lock parts 12th are reliably covered.
  • the sealing segments 21 and the lock parts 22 in comparison to the sealing segments 11 and lock parts 12 also taper in one and the same direction, namely in the direction radially inward. In this case, however, the partial forces of the cam parts 22 are transmitted to the sealing segments 21 due to the existing wedge surface formation, so that they rest reliably against the cylinder wall.
  • a total of 35 rotation is referred to, which consists of a provided on the periphery of the segment rings 10 and 20 tongue and groove connection, on the one hand from a groove 36 on one of the sealing segments 11 of the lower segment ring 10, a groove 37 on one of the lock parts 22nd the first segment ring 20 and a sliding block 38 which engages in both grooves.
  • This pressure-locking ring 30 has the function of maintaining the composite of the sealing packet 1 and in particular to limit a movement of the segment rings 10 and 20 of the sealing packet 1 in the axial direction. This prevents Due to a tilting movement of the segment portions of the segment rings by the action of mass and friction forces of the sealing segments 11 and 21, in particular the radial Dichtgrenzen to Kolbenringnutstrom can dissolve.
  • the pressure-retaining ring 30 can move in dependence on the working pressure such that the mounting gap and the axial play become smaller.
  • the sealing package 1 is inserted in a circumferential piston annular groove 6 of a piston 4.
  • the piston 4 performs in an upper working chamber 7, a reciprocating motion, wherein the working space 7 is bounded by the cylinder wall 3, against which a seal by means of the sealing package 1 is to be made according to the invention.
  • the sealing package 1 is inserted with inserted Verwindivity (not shown here) in this circumferential groove 6, wherein between the groove bottom 8 and the inside of the segment rings 10 and 20, a gap is present.
  • Vermosier not shown here
  • a conventional slotted ⁇ labstreifring is provided below in an annular groove 9.
  • FIG. 3 shows a second sealing packet 2, in which, in addition to the three segment rings described in connection with the sealing package 1, namely the lower second segment ring 10 with the hook-shaped segment ends, the upper first segment ring 20 and the conical pressure securing ring 30 arranged above it , yet another, very lower segment ring, namely the ⁇ labstreif- segment ring 40 is present.
  • This segment ring 40 has in this embodiment four oil scraper segments 41 which abut one another in the circumferential direction except for a very small, radially pointing gap 43 and by lock parts 42, similar to the lock parts of the lower second sealing segment ring 20, held together or in conjunction stand.
  • these lock parts 42 are not sufficient up to the outer circumference of the segment ring 40, but have a flat U-shape and engage with their outwardly facing segment part hooks 44, with radially extending to the segment center axis bearing surfaces, inwardly facing Segmentteil- Hook 43, which also have radially extending to the central axis bearing surface.
  • the oil scraper segment ring 40 is also involved in the anti-rotation 35, for which he has on its inner circumference a groove 39 which is identical to the grooves 35 and 36 of the segment rings 10 and 20 is formed.
  • the engaging in these grooves nut 38 is of course made higher by the height of the oil scraper segment ring 40 here. Further details on the formation of the oil scraper ring 40 are shown in FIG. 9.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the sealing package 2 shown in FIG. 3 in the piston ring groove 6, which here is made higher by the thickness of the oil scraper segment ring 40.
  • the piston 4 is generally simpler, since an additional, separate annular groove is missing for a ⁇ labstreifring.
  • This segment ring 50 consists of four sealing segments 51 with interposed lock parts 52, the opposite taper radially inwardly or outwardly wedge-shaped.
  • the sealing segments 51 taper radially inward and the lock parts 52 radially outwardly.
  • the force F S ⁇ which acts on a cam member 52 in the direction of the wedge tip is transmitted to the respectively adjacent surfaces of the sealing segment 51 via its partial forces PF S.
  • the transfer factor BF of the lock part forces on the sealing segment 51 is dependent on the formation of the contact surface 55, which is determined and defined by the course of a (investment) line 16 and in its course the central axis 17 of the lock member 52 and the central axis 18 of the sealing segment 51 cuts.
  • the resulting cutting angles are decisive for the formation of the respective partial forces and their balancing.
  • FIG. 6 shows the graphical progression of the transmission factor UF of the lock part force as a second force component with effect on the sealing segment.
  • increasing wedge angle of the lock part reduces the second, on the sealing segment in the direction of the cylinder wall coming into effect force component, which is to be superimposed with the primary force resulting from the working pressure. From a certain Angle value sets a direction change in the direction of action for this second force component and it can theoretically be completely eliminated the primary applied acting force of the sealing segment.
  • FIG. 9 shows a section of the second, lower sealing segment ring 10, which, as described in connection with FIGS. 1 and 3, consists of four sealing segments 11 and as many interposed lock parts 12.
  • the adjacent ends of these segment parts 11, 12 engage in a hook-like manner, the sealing segments 11 having radially inwardly directed sealing segment hooks 13 and the lock parts 12 radially outwardly facing lock segment hooks 14 and are in operative contact their contact surfaces 15, through which the radially pointing straight line 16 runs.
  • Fig. 10 shows the oil scraper ring 40, which consists of four oil scraper segments 41 and from as many lock parts 42 which are U-shaped and engage like a clip from the inside into the hook-shaped ends of the oil scraper segments 41.
  • Their contact surfaces 45 correspond in training and arrangement substantially the execution and operating principle of the lock parts and sealing segments of the second, lower segment ring 10 of the invention (see Fig. 8):
  • the sealing boundary formation is secured in both the axial and radial directions, one or more oil scraping segment rings 40 can be positioned in the same piston ring groove below the second, lower segment ring 10 as by the oil scraper segment ring or rings 40 forming a radially effective one Sealing limit remains secured.
  • FIG. 11 shows, in addition to FIG. 10, an enlarged detail of the oil scraper ring 40, which in its construction relates to the interaction of the oil lock parts and the oil scraper segments when the gas is pressurized in the direction of the piston center axis.
  • the laterally, radially existing boundary surfaces of the lock part 42 form in their ideal extension of a profile with the tip to the piston center axis pointing wedge angle.
  • the laterally, radially existing and the boundary surfaces of the lock member opposite boundary surfaces of the oil scraper segment 41 also form in their ideal extension of the extension with a tip to the piston center axis pointing wedge angle.
  • Sealing segment ß wedge angle sealing segment
  • Oil scraper ring F DS H second active component on the seal

Landscapes

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Abstract

Disclosed is a packing seal for the piston of a reciprocating engine. Said packing seal can be inserted into a circumferential groove of the piston and is provided with three segment rings (10, 20, 30) that adjoin each other in an axial direction, i.e. a second (lower) segment ring (10), a first (top) segment ring (20) thereabove, and a conical pressure securing ring (30) above the first segment ring (20). The second (lower) segment ring (10) is characterized in that the ends of the seal segments (11) and the lock parts (12) which adjoin each other in the peripheral direction radially engage behind one another in a hook-like manner, the seal segments (11) being provided with an inward-pointing hook (13) and the lock parts (12) being equipped with an outward-pointing hook (14). Furthermore, the contact lines (16) of the adjoining segments (11, 12) lying in the (engaging) contact areas (15) extend radially in the direction of the central axis of the ring in such a way that the directions in which the partial forces of the applied individual segment forces, which are compensated perpendicular to the contact line (16), are effective are oriented in the opposite direction, thus decreasing the pressure applied to the cylinder wall as a whole by the seal segment (11) and therefore substantially reducing wear.

Description

Dichtpaket und Hubkolben mit einem solchen Paket Sealing package and reciprocating piston with such a package
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtpaket und einen Hubkolben für Hubkolbenmaschinen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 13 und 14.The invention relates to a sealing package and a reciprocating piston for reciprocating engines according to the preamble of claim 1 or 13 and 14th
Aus der WO 95/14184 ist ein Dichtpaket für Hubkolben einer Hubkolbenmaschine bekannt, das mindestens zwei axial aneinanderliegende Segmentringe gleichen Aufbaues umfasst, die sich jeweils in abwechselnder Folge aus mindestens zwei Dichtsegmenten und ebenso vielen Schlossteilen zusammensetzen. Diese Dichtsegmente und Schlossteile verjüngen sich jeweils entgegengesetzt radial nach innen bzw. nach außen, in beiden Segmentringen keilförmig, wobei die „ideellen" Keilspitzen der Dichtsegmente stets zur Ringmittelachse und die der Schlossteile in Richtung Zylinderwand weisen. Die axial aneinanderliegenden Segmentringe sind zueinander so verdreht, dass sich die Dichtsegmente in ihrer Anlage zur Zylinderwand überlappen und radial verlaufende Freiräume zwischen den Öichtsegmenten durch die Schlossteile besetzt und geschlossen werden. Eine Verdrehsicherung zwischen jeweils mindestens einem Segment der aufeinanderfolgenden Segmentringe verhindert letztlich die Verschiebung der Dichtsegmente zueinander. Von einer Ring- Anpressfeder, die im Nutgrund der Kolbenringnut mit eingelegt ist, wird eine zusätzliche Kraft auf das Dichtpaket ausgeübt, um die Ausbildung und Aufrechterhaltung der Dichtgrenze garantieren zu können.From WO 95/14184 a sealing package for reciprocating a reciprocating engine is known, which comprises at least two axially adjacent segment rings same structure, each composed in an alternating sequence of at least two sealing segments and as many lock parts. These sealing segments and lock parts each taper in opposite directions radially inward or outward, wedge-shaped in both segmental rings, the "ideal" wedge tips of the sealing segments always pointing towards the central axis of the ring and the locking elements towards the cylinder wall. that the sealing segments overlap in their contact with the cylinder wall and that radial free spaces between the oil segments are occupied and closed by the cam parts An anti-twist device between in each case at least one segment of the successive segment rings ultimately prevents the sealing segments from being displaced relative to one another in the groove bottom of the piston ring groove is inserted, an additional force is exerted on the sealing package to guarantee the formation and maintenance of the sealing limit can.
Aus der EP 937216 B1 (WO 98/08009) ist ein verbessertes Dichtpaket beschrieben, mit dem vom Aufbau her auf den Einsatz der notwendigen Anpressfeder nach der WO 95/14184 ersatzlos verzichtet werden kann. Aufgrund der Einbaulage des ersten, oberen Segmentringes besteht insbesondere während des Bewegungsablaufes des Kolbens respektive Dichtpaketes vom „oberen Totpunkt" OT in Richtung „unterer Totpunkt" UT die Gefahr der verminderten Dichtölzufuhr in dem Dicht- und Bewegungsspalt zwischen der Zylinderwand und den Dichtsegmenten des ersten, oberen Segmentringes. Daraus resultieren insbesondere bei höheren Kolbengeschwindigkeiten im Dichtspalt Freiräume, in denen die zur Wirkung kommenden Kräfte nicht mehr über das physikalische Prinzip der „Druckwandlung" sondern über die direkte Gasdruck-Einwirkung auf die Freiraum-Flächen sich ergeben. Infolgedessen besteht die Notwendigkeit, eine zusätzliche „Kraft" mit Wirkrichtung zur Zylinderwand aufzubringen, um dem möglichen Aufbau der in Richtung „Kolbenmittelachse" wirkenden Kräfte an den Dichtsegmenten entgegen zu wirken und den Zusammenbruch der Dichtgrenze zu vermeiden.From EP 937216 B1 (WO 98/08009) an improved sealing package is described, which can be dispensed without replacement from the construction of the use of the necessary pressure spring according to WO 95/14184. Due to the installation position of the first, upper segment ring is in particular during the course of movement of the piston or sealing package from the "top dead center" TDC in the direction of "bottom dead center" UT the risk of reduced sealing oil supply in the sealing and movement gap between the cylinder wall and the sealing segments of the first upper segment ring. This results in particular at higher piston speeds in the sealing gap free spaces in which the forces coming to action not As a result, there is a need to apply an additional "force" with effective direction to the cylinder wall, in order to avoid the possible structure of the "piston center axis" in the direction acting forces to counteract the sealing segments and to avoid the collapse of the sealing limit.
Bei diesem bekannten Dichtpaket wird ein erster, oberer Segmentring verwendet, der sich (gleichfalls) aus mindestens zwei, keilförmig ausgebildeten Dichtsegmenten und ebenso vielen keilförmig ausgebildeten Schlossteilen zusammensetzt, die in ihrer Anlage sich abwechseln und deren ideelle Keilwinkelspitzen jedoch immer zur Kolbenmittelachse ausgerichtet sind. Darüber hinaus ist die Ausbildung des äußeren, an der Zylinderwand nicht anliegenden Kreisbogens der Schlossteile immer größer als der Bogen der an der Zylinderwand anliegenden Dichtsegmente, die nur so weit wie nötig mit den Dichtsegmenten des zweiten, unteren Segmentringes überlappen. Überdies ist ein sogenannter Druck- und Sicherungsring vorgesehen, der im Querschnitt auch keilförmig ausgebildet ist und mindestens einmal quergeschlitzt zwischen dem Segmentring oben und der dem Druckring entsprechenden Ausbildung der Kolbennut mit einliegt. Dieser sogenannte Druck-Sicherungsring hat zum Einen die Aufgabe, das Abheben des Dichtpakets von der unteren Auflage an der Kolbenring-Nutwand beim Auftreten hoher Massenbeschleunigungen so weit wie möglich einzuschränken und zum Zweiten, die radial verlaufenden Anlage-Spalte zwischen den einzelnen Ringsegmenten im ersten oberen Segmentring abzudecken und damit unerwünschten Druckaufbau in den Zwischenräumen dieser Anlage- Spalte zu mindern.In this known sealing package, a first, upper segment ring is used, which (also) composed of at least two wedge-shaped sealing segments and just as many wedge-shaped lock parts that alternate in their investment and whose ideal wedge angle tips are always aligned with the piston center axis. In addition, the formation of the outer, not applied to the cylinder wall arc of the castle parts is always greater than the arc of the cylinder wall applied to the sealing segments, which overlap only as far as necessary with the sealing segments of the second, lower segment ring. Moreover, a so-called pressure and locking ring is provided, which is also wedge-shaped in cross section and at least once transverse slotted between the segment ring above and the pressure ring corresponding to the design of the piston groove rests. This so-called pressure circlip on the one hand has the task to limit the lifting of the sealing package of the lower support on the piston ring groove wall when high mass acceleration occurs as much as possible and second, the radially extending contact gap between the individual ring segments in the first upper Cover segment ring and thus reduce unwanted pressure build-up in the interstices of this investment column.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei Einsatz dieses Dichtpakets die erwarteten Leistungsverbesserungen nur bedingt erreichbar sind. Darüber hinaus ist festzustellen, dass die Dichtsegmente des zweiten, unteren Segmentringes erhöhtem Verschleiß unterliegen. Auch bei hervorragendem Abdichtvermögen mit sehr guten Leckage- Werten reduziert sich der allgemeine Einsatz- und Anwendungsbereich des Dichtpaketes hierdurch bestenfalls auf Sonderausführungen. Die ursächlichen Zusammenhänge dieses disqualifizierend wirkenden Funktionsverhaltens ergeben sich aus dem spezifischen Aufbau der Segmentringe, die für diese Art von Dichtpaketen bestimmend sind. Die axial wirkende Dichtgrenze des Dichtpaketes wird von den sich überlappenden Dichtsegmenten des ersten, oberen Segmentringes und des mindestens einen zweiten, unteren Segmentringes ausgebildet, die übereinander und zueinander verdrehgesichert in einer Ringnut eines Hubkolbens einliegen. Die Schlossteile, die in der Materialstärke den Dichtsegmenten entsprechen, schließen jeweils die zwischen zwei Dichtsegmenten bestehenden Freiräume und bilden somit im zweiten, unterer Segmentring eine radial verlaufende Dichtgrenze, die sowohl gegenüber dem ersten, oberen Segmentring als auch gegenüber der Anlage zur Kolbenringnut zur Wirkung kommt. Diese radial wirkende Dichtgrenze wird insbesondere durch die zwar unterschiedlichen, jedoch stets keilförmig ausgebildeten Einzelsegmente der mindestens zwei Segmentringe gewährleistet. Dabei sind die Schlossteile in ihrer äußeren Ausbildungsbegrenzung gegenüber den an der Zylinderwand anliegenden Dichtsegmenten etwas zurückgesetzt, so dass bei eintretendem Verschleiß ein selbsttätiges Nachstellen ermöglicht wird. Bei einsetzendem Arbeitsdruck im Funktionsraum- und damit im Nutgrund- wird an den jeweiligen Einzelsegmenten ein Kraftaufbau iniziiert, der im zweiten, unteren Segmentring in der Regel radial zur Zylinderwand ausgerichtet ist. Die Schlossteile, die nur tangential an den Dichtsegmenten anliegen, können ihre aus dem Arbeitsdruck resultierende Wirkkraft nur auf die zwei anliegenden Dichtsegmente übertragen. Das bedeutet, dass generell - besonders aber im zweiten, unteren Segmentring - an den Dichtsegmenten zusätzlich zur eigenen Wirkkraft eine zweite Kraftkomponente aufgebaut wird, die zu erhöhtem Anpressdruck der Dichtsegmente an die Zylinderwand führt und damit die Hauptursache des erhöhten Verschleißes sein dürfte.However, it has been shown that when using this sealing package, the expected performance improvements are only partially achievable. In addition, it should be noted that the sealing segments of the second, lower segment ring are subject to increased wear. Even with excellent sealing capacity with very good leakage values, the general area of application and application of the sealing package is thereby reduced to special designs at best. The causal relationships of this disqualifying acting behavior result from the specific structure of the segment rings, which are decisive for this type of sealing packages. The axially acting sealing boundary of the sealing package is formed by the overlapping sealing segments of the first, upper segment ring and the at least one second, lower segment ring, which einliegen one above the other and against rotation in an annular groove of a reciprocating piston. The lock parts, which correspond to the sealing segments in material thickness, each close the free spaces between two sealing segments and thus form a radially extending sealing border in the second, lower segment ring, which acts both against the first, upper segment ring and against the contact with the piston ring groove , This radially acting sealing boundary is ensured, in particular, by the individual, but always wedge-shaped, individual segments of the at least two segment rings. The lock parts are set back slightly in their outer training limit with respect to the voltage applied to the cylinder wall sealing segments, so that when eintretendem wear automatic adjustment is made possible. When working pressure in Funktionsraum- and thus in Nutgrund- a force is initiated at the respective individual segments, which is aligned in the second, lower segment ring usually radially to the cylinder wall. The lock parts, which bear only tangentially on the sealing segments, can transfer their resulting from the working pressure acting force only on the two adjacent sealing segments. This means that generally - but especially in the second, lower segment ring - a second force component is built on the sealing segments in addition to their own active force, which leads to increased contact pressure of the sealing segments on the cylinder wall and thus should be the main cause of increased wear.
Zwar ist aus der US 2,055,153 ein Dichtpaket bekannt, dass aus zwei Segmentringen besteht, deren Enden sich vertikal gegenseitig hintergreifen, wodurch eine spezielle Ausbildung eines Schlitzes im Ring vorhanden ist. Dieses weißt jedoch nicht einen eindeutig definierten Funktionsaufbau nach anliegenden Dichtsegmenten mit dazwischen positioniertem Schlossteil (nicht anliegend), die einen radial geschlossenen Segmentring bilden und bei vorgegebenem Verdrehwinkel bei Überlagerung von zwei Segmentringen auch in axialer Richtung einen geschlossenen „Verbund" bilden. In den US 2,590,961 und DE 523 160 C ist jeweils ein einzelner Kobenring beschrieben der einmal geschlitzt ist und dessen Schlitzstelle mit einem vertikal einsitzenden Schlossteil ausgestattet ist. Dies erscheint geeignet, die Gasleckage zeitlich begrenzt zu vermindern; es ist jedoch keine vollständige Dichtgrenzenausbildung möglich.Although it is known from US 2,055,153 a sealing package that consists of two segment rings whose ends engage behind each other vertically, whereby a special design of a slot in the ring is present. However, this does not know a clearly defined functional structure after adjacent sealing segments with interposed positioned lock part (not adjacent), which form a radially closed segment ring and form a closed "composite" at a predetermined angle of rotation with superposition of two segment rings in the axial direction. In the US 2,590,961 and DE 523 160 C, a single Kobenring is described in each case is slotted once and the slot location is equipped with a vertically einitzenden lock part. This appears suitable for reducing the gas leakage for a limited time; however, it is not possible to complete the formation of a dense boundary.
Schließlich ist aus der GB 2 131 121 A ein Kolbenring bekannt, der ebenfalls nur einmal geschlitzt ist, wobei die Ringenden miteinander verhakbar sind, wodurch die Gasleckage reduziert wird. Eine geschlossene Dichtgrenze in radialer und axialer Richtung wird dauerhaft durch diese Verhakung nicht geboten.Finally, from GB 2 131 121 A, a piston ring is known, which is also slotted only once, wherein the ring ends are verhakbar with each other, whereby the gas leakage is reduced. A closed sealing boundary in the radial and axial direction is permanently not offered by this entanglement.
Aufgabe der Erfindung ist somit, ein Dichtpaket o. g. Gattung anzugeben, bei dem auf einfache Weise die Reibverluste durch das Kolbenabdichtsystem auf Minimalwerte begrenzt sind und gleichzeitig ein gutes Abdichtverhalten gewährleistet bleibt. Zu dem ist ein Hubkolben für eine Hubkolbenmaschine anzugeben, der unter Verwendung dieses Dichtpaketes optimale Abdicht- und Ölabstreifeigenschaften und minimale Reibverluste verzeichnet.The object of the invention is thus, a sealant o. G. Specify genus in which in a simple way the friction losses are limited by the Kolbenabdichtsystem to minimum values and at the same time a good sealing behavior is ensured. In addition, a reciprocating piston for a reciprocating engine is to be specified, which records optimum sealing and oil stripping properties and minimal friction losses when using this sealing package.
Diese Aufgabe wird durch ein Dichtpaket mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den entsprechend rückbezogenen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by a sealing package with the features of claim 1. Advantageous embodiments are characterized in the correspondingly dependent subclaims.
Dem gemäß sind die in Umfangsrichtung aneinander grenzenden Enden der Dichtsegmente und Schlossteile des zweiten, unteren Segmentringes sich gegenseitig hakenförmig hintergreifend so ausgebildet, dass die Dichtsegmente ein radial nach innen weisendes Hakenteil und die Schlossteile ein radial nach außen weisendes Hakenteil besitzen, wodurch die gegenseitig zur Anlage und Kraftübertragung kommenden Keilflächen beider Segmentarten jeweils zur eigenen Segment-Mittelachse weisen. Damit wird zwischen den Enden der Schlossteile und der Dichtsegmente eine gemeinsame Einhak-Anlagefläche gebildet, die als Teil eines Geradenabschnittes betrachtet und definiert werden kann. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Übertragung der Schlossteilkräfte auf die Dichtsegmente und damit auf die Ausbildung der zweiten Wirkkomponente an den Dichtsegmenten, was nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5 näher erläutert wird.Accordingly, the circumferentially adjacent ends of the sealing segments and lock parts of the second, lower segment ring are mutually hook-shaped engaging behind designed so that the sealing segments have a radially inwardly facing hook part and the cam parts have a radially outwardly facing hook part, which mutually to plant and force transmission coming wedge surfaces of both types of segments each have their own segment central axis. Thus, a common hooking-contact surface is formed between the ends of the cam parts and the sealing segments, which can be considered as part of a straight line section and defined. This proves to be particularly advantageous in the transfer of the Schlossteilkräfte on the sealing segments and thus on the Forming the second active component on the sealing segments, which will be explained in more detail below in connection with FIG.
Die Schlossteile sind im weiteren so ausgebildet, dass ausgehend vom jeweiligen Verlauf der übergreifenden Einhak-Einzelfläche der innere Begrenzungsdurchmesser nach Vorgabe erweitert ist und der äußere Begrenzungsdurchmesser zwischen den beiden (Haken-) Ansätzen als direkte Verbindung ausgearbeitet sein kann. Mit einer Ausführung in dieser Form lassen sich Segmentringe bereitstellen, die in radialer Richtung eine vollkommen geschlossene und in axialer Richtung eine nahezu geschlossene Dichtgrenze bilden. Der größte Anteil des axial zur Wirkung kommenden Dichtgrenzenaufbaus erfolgt damit über die Dichtsegmente des zweiten, unteren Segmentringes. Lediglich in der Bogenlänge sind kleine, zahlenmäßig dem Teilungswinkel entsprechende Ringunterbrechungen durch die Dichtsegmente des ersten, oberen Segmentringes, der gemäß Stand der Technik nach der EP 987216 B1 aufgebaut ist, abzudecken. Die an den Dichtsegmenten des ersten, oberen Segmentringes auftretenden Reibkräfte sind somit über konstruktiv vorgebbare Ausführungskriterien (Winkelposition und Wirkrichtung) dahingehend optimierbar, dass die Anpresskräfte (und somit die Reibkräfte) des Gesamt-Dichtpaketes auf ein notwendiges, der Dichtgrenzenausbildung genügendes Minimum reduziert werden können.The lock parts are further formed so that starting from the respective course of the cross-hooking single surface of the inner limiting diameter is extended by default and the outer limiting diameter between the two (hook) approaches can be worked out as a direct connection. With an embodiment in this form, segment rings can be provided which form a completely closed and in the axial direction an almost closed sealing boundary in the radial direction. The largest proportion of the axially coming into effect sealing boundary structure thus takes place via the sealing segments of the second, lower segment ring. Only in the arc length are small, numerically the pitch angle corresponding ring interruptions by the sealing segments of the first, upper segment ring, which is constructed according to the prior art according to EP 987216 B1 cover. The frictional forces occurring at the sealing segments of the first, upper segment ring are thus optimized over design criteria (angular position and direction of action) that the contact forces (and thus the frictional forces) of the total sealing package can be reduced to a minimum necessary for sealing boundary formation.
Von Vorteil ist, wenn als Verdrehsicherung die axial übereinander befindlichen Segmentringe am Innenumfang der Segmentringe eine Nut- und Feder-Verbindung vorgesehen ist und zwar sinnvoller Weise am Schlossteil des einen Segmentringes und dem Dichtsegment des anderen Segmentringes. Dabei bietet sich an, die jeweils größeren Segmentringe dazu zu verwenden, d. h. hier beim unteren Ring das Dichtsegment und beim darüber liegenden Ring das verhältnismäßig lang ausgebildete Schlossteil. Dabei sind die jeweiligen Nuten und der zugehörige, die beiden Segmente zueinander drehfest haltende Nutenstein so ausgelegt, dass der Nutenstein frei in der Kolbennut einliegt.It is advantageous if the axially superimposed segment rings on the inner circumference of the segment rings a tongue and groove connection is provided as a rotation and that meaningful way on the lock part of a segment ring and the sealing segment of the other segment ring. It makes sense to use the respective larger segment rings to d. H. here at the lower ring the sealing segment and the overlying ring the relatively long trained lock part. Here, the respective grooves and the associated, the two segments to each other rotatably holding nut are designed so that the nut rests freely in the piston groove.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Segmentring vier Schlossteile und vier Dichtsegmente. Die jeweilige radiale Ausrichtung der Anlageflächen der Segmentteile erlaubt eine betriebszuverlässig arbeitende Auslegung des Dichtpakets, welches sich kostengünstig fertigen und herstellen lässt. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese bevorzugte Anzahl von Ringen und Segmenten beschränkt, sondern diese Anzahl hängt auch von den Abmessungen und Größen der jeweiligen Segmentringe ab.According to a preferred embodiment, each segment ring comprises four cam parts and four sealing segments. The respective radial orientation of the contact surfaces of the segment parts allows a reliable working interpretation of the Sealing packages, which can be manufactured and manufactured inexpensively. Of course, the invention is not limited to this preferred number of rings and segments, but this number also depends on the dimensions and sizes of the respective segment rings.
Wie auch beim vorbeschriebenen Stand der Technik ist von Vorteil, wenn auch beim erfindungsgemäßen Dichtpaket ein an seiner Oberseite konisch nach innen sich verjüngender Druck-Sicherungsring vorgesehen ist, der aus mindestens zwei Ringhälften besteht und der ebenfalls an seiner unterseitigen Anlagefläche Oberflächenunterbrechungen zur axialen Druckentlastung aufweisen kann. Durch den Druck- Sicherungsring wird ein unerwünschtes Kippen der Einzelsegmente, wenn nicht verhindert, so doch eingegrenzt, so dass in stabiler und zuverlässiger Weise der Dichtgrenzenverbund des Dichtpaketes in allen Betriebszuständen erhalten bleibt.As well as in the above-described prior art is advantageous if the sealing package according to the invention is provided on its upper side conically inwardly tapered pressure circlip, which consists of at least two ring halves and which may also have on its underside contact surface interruptions to the axial pressure relief , The pressure-locking ring an undesirable tilting of the individual segments, if not prevented, so limited, so that in a stable and reliable manner the sealing boundary of the sealing package is maintained in all operating conditions.
Da der zweite, untere Segmentring so ausgebildet werden kann, dass die axial zur Wirkung kommenden partiellen Dichtgrenzenbereiche einen nahezu geschlossenen Kreis bilden, ist es in weiterer vorteilhafter Ausbildung möglich, den konventionellen Ölabstreifring des Hubkolbens ebenfalls als Segmentriηg auszubilden und als aller- untersten Segmentring in das Dichtpaket zu integrieren. Dadurch ergibt sich ein völlig neuartiges Dichtpaket, das beide Funktionen, nämlich die Abdichtfunktion und auch die Ölabstreiffunktion erfüllt. Dies bringt insbesondere den Vorteil, dass im Hubkolben eine Nut weniger einzubringen ist.Since the second, lower segment ring can be formed so that the axially coming into effect partial sealing boundary regions form a nearly closed loop, it is possible in a further advantageous embodiment, the conventional oil control ring of the reciprocating also as Segmentriηg form and as the very lowest segment ring in the Integrate sealing package. This results in a completely new sealing package that fulfills both functions, namely the sealing function and also the oil scraping function. This brings in particular the advantage that in the reciprocating piston a groove is less to introduce.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ölabstreif-Segmentring die gleiche Anzahl an Schlossteilen und Dichtsegmenten wie der ähnlich aufgebaute zweite, untere Segmentring des vorbeschriebenen Dichtpaketes, somit jeweils vier Teile bzw. Segmente. Die in Umfangsrichtung weisenden Enden der jeweils aneinander grenzenden Ringsegmente hintergreifen sich gegenseitig ebenfalls hakenförmig radial, wobei die gegenseitigen Haken-Anlageflächen und somit die Anlagegeraden radial zum Ringmittelpunkt ausgerichtet sind.According to a preferred embodiment, the oil scraper segment ring comprises the same number of lock parts and sealing segments as the similarly constructed second, lower segment ring of the above-described sealing package, thus each four parts or segments. The pointing in the circumferential direction ends of each adjacent ring segments engage behind each other also hook-shaped radially, the mutual hook-contact surfaces and thus the plant line are aligned radially to the center of the ring.
Dabei sind in vorteilhafter Weise die Schlossteile als U-förmige Koppelelemente ausgebildet, die mit ihren zur Zylinderwand weisenden Hakenschenkeln in entsprechende - zum Ringmittelpunkt weisende - Haken-Ausnehmungen der Ölabstreif- segmente radial von innen nach außen eingreifen, wobei die äußeren Umfangsstirn- flächen der Ölabstreifsegmente bzw. deren Hakenteile ebenfalls radial zur Ringmitelache weisen und gleichzeitig zueinander einen im wesentlichen parallelen, geringfügigen Radialspalt einhalten. Somit können auch hier die Kraft- bzw. Wirkverhältnisse ähnlich ausgelegt werden wie beim unteren, zweiten Segmentring des vorbeschriebenen Dichtpakets, also die Dichtsegmente können in fast druckloser Anlage an der Zylinderwand gehalten werden, wodurch die Reibverluste unter gleichzeitiger Aufrecherhaltung der Ölabstreifwirkung des Ringes auf ein Minimum reduziert sind. Hierfür ist von Vorteil, wenn die Ölabstreifsegmente dieses Ringes an ihrer, der Zylinderwand zuweisenden Mantelfläche in bekannter Weise konisch nach unten in Richtung zum unteren Totpunkt (UT) des Hubkolbens sich erweiternd abgeschrägt ausgebildet sind.In this case, the lock parts are advantageously designed as U-shaped coupling elements, which point with their pointing to the cylinder wall hook legs in corresponding - the ring center point facing - hook recesses of the oil scraper engage radially from the inside to the outside, wherein the outer peripheral end surfaces of the Ölabstreifsegmente or their hook parts also have radially to Ringmitelache and simultaneously comply with each other a substantially parallel, minor radial gap. Thus, the force or active conditions can be designed similarly here as in the lower, second segment ring of the above-described sealing package, so the sealing segments can be held in almost pressureless contact with the cylinder wall, whereby the friction losses while maintaining the Ölabstreifwirkung the ring to a minimum are reduced. For this purpose, it is advantageous if the Ölabstreifsegmente this ring on its, the cylinder wall facing lateral surface in a known manner conically downwards towards the bottom dead center (UT) of the reciprocating piston are bevelled widening.
Darüber hinaus sind die von den Mittelsenkrechten abweisend (tangential weisend) ausgerichteten Begrenzungsflächen der Schlossteile des Ölsegmentringes in ihrem radial Verlauf so angelegt, dass die Verlaufsgeraden einen mit der ideellen Winkelspitze zur Kolbenachse ausgerichteten Keil bilden und die Ölabstreifsegmente entsprechend diesem radial ausgerichteten Verlauf gleichfalls einen mit der ideellen Keilspitze zur Kolbenmittelachse weisenden Winkel bilden, dessen Verlaufsgeraden einen definierten Abstand zu den Verlaufsgeraden der jeweiligen Anlageflächen der Schlossteile aufweisen. Diese funktionelle Ausbildung entspricht dem Wirkprinzip der Kraftübertragung vom Schlossteil auf das Dichtsegment im oberen, ersten Segmentring, was nach der EP 987216B1 Stand der Technik ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch im Verlauf eines Ansaug-Vorganges bei Unterdruck im Funktionsraum überschüssiges Öl von der Zylinderwand abgestreift wird.In addition, from the mid-perpendicular abweisend (tangentially pointing) aligned boundary surfaces of the cam parts of the oil segment ring are applied in their radial course so that the straight lines form a wedge with the ideal angle to the piston axis aligned wedge and the Ölabstreifsegmente according to this radially aligned course also with the form ideal wedge tip to the piston center axis pointing angle, whose straight lines have a defined distance to the straight line of the respective contact surfaces of the cam parts. This functional design corresponds to the operating principle of the power transmission from the lock part to the sealing segment in the upper, first segment ring, which is state of the art according to EP 987216B1. In this way, it is ensured that excess oil is stripped off the cylinder wall during the course of an intake process at negative pressure in the functional space.
Es ist zweckmäßig, in diesem Dichtpaket mit den mindestens vier Segmentringen nunmehr in die Positionsfestlegung zueinander auch den Ölabstreif-Segmentring, mit einzubeziehen, aber nicht unbedingt notwendig. Hierfür ist in einem der Dichtsegmente des Ölabstreifringes eine mit den Nuten der darüber liegenden beiden Segmentringe korrespondierende Nut vorzusehen, in die ein gemeinsamer, entsprechend für die Höhe der drei Segmentringe ausgelegter, höherer Nutenstein einliegt. Es ist aber zu erkennen, dass dieser zusätzliche Ölabstreifring im (Vierer-) Dichtpa- ket nicht unbedingt einer Positionsfestlegung in Bezug auf die beiden darüber befindlichen, eine Dichtfunktion erfüllenden Segmentringe aufweisen muss, da er deren Dichtfunktion nicht beeinflusst.It is expedient to include in this sealing package with the at least four segment rings now in the position fixing each other and the oil scraper segment ring, but not absolutely necessary. For this purpose, in one of the sealing segments of the oil control ring, a groove corresponding to the grooves of the overlying two segment rings is provided, into which a common, correspondingly designed for the height of the three segment rings, higher slot nut rests. However, it can be seen that this additional oil scraper ring in (quad) sealant ket not necessarily have a position fixing in relation to the two above it, a sealing function fulfilling segment rings must have, since it does not affect their sealing function.
Die Aufgabe wird auch durch einen Hubkolben für eine Hubkolbenmaschine gemäß Anspruch 13 gelöst, der mindestens ein Dichtpaket nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 12 und mindestens einen üblichen Ölabstreifring, in eigener Kolbennut eingelegt, aufweist.The object is also achieved by a reciprocating piston for a reciprocating engine according to claim 13, which has at least one sealing packet according to claims 1 to 6 and 12 and at least one common oil scraper, inserted in its own piston groove.
Schließlich wird gemäß Anspruch 14 ein Hubkolben für eine Hubkolbenmaschine bereitgestellt, der mindestens ein Dichtpaket nach den Ansprüche 7 bis 12 aufweist, also bei dem in nur einer Kolbennut ein Vierer-Dichtpaket, also ein Dichtpaket vorgesehen ist, in dem ein Ölabstreif-Segmentring als vierter, unterster Ring mit integriert ist.Finally, according to claim 14, a reciprocating piston is provided for a reciprocating piston engine, which has at least one sealing packet according to claims 7 to 12, that is, in which in only one piston groove a four-pack, ie a sealing package is provided, in which a Ölabstreif segment ring fourth , bottom ring is integrated with.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to several embodiments with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 : eine auseinander gezogene Perspektivdarstellung der Segmentringe des Dichtpakets in erster Ausführung mit drei Segmentringen,1 is an exploded perspective view of the segment rings of the sealing package in the first embodiment with three segment rings,
Fig. 2: eine Radiai-Schnittansicht eines Hubkolbens mit einem Dichtpaket gemäß Fig. 1,2 is a Radiai sectional view of a reciprocating piston with a sealing packet according to FIG. 1,
Fig. 3: eine auseinandergezogene Perspektivdarstellung der Segmentringe des Dichtpakets in zweiter Ausführung mit vier Segmentringen, d. h. mit integriertem Ölabstreifring,3 is an exploded perspective view of the segment rings of the sealing package in the second embodiment with four segment rings, d. H. with integrated oil scraper ring,
Fig. 4: eine Radial-Ansicht eines Hubkolbens mit einem Dichtpaket gemäß Fig. 3,4 shows a radial view of a reciprocating piston with a sealing packet according to FIG. 3, FIG.
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines Ausschnittes aus einem ersten, unteren Segmentring eines Dichtpakets gemäß Stand der Technik, mit Darstellung der wirksamen Kräfte,5 is a schematic representation of a detail of a first, lower segment ring of a sealing package according to the prior art, with representation of the effective forces,
Fig. 6: den Ausbildungsverlauf des Übertragungsfaktors ClF,6 shows the training course of the transmission factor ClF,
Fig. 7: eine schematische Darstellung des Partialkräfteverlaufes der am Schlossteil anliegenden Wirkkraft in Abhängigkeit von der jeweiligen Wirkrichtung, Rg. 8: einen Ausschnitt eines zweiten, unteren Segmentringes, mit Darstellung des Kräfteverlaufs, Fig. 9: eine Draufsicht auf einen Ölabstreif-Segmentring des Dichtpakets gem.7 shows a schematic representation of the partial force curve of the active force applied to the lock part as a function of the respective effective direction, FIG. 8 shows a section of a second, lower segment ring, showing the course of forces, FIG. 9 shows a plan view of an oil segment segment ring of the sealing packet according to FIG.
Fig.3, Fig.10: einen Ausschnitt aus dem Ölabstreifring gem. Fig. 9.3, Fig.10: a section of the oil scraper gem. Fig. 9.
Wie aus Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, besteht ein erfindungsgemäßes Dichtpaket 1 in erster Ausführung aus drei in axialer Aufeinanderfolge angeordneten Ringen und zwar einem zweiten, unteren Segmentring 10, einem ersten, oberen Segmentring 20 und einem Druck-Sicherungsring 30.As can be seen from FIGS. 1 and 2, an inventive sealing package 1 in the first embodiment consists of three rings arranged in axial succession, namely a second, lower segment ring 10, a first, upper segment ring 20 and a pressure retaining ring 30.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, wie der zweite, untere Dicht-Segmentring 10, der die erfindungswesentlichen Merkmale aufweist, aus mehreren, hier jeweils vier Dichtsegmenten 11 und ebenso vielen Schlossteilen 12 zusammengesetzt ist. Die Dichtsegmente 11 und die Schlossteile 12 weisen an ihren jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Enden hakenförmige Ausbildungen mit Anlageflächen 15 auf. So besitzen die Dichtsegmente 11 zwei nach innen weisende Haken 13, deren Einhakflächen jeweils zur Mittelachse des Dichtsegments weisen und in jeweils entsprechend nach außen weisende Haken 14 der Schlossteile 12 eingreifen, deren Einhakflächen zur Mittelachse des Schlossteils weisen. Dabei stehen die jeweils zusammenwirkenden beiden Haken 13, 14 über deren Anlageflächen 15 in Kontakt, über die eine Kraftübertragung von einem Segment auf das andere erfolgt. Die Schlossteile 12 sind dabei gegenüber dem Außenumfang der Dichtsegmente 11 radial nach innen zurückgesetzt angeordnet. Hierdurch wird eine Berührung der Schlossteile 12 an einer abzudichtenden Gegendichtfläche vermieden, welche in der Schnittdarstellung aus Fig. 2 beispielsweise von einer Zylinderwand 3 einer nicht dargestellten Kolbenmaschine gebildet wird. Die Mittelachse 5 des Dichtpakets 1 ist als axialer Bezug sowohl Mittelachse aller das Dichtpaket bildenden Segmentringe, als auch des Zylinders 3 und des Kolbens 4 der Hubkolbenmaschine; eine radiale Abhängigkeitsbestimmung bezieht sich vornehmlich auf den Verlauf der Mittelachse eines Ringsegmentes. Die Haken-Anlageflächen der Dichtsegmente 11 und der Schlossteile 12 weisen jeweils radial zur eigenen Mittelachse. Hierdurch werden zwischen den jeweiligen Dichtsegmenten 11 und Schlossteilen 12 die Berührungs- oder Gleitflächen (Anlageflächen) 15 gebildet, welche sich keilförmig radial nach außen erweitern. Weitere konstruktive und insbesondere wirkungsmässige Einzelheiten sind Fig. 8 zu entnehmen, die einen vergrößerten Ausschnitt aus diesem ersten, unteren Segmentring zeigt.From Fig. 1 it can be seen how the second, lower sealing segment ring 10, which has the features essential to the invention, from several, here four sealing segments 11 and as many lock parts 12 is composed. The sealing segments 11 and the cam parts 12 have at their respective circumferentially adjacent ends hook-shaped formations with contact surfaces 15. Thus, the sealing segments 11 have two inwardly facing hooks 13, the Einhakflächen each have to the central axis of the sealing segment and engage respectively outwardly facing hooks 14 of the cam parts 12, the Einhakflächen facing the central axis of the lock part. Here are the respective cooperating two hooks 13, 14 via their contact surfaces 15 in contact, via which a power transmission from one segment to the other takes place. The lock parts 12 are arranged opposite to the outer periphery of the sealing segments 11 set back radially inward. In this way, a contact of the cam parts 12 is avoided at a sealed sealing surface, which is formed in the sectional view of FIG. 2, for example, by a cylinder wall 3 of a piston engine, not shown. The center axis 5 of the sealing packet 1 is as an axial reference both the central axis of all the sealing ring forming the segment rings, and the cylinder 3 and the piston 4 of the reciprocating engine; a radial dependence determination relates primarily to the course of the central axis of a ring segment. The hook contact surfaces of the sealing segments 11 and the cam parts 12 each have radially to their own central axis. As a result, between the respective sealing segments 11 and lock parts 12, the contact or sliding surfaces (Contact surfaces) 15 formed widening wedge-shaped radially outward. Further constructive and in particular effective details are shown in FIG. 8, which shows an enlarged detail of this first, lower segment ring.
Der erste, obere Segmentring 20 besitzt ebenfalls in abwechselnder Anordnung Dichtsegmente 21 und Schlossteile 22. Die Schlossteile 22 sind auch hier gegenüber dem Außenumfang der Dichtsegmente 21 radial nach innen zurückgesetzt angeordnet. Auch bei diesem Segmentring wird hierdurch eine Berührung der Schlossteile 22 an einer abzudichtenden Gegendichtfläche vermieden. Die Schlossteile 22 erstrecken sich dabei über einen größeren Bogenbereich als die Dichtsegmente 21. Die Bogenerstreckungsgröße der Schlossteile 22 ist im Wesentlichen dadurch vorgegeben, dass die Bogenerstreckung der jeweiligen Dichtsegmente 21 derart gebildet sein muss, dass bei dem axial angrenzenden, unteren Segmentring 10 dessen Schlossteile 12 zuverlässig überdeckt sind. Bezogen auf die Mittelachse 5 verjüngen sich die Dichtsegmente 21 und die Schlossteile 22 im Vergleich zu den Dichtsegmenten 11 und Schlossteilen 12 auch hier in ein und dieselbe Richtung, nämlich in Richtung radial nach innen. Dabei werden jedoch die Partialkräfte der Schlossteile 22 auf Grund der bestehenden Keilflächenausbildung so auf die Dichtsegmente 21 übertragen, dass diese zuverlässig an der Zylinderwand anliegen.The first, upper segment ring 20 also has, in an alternating arrangement, sealing segments 21 and lock parts 22. The lock parts 22 are also arranged here set back radially inwards relative to the outer circumference of the sealing segments 21. Even with this segment ring a contact of the lock parts 22 is thereby avoided at a sealing surface to be sealed. The arcuate portions 22 extend over a larger arc area than the sealing segments 21. The sheet extension size of the lock parts 22 is essentially predetermined by the fact that the arc extension of the respective sealing segments 21 must be formed such that in the axially adjacent, lower segment ring 10 whose lock parts 12th are reliably covered. Relative to the central axis 5, the sealing segments 21 and the lock parts 22 in comparison to the sealing segments 11 and lock parts 12 also taper in one and the same direction, namely in the direction radially inward. In this case, however, the partial forces of the cam parts 22 are transmitted to the sealing segments 21 due to the existing wedge surface formation, so that they rest reliably against the cylinder wall.
Mit 35 ist insgesamt eine Verdrehsicherung bezeichnet, welche aus einer am Umfang der Segmentringe 10 und 20 vorgesehenen Nut-Feder-Verbindung besteht, die einerseits aus einer Nut 36 an einem der Dichtsegmente 11 des unteren Segmentringes 10, einer Nut 37 an einem der Schlossteile 22 des ersten Segmentringes 20 sowie einem Nutenstein 38 besteht, der in beide Nuten eingreift.With a total of 35 rotation is referred to, which consists of a provided on the periphery of the segment rings 10 and 20 tongue and groove connection, on the one hand from a groove 36 on one of the sealing segments 11 of the lower segment ring 10, a groove 37 on one of the lock parts 22nd the first segment ring 20 and a sliding block 38 which engages in both grooves.
Schließlich weist das Dichtpaket 1 einen dritten Ring, den Druck-Sicherungsring 30 auf, der aus mindestens zwei Ringsegmenten 31 besteht, in axialem Schnitt gesehen keilförmig, sich in Richtung auf die Mittelachse verjüngend ausgebildet sind. Dieser Druck-Sicherungsring 30 hat die Funktion, den Verbund des Dichtpakets 1 aufrechtzuerhalten und insbesondere eine Bewegung der Segmentringe 10 und 20 des Dichtpakets 1 in axialer Richtung zu begrenzen. So wird verhindert, dass auf- grund einer Kippbewegung der Segmentabschnitte der Segmentringe durch Einwirkung von Masse- und Reibkräften der Dichtsegmente 11 und 21, insbesondere die radiale Dichtgrenzenausbildung zur Kolbenringnutanlage sich auflösen kann. Der Druck-Sicherungsring 30 kann sich in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck derart bewegen, dass der Montagespalt und das Axialspiel kleiner werden.Finally, the sealing package 1, a third ring, the pressure-locking ring 30, which consists of at least two ring segments 31, seen in axial section wedge-shaped, are tapered in the direction of the central axis. This pressure-locking ring 30 has the function of maintaining the composite of the sealing packet 1 and in particular to limit a movement of the segment rings 10 and 20 of the sealing packet 1 in the axial direction. This prevents Due to a tilting movement of the segment portions of the segment rings by the action of mass and friction forces of the sealing segments 11 and 21, in particular the radial Dichtgrenzenausbildung to Kolbenringnutanlage can dissolve. The pressure-retaining ring 30 can move in dependence on the working pressure such that the mounting gap and the axial play become smaller.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, befindet sich das Dichtpaket 1 in einer umlaufenden Kolben-Ringnut 6 eines Kolbens 4 eingelegt. Der Kolben 4 führt in einem oberen Arbeitsraum 7 eine hin- und hergehende Bewegung aus, wobei der Arbeitsraum 7 von der Zylinderwand 3 begrenzt wird, gegenüber der eine Abdichtung mittels des Dichtpakets 1 erfindungsgemäß vorzunehmen ist. Das Dichtpaket 1 ist mit eingesetzter Verdrehversicherung (hier nicht dargestellt) in diese umlaufende Nut 6 eingesetzt, wobei zwischen dem Nutgrund 8 und der Innenseite der Segmentringe 10 und 20 ein Zwischenraum vorhanden ist. Im Zylinder 4 ist unten in einer Ringnut 9 ein üblicher geschlitzter Ölabstreifring vorgesehen.As can be seen from Fig. 2, the sealing package 1 is inserted in a circumferential piston annular groove 6 of a piston 4. The piston 4 performs in an upper working chamber 7, a reciprocating motion, wherein the working space 7 is bounded by the cylinder wall 3, against which a seal by means of the sealing package 1 is to be made according to the invention. The sealing package 1 is inserted with inserted Verdrehversicherung (not shown here) in this circumferential groove 6, wherein between the groove bottom 8 and the inside of the segment rings 10 and 20, a gap is present. In the cylinder 4, a conventional slotted Ölabstreifring is provided below in an annular groove 9.
Fig. 3 zeigt ein zweites Dichtpaket 2, bei dem zusätzlich zu den im Zusammenhang mit dem Dichtpaket 1 beschriebenen drei Segmentringen, nämlich dem unteren zweiten Segmentring 10 mit den hakenförmigen Segmentenden, dem oberen ersten Segmentring 20 und dem darüber angeordneten, konischen Druck-Sicherungsring 30, noch ein weiterer, ganz unterer Segmentring und zwar der Ölabstreif- Segmentring 40 vorhanden ist. Dieser Segmentring 40 hat in dieser Ausführungsform vier Ölabstreif-Segmente 41 , die in Umfangsrichtung bis auf einen ganz geringen, radial weisenden Spalt 43 aneinander stoßen und durch Schlossteile 42, ähnlich den Schlossteilen des unteren zweiten Dicht-Segmentringes 20, zusammengehalten werden bzw. in Verbindung stehen. Diese Schlossteile 42 reichen aber nicht bis an den Außenumfang des Segmentringes 40 heran, sondern weisen eine flache U-Form auf und greifen mit ihren nach außen weisenden Segmentteil-Haken 44, mit radial zur Segment-Mittelachse verlaufenden Anlageflächen, in nach innen weisende Segmentteil-Haken 43 ein, die gleichfalls radial zur Mittelachse verlaufende Anlagefläche besitzen. Der Ölabstreif-Segmentring 40 ist ebenfalls an der Verdrehsicherung 35 beteiligt, wofür er an seinem Innenumfang eine Nut 39 aufweist, die identisch mit den Nuten 35 und 36 der Segmentringe 10 und 20 ausgebildet ist. Der in diese Nuten eingreifende Nutenstein 38 ist hier selbstverständlich um die Höhe des Ölabstreif-Segmentringes 40 höher ausgebildet. Nähere Einzelheiten zur Ausbildung des Ölabstreifringes 40 sind Fig. 9 zu entnehmen.3 shows a second sealing packet 2, in which, in addition to the three segment rings described in connection with the sealing package 1, namely the lower second segment ring 10 with the hook-shaped segment ends, the upper first segment ring 20 and the conical pressure securing ring 30 arranged above it , yet another, very lower segment ring, namely the Ölabstreif- segment ring 40 is present. This segment ring 40 has in this embodiment four oil scraper segments 41 which abut one another in the circumferential direction except for a very small, radially pointing gap 43 and by lock parts 42, similar to the lock parts of the lower second sealing segment ring 20, held together or in conjunction stand. However, these lock parts 42 are not sufficient up to the outer circumference of the segment ring 40, but have a flat U-shape and engage with their outwardly facing segment part hooks 44, with radially extending to the segment center axis bearing surfaces, inwardly facing Segmentteil- Hook 43, which also have radially extending to the central axis bearing surface. The oil scraper segment ring 40 is also involved in the anti-rotation 35, for which he has on its inner circumference a groove 39 which is identical to the grooves 35 and 36 of the segment rings 10 and 20 is formed. The engaging in these grooves nut 38 is of course made higher by the height of the oil scraper segment ring 40 here. Further details on the formation of the oil scraper ring 40 are shown in FIG. 9.
Fig.4 zeigt die Anordnung des aus Fig. 3 ersichtlichen Dichtpakets 2 in der Kolbenringnut 6, die hier um die Dicke des Ölabstreif-Segmentringes 40 höher ausgebildet ist. Dabei ist aber der Kolben 4 insgesamt einfacher ausgebildet, da eine zusätzliche, separate Ringnut für einen Ölabstreifring fehlt.FIG. 4 shows the arrangement of the sealing package 2 shown in FIG. 3 in the piston ring groove 6, which here is made higher by the thickness of the oil scraper segment ring 40. In this case, however, the piston 4 is generally simpler, since an additional, separate annular groove is missing for a Ölabstreifring.
In Fig. 5 ist zur Veranschaulichung der an den Segmenten des zweiten, unteren Segmentringes des bekannten Dichtpakets nach der EP 0 937 216 B1 zur Wirkung kommenden Kräfte dieser nur ausschnittsweise schematisch dargestellt. Dieser Segmentring 50 besteht aus vier Dichtsegmenten 51 mit zwischengesetzten Schlossteilen 52, die sich entgegengesetzt radial nach innen bzw. außen keilförmig verjüngen. Dabei verjüngen sich die Dichtsegmente 51 radial nach innen und die Schlossteile 52 radial nach außen. Die hierbei an einem Schlossteil 52 in Richtung Keilspitze wirkende Kraft FSτ wird über ihre Partialkräfte PFSτ auf die jeweils anliegenden Flächen des Dichtsegmentes 51 übertragen.In FIG. 5, for purposes of illustration, the forces acting on the segments of the second, lower segment ring of the known sealing package according to EP 0 937 216 B1 are shown only schematically in section. This segment ring 50 consists of four sealing segments 51 with interposed lock parts 52, the opposite taper radially inwardly or outwardly wedge-shaped. In this case, the sealing segments 51 taper radially inward and the lock parts 52 radially outwardly. The force F S τ which acts on a cam member 52 in the direction of the wedge tip is transmitted to the respectively adjacent surfaces of the sealing segment 51 via its partial forces PF S.
Aus den Partialkräften PFST wird am Dichtsegment 51 eine neue, zusätzlich zur eigenen Gasdruckkraft wirkende Anpresskraft FDS ausgebildet, die dem Betrag nach ein Mehrfaches der ursprünglichen Schlossteilkraft betragen kann. Der Übertragungsfaktor ÜF der Schlossteilkräfte auf das Dichtsegment 51 ist abhängig von der Ausbildung der Anlagefläche 55, die durch den Verlauf einer (Anlage-) Geraden 16 bestimmt und definiert wird und die in ihrem Verlauf die Mittelachse 17 des Schlossteils 52 und die Mittelachse 18 des Dichtsegments 51 schneidet. Die dabei entstehenden Schnittwinkel sind bestimmend für die Ausbildung der jeweiligen Partialkräfte und deren Abgleich.From the partial forces PFST a new, in addition to the own gas pressure force acting pressing force FDS is formed on the sealing segment 51, which may amount to a multiple of the original Schlossteilkraft amount. The transfer factor BF of the lock part forces on the sealing segment 51 is dependent on the formation of the contact surface 55, which is determined and defined by the course of a (investment) line 16 and in its course the central axis 17 of the lock member 52 and the central axis 18 of the sealing segment 51 cuts. The resulting cutting angles are decisive for the formation of the respective partial forces and their balancing.
In Fig. 6 ist der graphische Verlauf des Übertragungsfaktors ÜF der Schlossteilkraft als Zweitkraftkomponente dargestellt mit Wirkung am Dichtsegment. Mit ansteigendem Keilwinkel des Schlossteils vermindert sich die zweite, am Dichtsegment in Richtung Zylinderwand zur Wirkung kommende Kraftkomponente, die mit der Primärkraft aus dem Arbeitsdruck resultierend, zu überlagern ist. Ab einem bestimmten Winkelwert stellt sich ein Richtungswechsel in der Wirkrichtung für diese zweite Kraftkomponente ein und es kann theoretisch die primär anliegende Wirkkraft des Dichtsegmentes völlig ausgeschaltet werden.FIG. 6 shows the graphical progression of the transmission factor UF of the lock part force as a second force component with effect on the sealing segment. With increasing wedge angle of the lock part reduces the second, on the sealing segment in the direction of the cylinder wall coming into effect force component, which is to be superimposed with the primary force resulting from the working pressure. From a certain Angle value sets a direction change in the direction of action for this second force component and it can theoretically be completely eliminated the primary applied acting force of the sealing segment.
Mit der Darstellung der Fig.7 + 8 lassen sich die Schlussfolgerungen aus dem Kurvenverlauf gemäß Fig. 6 dahingehend erläutern und stützen, dass die Partialkräfte PFST des Schlossteiles 12 einmal als Druckkräfte bei Übertragungswinkeln bis zum Wert π und zum zweiten bei Übertragungswinkeln, die darüber hinaus gehen, als Zugkräfte an den Dichtsegmenten zur Wirkung kommen. Dementsprechend abhängig verläuft die Wirkrichtung der zweiten Kraftkomponente (FSτ(i+ιi)X ÜF) die mit der am Dichtsegment 11 anliegenden Gasdruckkraft FDso+ιi) zu überlagern ist.With the illustration of Figures 7 and 8, the conclusions from the graph of FIG. 6 can explain and support that the partial forces PFST of the lock member 12 once as compressive forces at transmission angles up to the value π and the second at transmission angles, the beyond go when tensile forces on the sealing segments come into effect. Accordingly depending on the direction of action of the second force component (F S τ (i + ιi) X ÜF) which is superimposed with the voltage applied to the sealing segment 11 gas pressure force F D so + ιi).
Bei der konstruktiven Ausbildung der Einzelsegmente des erfindungsgemäßen, zweiten, unteren Segmentringes 10 ist somit von diesen Darstellungen (Fig. 7+8) auszugehen.In the structural design of the individual segments of the invention, the second, lower segment ring 10 is thus assumed by these representations (Fig. 7 + 8).
Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt des zweiten, unteren Dicht-Segmentringes 10, der, wie in Verbindung mit Fig. 1 und 3 beschrieben, aus vier Dichtsegmenten 11 und ebenso vielen zwischengesetzten Schlossteilen 12 besteht. Dabei greifen die aneinander grenzenden Enden dieser Segmentteile 11, 12 hakenförmig ineinander, wobei die Dichtsegmente 11 radial nach innen weisende Dichtsegment-Haken 13 und die Schlossteile 12 radial nach außen weisende Schlosssegment-Haken 14 besitzen und über in Wirkkontakt stehen ihre Anlageflächen 15, durch welche die radial weisende Gerade 16 verläuft. Dadurch dass die jeweils zur eigenen Mittelachse 17 und 18 weisenden Anlageflächen 15 der Schlossteile 12 und Dichtsegmente 11 miteinander sich unterhaken und durch diese konstruktive Besonderheit die Partialkräfte des Schlossteils 12 als Zugkräfte auf das Dichtsegment 11 der Aufbau einer zweiten Kraftkomponente ermöglicht, die in ihrer Wirkung zur Verminderung der Anpresskraft führt, mit der das Dichtsegment 11 gegen die Zylinderwand 3 gepresst wird. Auf diese Weise lassen sich die Reibverluste über den zweiten, unteren Segmentring auch bei anspruchsvoller Wärmeabfuhranforderung auf ein absolut notwendiges Minimum reduzieren. Fig. 10 zeigt den Ölabstreif-Ring 40, der aus vier Ölabstreif-Segmenten 41 besteht und aus ebenso vielen Schlossteilen 42, die U-förmig ausgebildet sind und klammerartig von innen in die hakenförmigen Enden der Ölabstreif-Segmente 41 eingreifen. Deren Anlageflächen 45 entsprechen in der Ausbildung und Anordnung im wesentlichen dem Ausführungs- und Wirkprinzip der Schlossteile und Dichtsegmente des erfindungsgemäßen zweiten, unteren Segmentringes 10 (siehe Fig. 8): Da mit dem zweiten, unteren Segmentring 10 in Verbindung mit dem ersten, oberen Segmentring 20 die Dichtgrenzenausbildung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung gesichert ist, können ein oder mehr Ölabstreif-Segmentringe 40 in der gleichen Kolbenringnut unterhalb des zweiten, unteren Segmentringes 10 positioniert werden, wenn durch den oder die Ölabstreif-Segmentringe 40 die Ausbildung einer radial wirksamen Dichtgrenze gesichert bleibt.9 shows a section of the second, lower sealing segment ring 10, which, as described in connection with FIGS. 1 and 3, consists of four sealing segments 11 and as many interposed lock parts 12. In this case, the adjacent ends of these segment parts 11, 12 engage in a hook-like manner, the sealing segments 11 having radially inwardly directed sealing segment hooks 13 and the lock parts 12 radially outwardly facing lock segment hooks 14 and are in operative contact their contact surfaces 15, through which the radially pointing straight line 16 runs. The fact that each pointing to its own central axis 17 and 18 contact surfaces 15 of the lock parts 12 and sealing segments 11 hooked each other and this constructive feature allows the partial forces of the lock member 12 as tensile forces on the sealing segment 11, the structure of a second force component, the effect in its Reduction of the contact force leads, with which the sealing segment 11 is pressed against the cylinder wall 3. In this way, the frictional losses on the second, lower segment ring can be reduced to an absolutely necessary minimum even with demanding heat dissipation requirement. Fig. 10 shows the oil scraper ring 40, which consists of four oil scraper segments 41 and from as many lock parts 42 which are U-shaped and engage like a clip from the inside into the hook-shaped ends of the oil scraper segments 41. Their contact surfaces 45 correspond in training and arrangement substantially the execution and operating principle of the lock parts and sealing segments of the second, lower segment ring 10 of the invention (see Fig. 8): As with the second, lower segment ring 10 in conjunction with the first, upper segment ring 20, the sealing boundary formation is secured in both the axial and radial directions, one or more oil scraping segment rings 40 can be positioned in the same piston ring groove below the second, lower segment ring 10 as by the oil scraper segment ring or rings 40 forming a radially effective one Sealing limit remains secured.
in Fig.11 wird - ergänzend zur Fig. 10 - ein vergrößerter Ausschnitt des Ölabstreif- ringes 40 gezeigt, der sich in der Ausbildung auf das Zusammenwirken der Öl- Schlossteile und der Ölabstreif-Segmente bei Gasdruckbeaufschlagung in Richtung Kolbenmittelachse bezieht. Die seitlich, radial bestehenden Begrenzungsflächen des Schlossteils 42 bilden in ihrer ideellen Verlaufsverlängerung einen mit der Spitze zur Kolbenmittelachse weisenden Keilwinkel. Die seitlich, radial bestehenden und den Begrenzungsflächen des Schlossteils gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des Ölabstreif-Segmentes 41 bilden gleichfalls in ihrer ideellen Verlaufsverlängerung einen mit der Spitze zur Kolbenmittelachse weisenden Keilwinkel. Zwischen diesen beiden Begrenzungsflächen ergibt sich ein konstruktiv vorgebbarer Spalt 48. Da die Wirkkraft des Schlossteils 42 gemäß dem Funktionsprinzip des ersten, oberen Segmentringes nach der EP 937216 B1 als sich aufbauende Keilkräfte über die Anlageflächen der seitlich, radial bestehenden Begrenzungsflächen auf das Ölab- streif-Segment 41 übertragen werden, bleibt die Ölabstreifwirkung auch bei Unterdruck im Arbeitsraum (7) erhalten.FIG. 11 shows, in addition to FIG. 10, an enlarged detail of the oil scraper ring 40, which in its construction relates to the interaction of the oil lock parts and the oil scraper segments when the gas is pressurized in the direction of the piston center axis. The laterally, radially existing boundary surfaces of the lock part 42 form in their ideal extension of a profile with the tip to the piston center axis pointing wedge angle. The laterally, radially existing and the boundary surfaces of the lock member opposite boundary surfaces of the oil scraper segment 41 also form in their ideal extension of the extension with a tip to the piston center axis pointing wedge angle. As a result of the functional principle of the first, upper segment ring according to EP 937216 B1, the effective force of the lock part 42 forms itself as wedge forces which build up over the contact surfaces of the laterally, radially existing boundary surfaces on the oil scraper. Segment 41 are transmitted, the Ölabstreifwirkung also at negative pressure in the working space (7) is maintained.
Als Vorteil für einen verminderten Ölverbrauch erweist sich die Ausbildung eines konisch sich erweiternden Abschrägungsverlaufes 47 der stirnseitigen Flächen der Ölabstreif-Segmente 41gegenüber der Zylinderwand 3, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. B e z u g s z e i c h e n l i s t eAs an advantage for a reduced oil consumption, the formation of a conically widening Beschrägungsverlaufes 47 of the frontal surfaces of the oil wiping segments 41 turns out against the cylinder wall 3, as shown in FIG. 4 can be seen. Reference list
1. Dichtpaket, erstes 35. Verdrehsicherung1st sealing package, first 35th anti-rotation device
2. Dichtpaket, zweites 36. Nut2nd sealing package, second 36th groove
3. Zylinderwand 37. Nut3. Cylinder wall 37. Groove
4. Kolben 38. Nutenstein4. Piston 38. T-nut
5. Mittelachse 39. Nut5. Center axis 39. Groove
6. Kolbenringnut 40. Ölabstreif-Segmentring6. Piston ring groove 40. Oil scraper segment ring
7. Arbeitsraum 41. Ölabstreifsegment7. Working space 41. Oil scraper segment
8. Nutgrund 42. Schlossteil8. groove base 42. lock part
9. Nut 43. Ölabstreif-Haken9. Groove 43. Oil scraper hook
10. Segmentring, zweiter, unten 44. Schlossteil-Haken10. Segment ring, second, bottom 44. Lock part hook
11. Dichtsegment 45. Anlagefläche11. Sealing segment 45. contact surface
12. Schlossteil 46. Spalt12. Lock part 46. gap
13. Dichtsegment, Haken 47. Abschrägung13. Sealing segment, hook 47. Bevel
14. Schlossteil, Haken 48. Spalt14. Lock part, hook 48th gap
15. Anlagefläche 49. -15. contact surface 49. -
16. Anlage-Gerade 50. Segmentring, Stand der Technik16. Straight line 50. Segmented ring, state of the art
17. Mittellinie, Schlossteil 51. Dichtsegment17. Center line, lock part 51. Sealing segment
18. Mittellinie, Dichtsegment 52. Schlosssegment18. Center line, sealing segment 52. Lock segment
19. .— 53. Anlagefläche19th - 53rd contact area
20. Segmentring, erster, oberer α = Keilwinkel Schlossteil20. Segment ring, first, upper α = wedge angle lock part
21. Dichtsegment ß = Keilwinkel Dichtsegment21. Sealing segment ß = wedge angle sealing segment
22. Schlossteil22. Castle part
23. — & = halber Teilungswinkel = 45°23. - & = half pitch angle = 45 °
24. — PFST = Partialkräfte Schlossteil24. - PF S T = partial forces lock part
25. Anlageflächen FSτ = Aήpresskraft Schlossteil25. Contact surfaces F S τ = Aήpresskraft lock part
26. Anlagegerade FDS = Anpresskraft Dichtsegment26th straight line F DS = contact force sealing segment
27. ölabstreifring FDSH = zweite Wirkkomponente am Dicht27. Oil scraper ring F DS H = second active component on the seal
28. , 29. - segment28th, 29th segment
30. Druck-Sicherungsring FDSRes = resultierende Gesamtanpresskraft30. Pressure circlip F D S R es = resulting total contact pressure
31. Ringsegment Dichtsegment31. Ring segment sealing segment
32. — ÜF = Übertragungsfaktor32. - BF = transmission factor
33. Trennfläche WRS = Wirkrichtung Schlossteil33. Separating surface WRS = effective direction of the lock part
34. WRD = Wirkrichtung Dichtsegment 34. WRD = effective direction sealing segment

Claims

P a te n t a n s p r ü c h e Property claims
1. Dichtpaket, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, welches in eine umlaufende Nut eines Hubkolbens derselben einlegbar ist,1. sealing package, in particular for reciprocating engines, which in a circumferential groove of a reciprocating same is inserted
- mit axial aneinanderliegend mindestens einem zweiten(unteren) und darüber mindestens einem ersten (oberen) Segmentring (10 und 20), die jeweils mindestens zwei Dichtsegmente und abwechselnd dazwischen angeordnete Schlossteile aufweisen,with axially adjacent at least one second (lower) and above at least a first (upper) segment ring (10 and 20), each having at least two sealing segments and alternately arranged therebetween lock parts,
- wobei die Dichtsegmente des jeweils einen Segmentringes die Schlossteile des jeweils axial angrenzenden Segmentringes des Dichtpakets überdecken,- wherein the sealing segments of the respective one segment ring cover the cam parts of the respective axially adjacent segment ring of the sealing packet,
- und wobei sich die Dichtsegmente und die Schlossteile des ersten (oberen) Segmentringes radial nach innen keilförmig verjüngen und im Unterschied zu den Dichtsegmenten mit der Anlage des äußeren Ausbildungsbogens an die Zylinderwand die äußeren Ausbildungsbogen der Schlossteile radial etwas zurückgesetzt sind und sich über einen größeren Ausbildungsbereich erstrecken als die Dichtsegmente,- And wherein the sealing segments and the lock parts of the first (upper) segment ring taper radially inwardly wedge-shaped and unlike the sealing segments with the system of the outer training sheet to the cylinder wall, the outer training arc of the castle parts are radially set back slightly and over a larger training area extend as the sealing segments,
- mit einem konischen Druck-Sicherungsring axial oberhalb der Segmentringe, sowie- With a conical pressure-locking ring axially above the segment rings, as well
- mit einer zwischen den zwei Segmentringen wirkenden Verdrehsicherung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,- with an anti-rotation device acting between the two segment rings, d a d u c h e c e n e c e n e,
- dass beim mindestens einen zweiten (unteren) Segmentring (10) die in Umfangs- richtung aneinandergrenzenden Enden der Dichtsegmente (11) und der Schlossteile (12) sich hakenförmig radial hintergreifen,in that the at least one second (lower) segment ring (10) has the ends of the sealing segments (11) adjoining one another in the circumferential direction and the lock parts (12) engaging radially behind in the shape of a hook,
- wobei die Dichtsegmente (11) mit nach innen weisenden Haken (13) und die Schlossteile (12) mit nach außen weisenden Haken (14) ausgebildet sind,- wherein the sealing segments (11) are formed with inwardly facing hooks (13) and the lock parts (12) with outwardly facing hooks (14),
- und wobei die Haken (13, 14) jeweils eine zusammenwirkende Einhak- und Anlagefläche (15) aufweisen, die verlängert als Anlage-Geraden (16) in radialer Richtung jeweils einen Schnittpunkt auf der Mittellinie (17) des Schlossteils (12) und einen Schnittpunkt auf der Mittellinie (18) des Dichtsegmentes (11) bilden, die zusammenfallen können, radial zur Ringmittelachse weisend.- And wherein the hooks (13, 14) each have a cooperating hooking and abutment surface (15) which extends as a plant line (16) in the radial direction in each case an intersection on the center line (17) of the lock part (12) and a Forming point on the center line (18) of the sealing segment (11), which can coincide, pointing radially to the ring center axis.
2. Dichtpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung eine Zusammenwirkungsverbindung mit wenigstens einem Schlossteil (22) des einen Segmentringes (20) und einem Dichtsegment (11) des anderen Segmentringes (10) herstellt und aus mindestens einer am Innenumfang der Segmentringe angeordneten Nut- und Feder-Verbindung (36, 37, 38) besteht.2. sealing package according to claim 1, characterized the anti-twist device produces a cooperative connection with at least one cam part (22) of one segment ring (20) and a sealing segment (11) of the other segment ring (10) and consists of at least one tongue and groove connection (36, 37) arranged on the inner circumference of the segment rings , 38).
3. Dichtpaket nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Feder-Verbindung aus jeweils einer Innen-Umfangsnut (36 und 37) in einem unteren Dichtsegment (11) und im axial darüber befindlichen Schlossteil (22) und einem axial ausgerichtet in beide Nuten (36, 37) eingreifenden Feder-Nutenstein (38) besteht, der frei in der Kolbennut (6) einliegt.3. Sealing package according to claim 2, characterized in that the tongue and groove connection of a respective inner circumferential groove (36 and 37) in a lower sealing segment (11) and in the axially above the lock part (22) and an axially aligned in both Grooves (36, 37) engaging spring nut (38) which rests freely in the piston groove (6).
4. Dichtpaket nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teilungswinkel θ eines Segmentringaufbaues mit dem Quotienten des Winkelmaßes π und der Anzahl der Dichtsegmente bzw. Schlossteile eines Segmentringes übereinstimmt.4. sealing package according to claim 1, characterized in that the pitch angle θ of a segment ring structure coincides with the quotient of the angular dimension π and the number of sealing segments or cam parts of a segment ring.
5. Dichtpaket nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentringe (20 bzw. 20) jeweils aus vier Dichtsegmenten (11 bzw. 21) und vier Schlossteilen (12 bzw. 22) zusammengesetzt sind.5. Sealing package according to claim 1, characterized in that the segment rings (20 or 20) are each composed of four sealing segments (11 or 21) and four lock parts (12 or 22).
6. Dichtpaket nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Sicherungsring (30) aus mindestens zwei Ringsegmenten (31) besteht und vorzugsweise an seiner den axial darunter anliegenden Segmentringen zugewandten Anlagefläche Oberflächenunterbrechungen besitzt, wie Ausnehmungen, Entastungsnuten (32) oder dergleichen, zur axialen Druckentlastung.6. sealing package according to claim 1, characterized in that the pressure-locking ring (30) consists of at least two ring segments (31) and preferably on its axially adjacent thereto adjacent segment rings bearing surface has surface interruptions, such as recesses, Entastungsnuten (32) or the like, for axial pressure relief.
7. Dichtpaket nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem zusätzlich der Ölabstreifring (40) des Kolbens als ein unterster Ölab- streifring-Segmentring (40) mit aufgenommen ist, der mindestens zwei Dichtsegmente (41) und ebenso viele Schlossteile (42) aufweist, wobei der Ölabstreif-Segment- ring (40) axial unterhalb des unteren, zweiten Dicht-Segmentringes (10), in Anlage mit diesem, angeordnet ist und die das Dichtpaket (2) aufnehmende Kolbennut (6) entsprechend der Dicke des Ölabstreif-Segmentringes (40) höher ausgelegt ist.7. Sealing package according to claims 1 to 6, characterized in that in this additionally the oil scraper ring (40) of the piston as a bottom Ölab- scraper ring segment ring (40) is included, the at least two sealing segments (41) and as many lock parts ( 42), wherein the Ölabstreif segment ring (40) axially below the lower, second sealing segment ring (10), in Appendix with this, is arranged and the sealing packet (2) receiving piston groove (6) corresponding to the thickness of the oil scraper segment ring (40) is designed higher.
8. Dichtpaket nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabstreif-Segmentring (40) vorzugsweise aus der gleichen Anzahl, vorzugsweise jeweils vier Ölabstreif-Segmenten (41) und Schlossteilen (42) besteht, deren in Umfangsrichtung weisenden Enden sich hakenförmig (43, 44) radial hintergreifen, wobei die gegenseitigen Haken-Anlagenflächen (45) radial (zur eigenen Segmentmittelachse) ausgerichtet sind.8. Sealing package according to claim 7, characterized in that the oil scraper segment ring (40) preferably consists of the same number, preferably in each case four Ölabstreif segments (41) and lock parts (42) whose circumferentially facing ends are hook-shaped (43, 44) engage radially behind, wherein the mutual hook-abutment surfaces (45) are aligned radially (to own segment center axis).
9. Dichtpaket nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlossteile (42) als U-förmige Koppelelemente ausgebildet sind, die mit ihren zur Zylinderwand (3) weisenden Haken-Schenkel (44) in entsprechende, zum Ringmittelpunkt weisende Haken-Ausnehmungen der Ölabstreifsegmente radial von innen nach außen eingreifen, wobei die Umfangsstirnflächen der Ölabstreifsegment- Haken (43) und gleichzeitig der Ölabstreifsegmente radial zur Ringmittelachse weisen und zueinander im wesentlichen parallel, mit geringfügigem Radial-Spalt (46), aneinander angrenzen.9. Sealing package according to claim 8, characterized in that the lock parts (42) are designed as U-shaped coupling elements, with their cylinder wall (3) facing hook legs (44) in corresponding, the center of the ring pointing hook recesses of the Ölabstreifsegmente engage radially from the inside out, wherein the peripheral end faces of the Ölabstreifsegment- hooks (43) and at the same time the Ölabstreifsegmente radially to the annular central axis and each other substantially parallel, with slight radial gap (46) adjacent to each other.
10. Dichtpaket nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabstreifsegmente (41) des Ölabstreifsegmentringes (40) an ihrer der Zylinderwand (3) zuweisenden Mantelfläche in an sich bekannter Weise konisch sich nach unten in Richtung zum unteren Todpunkt (UT) des Hubkolbens erweiternd abgeschrägt ausgebildet sind.10. Sealing package according to claims 7 to 9, characterized in that the Ölabstreifsegmente (41) of the Ölabstreifsegmentringes (40) on its cylinder wall (3) facing lateral surface in a conventional manner conically down towards the lower dead center (UT) of the reciprocating piston are bevelled widening.
11. Dichtpaket nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radial weisenden äußeren Begrenzungen des Schlossteils (42) eine mit der ideellen Keilspitze zum Kolbenmittelpunkt ausgerichtete Keilform aufweist, die zu einer entsprechenden Anlagefläche in Keilausbildung eines benachbarten Ölabstreif- Segments (41) einen minimalen Spalt (48) bildet und bei Kraftbeaufschlagung in Richtung Kolbenachse zur Anlage an die entsprechende Ausbildung des Ölabstreif- Segmentes (41) kommt und gegen die Zylinderwand drückt. 11. Sealing package according to claims 8 to 10, characterized in that the radially pointing outer boundaries of the lock part (42) has a wedge tip aligned with the ideal wedge tip to the piston center wedge shape, which leads to a corresponding contact surface in wedge formation of a neighboring Ölabstreif- segment (41). forms a minimum gap (48) and upon application of force in the direction of the piston axis comes to rest against the corresponding formation of the oil scraper segment (41) and presses against the cylinder wall.
12. Dichtpaket nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Dicht-Segmentringen (10, 20) vorgesehene Verdrehsicherung (36, 37, 38) auch zum Zusammenwirken mit dem Ölabstreif-Segmentring (40) ausgelegt ist, wobei in dessen mindestens einem Ölabstreifsegment (41) eine entsprechende Nut (39) vorgesehen ist, die gleich und fluchtend mit den entsprechenden Nuten (36, 37) der darüber befindlichen Dicht-Segmentringe ausgelegt ist, während der Nutenstein/Feder (38) entsprechend um die Dicke des Öl-abstreif-Segmentringes (40) höher ausgelegt ist.12. A sealing package according to claim 7, characterized in that between the sealing segment rings (10, 20) provided against rotation (36, 37, 38) is designed to cooperate with the oil scraper segment ring (40), wherein in the at least one Ölabstreifsegment (41) is provided a corresponding groove (39) which is equal and aligned with the corresponding grooves (36, 37) of the overlying sealing segment rings, while the nut / spring (38) corresponding to the thickness of the oil stripping segment ring (40) is designed higher.
13. Hubkolben für eine Hubkolbenmaschine, der mindestens eine an seinem Umfang umlaufende Nut aufweist, in welche den Kolben gegen die Zylinderwand abdichtende Dichtpakete oder Ölabstreifringe einlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ringnut (6) im Hubkolben (4) ein Dichtpaket (1) mit drei Segmentringen (10, 20, 30) nach den Ansprüchen 1 bis 6 und in Ringnuten (9) mindestens ein üblicher Ölabstreifring (27) vorgesehen sind.13. A reciprocating piston for a reciprocating engine, which has at least one circumferential groove in which the piston against the cylinder wall sealing sealing packs or oil scraper rings are inserted, characterized in that in an annular groove (6) in the reciprocating piston (4) a sealing packet (1 ) are provided with three segment rings (10, 20, 30) according to claims 1 to 6 and in annular grooves (9) at least one conventional oil scraper ring (27).
14. Hubkolben für eine Hubkolbenmaschine, der mindestens eine an seinem Umfang umlaufende Nut aufweist, in welche den Kolben gegen die Zylinderwand abdichtende Dichtpakete oder Ölabstreifringe einlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ringnut (6) der Hubkolben (40) ein Dichtpaket (2) mit vier Segmentringen (10, 20, 30, 40) nach den Ansprüchen 1 und 12 aufweist und dass keine separate Ringnut (9) mit einem üblichem Ölabstreifring vorgesehen ist. 14. A reciprocating piston for a reciprocating engine, which has at least one circumferential groove in which the piston against the cylinder wall sealing sealing packs or Ölabstreifringe can be inserted, characterized in that in an annular groove (6) of the reciprocating piston (40) has a sealing packet (2 ) with four segment rings (10, 20, 30, 40) according to claims 1 and 12 and that no separate annular groove (9) is provided with a conventional Ölabstreifring.
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