GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für die Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters, der Kolben umfassend einen zylindrischen Grundkörper und einen Ring aus Kunststoff, wobei der Grundkörper zumindest eine umlaufende Nut aufweist, in welcher der Ring gehalten ist.
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Die Antriebseinheit ist dabei in der Regel von einem, insbesondere hermetisch dichten, Gehäuse umschlossen, sodass der Kältemittelverdichter gegenüber der Umgebung eine abgeschlossene Einheit bildet.
STAND DER TECHNIK
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Kältemittelverdichter (Kältemittelkompressoren) weisen in einer Ausprägung in einem hermetisch dichten Gehäuse eine Kolben-Zylinder-Einheit und einen für den Antrieb der Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehenen Elektromotor auf. Dabei ist der Kolben in der Regel als Linearkolben ausgebildet.
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Um die Effizienz des Kältemittelverdichters zu erhöhen, soll das Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder einerseits möglichst groß sein, um die Reibung zu reduzieren, andererseits aber möglichst klein sein, damit die Leckageverluste des Kältemittels gering sind. Eine zu diesen Zwecken von der Zylinderform abweichende Form des Kolbens kann durch Schleifen nur mit einem erheblichen Mehraufwand herstellt werden. Somit fällt ein Kolben, dessen Umfangsfläche kein Zylindermantel ist, aus praktischen Gründen für die Anpassung des Paarungsspiels weg.
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Geschlitzte, in Kolbennuten angeordnete und vorgespannte Kolbenringe sind bei Verbrennungskraftmaschinen Stand der Technik. Diese Kolbenringe sind jedoch nur bei einem großen Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder sinnvoll, da ansonsten die Leckageverluste durch die Nutspalten höher werden.
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Für andere Arten von Kältemittelkompressoren ist es bekannt, zur besseren Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder Nuten in der Umfangsfläche des Zylinders vorzusehen, wobei in jeder Nut ein Plastikring, z.B. aus Polytetrafluorethylen, angeordnet ist, siehe hierzu den Taumelscheibenkompressor in der
US 4 697 992 A . Dabei ist der Außendurchmesser des Plastikrings in jedem Fall größer als der Durchmesser des Kolbens und es strömt durch den Abstand zwischen Plastikring und Kolben jedenfalls Kältemittel durch, was nachteilig ist.
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Kältemittelverdichter mit drehzahlvariablem Antrieb, sogenannte VSD (variable speed drive) Kompressoren, insbesondere mit Linearantrieb, werden oft bei niedrigen Drehzahlen betrieben. Die Leckageverluste sind nahezu drehzahlunabhängig, wodurch ihr prozentueller Anteil an den Gesamtverlusten bei niedrigen Drehzahlen höher ist als bei hohen Drehzahlen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kolben für eine Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters zur Verfügung zu stellen, der die oben genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere sollen die Leckageverluste von Kältemittel auch bei kleinen Drehzahlen möglichst gering gehalten werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Hierzu ist bei einem Kolben für die Antriebseinheit eines Kältemittelverdichters, der Kolben umfassend einen zylindrischen Grundkörper und einen Ring aus Kunststoff, wobei der Grundkörper zumindest eine umlaufende Nut aufweist, in welcher der Ring gehalten ist, vorgesehen, dass der Ring einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Grundkörper aufweist und der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens eine Außenfläche aufweist, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet.
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Vereinfacht gesagt ragt der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens in radialer Richtung nicht über den Kolben hinaus. Im Längsschnitt durch den Kolben ist die Umfangsfläche des Kolbens mit Ring folglich eine Gerade. Im Fall eines unbeschichteten Kolbens bildet der Grundkörper allein den Kolben und der Ring ragt in radialer Richtung nicht über die Nut des Grundkörpers hinaus.
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Der zylindrische Grundkörper des zylindrischen Kolbens weist also einen Einstich auf, der mit Kunststoff gefüllt ist. Im Betrieb des Kolbens erwärmt sich dieser, wobei sich der Ring durch den höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker ausdehnt als der Grundkörper. Der Grundkörper wird in der Regel metallisch oder keramisch sein. Bei einem keramischen Grundkörper sind bei einem kleinen Paarungsspiel die Leckageverluste gering, was bei kleinen Drehzahlen wichtig ist. Bei einem großen Paarungsspiel sind die Reibungsverluste gering, was bei großen Drehzahlen wichtig ist. Ein keramischer Grundkörper hat den Vorteil, dass er einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das metallische Gussgehäuse hat und daher das Paarungsspiel bei steigender Betriebstemperatur größer wird. Bei kleinen Drehzahlen ist die Betriebstemperatur kleiner und somit auch das Paarungsspiel kleiner und in weiterer Folge sind die Leckageverluste gering.
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Bei hohen Drehzahlen ist es umgekehrt, das Paarungsspiel ist hier größer und somit sind die Reibungsverluste gering.
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Der Ring dehnt sich hauptsächlich in radialer Richtung aus, sodass dadurch das Paarungsspiel zwischen Kolben und Zylinder, in welchen der Kolben eingesetzt ist, verringert. Dadurch verringern sich die Leckageverluste, die Reibung zwischen Kolben und Zylinder wird jedoch, wenn überhaupt, nur minimal erhöht. Die Summe der Verluste aus Leckage und Reibung ist somit gegenüber herkömmlichen Kolben ohne Ring verringert, die Effizienz eines Kältemittelkompressors, der mit dem erfindungsgemäßen Kolben ausgestattet ist, erhöht sich.
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Mit anderen Worten kann also vorgesehen sein, dass bei Betriebstemperatur des Kolbens, welche über 50°C, insbesondere zwischen 60 und 120°C, liegt, der Außendurchmesser des Rings größer als der Außendurchmesser des restlichen zylindrischen Kolbens ist.
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Eine besonders gute Befestigung des Rings am Grundkörper kann erreicht werden, wenn der Ring den gesamten Querschnitt der Nut ausfüllt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens ist vorgesehen, dass der Ring durch Beschichten des Grundkörpers mit Kunststoff hergestellt ist und insbesondere den gesamten Querschnitt der Nut ausfüllt. Es muss also nicht mühsam ein womöglich geschlitzter Ring über den Grundkörper aufgezogen werden, sondern der Ring wird direkt in der Nut des Grundkörpers hergestellt, wobei die Nut quasi als Form für den Ring dient. Kunststoff, der nach dem Beschichten in radialer Richtung über den gewünschten Zylinderdurchmesser hinausragt, kann dann noch entfernt werden, z.B. durch Schleifen. Der Ring hat also eine Außenfläche in Form eines Zylindermantels, während die Innenfläche die Form der Nut hat.
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Durch das vollständige Ausfüllen der Nut durch den Ring entsteht ein geschlossenes Profil des Rings. In der
US 4 697 992 A hingegen ist das Profil des Rings eher U-förmig und damit offen.
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Der Ring könnte auch durch Umspritzen des metallischen Grundkörpers mit Kunststoff hergestellt werden. Es ist aber auch denkbar, dass ein fertiger Ring aus Kunststoff auf den Grundkörper aufgepresst und/oder aufgeklebt wird.
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Eine erste Variante der Erfindung sieht vor, dass genau eine Nut nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers vorgesehen ist. Folglich weist der Kolben dann nur einen Ring in der Umfangsfläche des Grundkörpers auf. Der Ring bzw. die Nut werden dabei in der Regel näher, insbesondere möglichst nahe, bei der Stirnfläche des Kolbens als an dessen anderem axialen Ende liegen. Die Stirnfläche ist jene meist ebene Fläche, die im Betriebszustand des Kolbens in das Innere des Zylinders gerichtet ist, wo die Verdichtung stattfindet. Die Stirnfläche kann aber kleinräumige Erhebungen in axialer Richtung aufweisen, die in Freiräume der Ventilplatte ragen. Des Weiteren kann die Stirnfläche auch eine Freistellung für ein Ventil aufweisen um den Freiraum zwischen Kolben und Ventilplatte verringern zu können. Beides sind Maßnahmen um den Schadraum zu minimieren.
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Die erste Variante bedingt in der Regel, dass bei Zimmertemperatur des Kolbens der Außendurchmesser des Rings gleich dem Außendurchmesser des Grundkörpers außerhalb der Nut ist und bei Betriebstemperatur des Kolbens der Außendurchmesser des Rings größer als der Außendurchmesser des Grundkörpers außerhalb der Nut ist.
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Eine zweite Variante der Erfindung sieht vor, dass zumindest zwei Nuten nur in der Umfangsfläche des Kolbens vorgesehen sind und in jeder Nut ein Ring angeordnet ist. Durch zwei Ringe kann die Abdichtung noch weiter verbessert werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die gesamte Stirnfläche und zumindest ein Teil der an die Stirnfläche anschließenden Umfangsfläche des Grundkörpers, insbesondere die ganze Umfangsfläche, mit einer zusammenhängenden Kunststoffschicht versehen sind, welche die beiden Ringe miteinander verbindet, sodass die Ringe Teil der Kunststoffschicht sind, wobei die radiale Dicke der Kunststoffschicht an der Umfangsfläche des Grundkörpers kleiner ist als die radiale Dicke der Ringe. Durch die Kunststoffschicht wird der Wärmeübergang vom Kolben auf das angesaugte Gas verringert.
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Die Kunststoffschicht an der Stirnfläche kann eine andere, insbesondere eine größere, Dicke haben als die Kunststoffschicht an der Umfangsfläche. Jedenfalls erhöht sich bei Zimmertemperatur der Außendurchmesser des Rings aus der ersten Variante um die Dicke der Kunststoffschicht. Denn Ringe und Kunststoffschicht werden in einem Beschichtungsgang hergestellt, wobei sich natürlich auch mit Kunststoffschicht wieder eine zylindrische Umfangsfläche des Kolbens ergeben muss. Bei Betriebstemperatur des Kolbens werden sich Kunststoffschicht und Ringe in radialer Richtung ausdehnen, wobei sich die Ringe aufgrund ihrer größeren Dicke mehr ausdehnen als die restliche Kunststoffschicht an der Umfangsfläche des Grundkörpers. Es wird sich also von außen gesehen der Kunststoff dort, wo die Ringe sind, aufwölben, sodass sich zwei ringförmige, um den Kolben umlaufende Erhöhungen ergeben. Im Betriebszustand des Kolbens werden diese Erhöhungen mit dem Zylinder in Eingriff sein und das Zylindervolumen entsprechend abdichten.
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Der Querschnitt der Nut kann bei der ersten und der zweiten Variante beispielsweise ein Halbkreis oder ein Kreissegment kleiner als ein Halbkreis sein. Generell sind verschiedene Nutformen möglich, so auch Nuten mit z.B. rechteckigem Querschnitt.
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Eine dritte Variante der Erfindung sieht zumindest eine Nut vor, die sowohl die Stirnfläche des zylindrischen Grundkörpers als auch die daran anschließende Umfangsfläche des Grundkörpers verkleinert. Mit anderen Worten wird eine Nut bzw. ein Ring an der Kante zwischen Stirn- und Umfangsfläche des Grundkörpers hergestellt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ring bei Zimmertemperatur des Kolbens eine erste Außenfläche aufweist, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet, und eine ebene zweite Außenfläche aufweist, die mit der Stirnfläche des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut fluchtet. Mit anderen Worten ragt der Ring nicht über die gedachte zylindrische Oberfläche des Grundkörpers vor Herstellung der Nut hinaus. Mit dieser Form des Rings kann die Dichtwirkung des Rings bei höheren Drücken, die auch eine höhere Leckage verursachen, zusätzlich vergrößert werden: im Betriebszustand wirkt auf den Kolben, genauer auf dessen Stirnfläche, in axialer Richtung ein veränderlicher Gasdruck, der das elastische Material des Rings nach außen, radial über den Grundkörper hinaus, verdrängt.
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Dies kann durch die Form der Nut unterstützt werden, indem beispielsweise eine erste Fläche der Nut parallel zur Achse des zylindrischen Grundkörpers verläuft und eine zweite Fläche der Nut einen stumpfen Winkel mit der ersten Fläche der Nut einschließt. Möglich wäre auch, dass eine erste Fläche der Nut parallel zur Achse des zylindrischen Grundkörpers verläuft und eine zweite Fläche der Nut einen rechten Winkel mit der ersten Fläche der Nut einschließt.
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Denkbar ist, dass eine Nut bzw. ein Ring an der Kante zwischen Stirn- und Umfangsfläche des Grundkörpers kombiniert wird mit einer oder mehreren weiteren Nuten bzw. Ringen nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers. Mit anderen Worten ist eine Nut vorgesehen, die sowohl die Stirnfläche des zylindrischen Grundkörpers als auch die daran anschließende Umfangsfläche des Grundkörpers verkleinert, und zusätzlich zumindest eine Nut nur in der Umfangsfläche des Grundkörpers.
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Die Ringe und/oder die Kunststoffschicht können aus Polyaryletherketonen, (PAEK) insbesondere aus Polyetheretherketonen (PEEK) gefertigt sein oder diese zumindest enthalten. Polyaryletherketone (PAEK) sind hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe. Die gute Festigkeit der teilkristallinen aromatischen Polymere bleibt auch bei höheren Temperaturen erhalten. Zudem zeigen PAEK-Materialien eine sehr gute Schlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, eine hohe mechanische Wechselfestigkeit, eine sehr geringe Kriechneigung sowie ein gutes Gleit- und Verschleißverhalten. Entsprechend sind auch andere Kunststoffe mit gutem Gleit- und Verschleißverhalten für die erfindungsgemäßen Ringe oder Beschichtungen geeignet.
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Die Erfindung umfasst auch einen Kolben in einer Antriebseinheit für einen Kältemittelverdichter, somit eine Antriebseinheit für einen Kältemittelverdichter mit Kolben, wobei der Kolben erfindungsgemäß ausgebildet ist und der Ring des Kolbens so bemessen ist, dass sich bei Betriebstemperatur des Kolbens durch die Ausdehnung des Rings eine Abdichtung des Zylinderquerschnitts des Zylinders der Antriebseinheit ergibt.
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Dabei ist der Kolben in der Regel als Linearkolben ausgeführt, er bewegt sich also exakt entlang einer geraden Linie, wobei die Drehbewegung des Elektromotors der Antriebseinheit mit einer Pleuelstange in eine Linearbewegung umgesetzt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Kältemittelverdichter, umfassend ein, insbesondere hermetisch dichtes, Gehäuse sowie eine darin angeordnete Antriebseinheit mit erfindungsgemäßem Kolben. Der Kältemittelverdichter kann beispielsweise zum Kühlen des Innenraums eines Kühl- oder Gefrierschranks verwendet werden.
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Der Kältemittelkompressor kann als Kompressor mit variabler Geschwindigkeit ausgebildet sein, als sogenannter variable speed compressor. Denn bei diesen drehzahlgeregelten Kompressoren ist der prozentuelle Anteil der Leckageverluste an den Gesamtverlusten bei kleinen Drehzahlen höher als bei großen Drehzahlen, sodass der erfindungsgemäße Kolben eine große relative Verringerung der Leckageverluste bedingt. Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Kältemittelverdichter mit fixer Drehzahl anwendbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
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Dabei zeigt:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, erste Variante, mit einer Nut in der Umfangsfläche, ohne Nutbeschichtung,
- Fig. 2
- den Kolben aus Fig. 1 mit Nutbeschichtung,
- Fig. 3
- den Kolben aus Fig. 2 mit bearbeiteter Nutbeschichtung,
- Fig. 4
- den Kolben aus Fig. 3 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet,
- Fig. 5
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, zweite Variante, mit zwei Nuten in der Umfangsfläche, mit bearbeiteter Nutbeschichtung,
- Fig. 6
- den Kolben aus Fig. 5 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet,
- Fig. 7
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben, dritte Variante, mit einer Nut in der Stirnfläche, mit Nutbeschichtung,
- Fig. 8
- den Kolben aus Fig. 7 bei Betriebstemperatur, im Zylinder angeordnet.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäßen Kolben sind geeignet für Kältemittelverdichter umfassend eine Antriebseinheit mit einer Kolben-Zylinder-Einheit zur zyklischen Verdichtung eines Kältemittels und einen Elektromotor zum Antrieb der Kolben-Zylinder-Einheit. Die Kolben-Zylinder-Einheit umfasst einen Kolben, der linear verschieblich im Zylinder 2 eines Zylindergehäuses geführt ist, und als wesentlichen Bestandteil einen zylindrischen Grundkörper 1 umfasst. Im Zylindergehäuse ist auch die Motorwelle des Rotors des Elektromotors drehbar gelagert. Der Stator des Elektromotors trägt das Zylindergehäuse und ist über Federelemente im Inneren des hermetisch dichten Gehäuses des Kältemittelverdichters gelagert.
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Fig. 1 zeigt einen Kolben der ersten Variante, mit nur einer Nut 3 in der Umfangsfläche 4. Die Nut 3 ist noch nicht mit Kunststoff ausgefüllt bzw. beschichtet, sie weist einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt auf. Der Grundkörper 1 weist eine Bohrung in Richtung der Achse 16 auf, in welche Bohrung eine Pleuelstange eingeführt werden kann, deren Pleuelauge durch einen Bolzen, der in die Querbohrung des Grundkörpers 1 eingesetzt wird, im Grundkörper 1 gehalten wird. An die Umfangsfläche 4, die die Form eines Zylindermantels hat, schließt die Stirnfläche 5 an, welche die Form einer Kreisscheibe hat. Die Stirnfläche 5 ist im Betriebszustand des Kolbens in das Innere des Zylindervolumens gerichtet, wo die Verdichtung stattfindet.
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In Fig. 2 ist wieder der Kolben aus Fig. 1 dargestellt, wobei die Nut 3 nun bereits mit Kunststoff beschichtet ist, sich somit ein Ring 6 in der Nut 3 befindet. Die Außenfläche des Rings 6 ragt radial über die Umfangsfläche 4 hinaus. Der Kunststoff hat sich auch in axialer Richtung außerhalb der Nut 3 auf der Umfangsfläche 4 abgelagert. Deshalb muss die Umfangsfläche 4 bearbeitet werden, damit der Überstand des Rings 6 entfernt werden kann.
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Fig. 3 zeigt den Kolben aus Fig. 2 mit bearbeiteter Nutbeschichtung. Der Ring 6 weist nun eine zylindermantelförmige Außenfläche 17 auf, die den gleichen Durchmesser hat wie die Umfangsfläche 4 des Grundkörpers außerhalb der Nut 3. Der Kolben hat damit, wenn er nicht in Betrieb ist, eine komplett ebene Umfangsfläche.
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Fig. 4 zeigt den Kolben aus Fig. 3 bei Betriebstemperatur, wenn sich dieser also durch die Bewegung im Zylinder 2 erwärmt. Dabei dehnt sich der Ring 6 in radialer Richtung aus, sodass er über die Umfangsfläche 4 des Grundkörpers 1 hinausragt und dabei den Abstand zwischen Umfangsfläche 4 und Zylinder 2, das Paarungsspiel 7, verschließt. Die zuerst in der Schnittdarstellung ebene Außenfläche des Rings 6 ist hier leicht gewölbt, es bildet sich dadurch ein konvexer Dichtring. Dieser Dichtring geht an beiden axialen Enden stetig, also ohne Knick oder Abstand, in die Umfangsfläche 4 über.
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Fig. 5 zeigt eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Kolbens, mit zwei Nuten 3 in der Umfangsfläche 4 des Grundkörpers 1. Hier werden, anders als in Fig. 2, nicht nur die Nuten 3 mit Kunststoff beschichtet bzw. ausgegossen, sondern es wird der Grundkörper 1 an der Stirnfläche 5 und an der Umfangsfläche 4 vollständig mit einer Kunststoffschicht 8 umgeben. Dadurch ergeben sich zwei Ringe 9, die im Vergleich zu Fig. 3 um die Kunststoffschicht 8 dicker sind. Damit sich eine resultierende Umfangsfläche des Kolbens ergibt, die exakt die Form eines Zylindermantels hat, muss die Kunststoffschicht 8 entsprechend bearbeitet werden. In Fig. 5 ist diese Bearbeitung bereits erfolgt. In Fig. 5 ist auch erkennbar, dass die Kunststoffschicht 8 über der Stirnfläche 5 eine größere Dicke hat als an der Umfangsfläche 4. Damit kann an der Stirnfläche 5 eine besonders gute Wärmeisolierung des Grundkörpers 1 erzielt werden.
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Fig. 6 zeigt den Kolben aus Fig. 5 bei Betriebstemperatur, wenn dieser im Zylinder 2 angeordnet ist und bewegt wird. Durch die Erwärmung des Grundkörpers 1 werden auch die mit der Kunststoffschicht 8 einstückig ausgebildeten Ringe 9 erwärmt. Da die Ringe 9 eine größere Dicke als die Kunststoffschicht 8 neben den Nuten 3 aufweisen, erfahren die Ringe 9 eine größere Wärmeausdehnung und bilden je eine ringförmige Ausbuchtung, die über die restliche Kunststoffschicht 8, die an der Umfangsfläche 4 angeordnet ist, radial hinausragt. Da die Ringe 9 und die Kunststoffschicht 8 einen Teil bilden, hat die Kontur der äußeren Umfangsfläche des Kolbens - im Längsschnitt der Fig. 6 gesehen - einen stetigen Verlauf. Dieser Verlauf verursacht daher weniger Reibung als ein Ring, der in die Nut 3 eingesetzt würde und notwendiger Weise erstens in der Nut ein Spiel in axialer Richtung des Kolbens aufweisen müsste und zweitens kaum stetig an die, an die Nut 3 anschließende Umfangsfläche des Kolbens anschließen könnte.
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Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Kolbens mit einer Nut 11 in der Stirnfläche 5. Auch hier wird zuerst die Nut 11 mit Kunststoff ausgefüllt, z.B. beschichtet oder mit Kunststoff umspritzt oder ein fertiger Ring aufgepresst und/oder aufgeklebt, und dann werden die Außenflächen des Kolbens nötigenfalls noch einmal bearbeitet, um einen etwaigen Überstand des Rings 10 über die Nut 11 hinaus zu entfernen. In Fig. 7 ist der Kolben im fertig bearbeiteten Zustand bei Zimmertemperatur dargestellt.
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Die Nut 11 wird so hergestellt, dass sowohl die Stirnfläche 5 des zylindrischen Grundkörpers 1 als auch die daran anschließende Umfangsfläche 4 des Grundkörpers 1 dort verkleinert werden, wo die beiden Flächen zusammenstoßen. Der Ring 10 weist bei Zimmertemperatur des Kolbens eine erste Außenfläche 12 auf, die mit der Umfangsfläche des zylindrischen Kolbens, hier der Umfangsfläche 4, außerhalb der Nut 11 fluchtet, und eine zweite, ebene Außenfläche 13, die mit der Stirnfläche 5 des zylindrischen Kolbens außerhalb der Nut 11 fluchtet. Der Ring 10 stellt somit die ursprüngliche zylindrische Form des Grundkörpers 1 wieder her.
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Die erste ebene Fläche 14 der Nut 11 verläuft in diesem Beispiel parallel zur Achse 16 des zylindrischen Grundkörpers 1 und die zweite ebene Fläche 15 der Nut 11 schließt einen stumpfen Winkel mit der ersten Fläche 14 der Nut 11 ein. Der stumpfe Winkel liegt zwischen 100° und 120°, hier bei etwa 110°. Denkbar wäre aber auch ein rechter Winkel zwischen der erste ebenen Fläche 14, die parallel zur Achse 16 verläuft, und der zweiten ebenen Fläche 15.
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Fig. 8 zeigt den Kolben aus Fig. 7 bei Betriebstemperatur, wenn der Kolben im Zylinder 2 angeordnet ist und bewegt wird. Durch den im Zylinder 2 herrschenden Gasdruck, dargestellt durch parallele Pfeile in Richtung zur Stirnfläche 5, wird das Material des Rings 10 in axialer Richtung zusammengedrückt und durch die dadurch im Inneren entstehenden Materialspannungen dehnt sich der Ring 10 nach außen aus. Umso größer der Druck auf die Stirnfläche 5 bzw. den Ring 10 ist, desto größer ist die Dichtwirkung des Rings 10. Dies ist vorteilhaft, weil die Leckagen grundsätzlich umso höher sind, je höher der Druck im Zylinder 2 ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Grundkörper des Kolbens
- 2
- Zylinder
- 3
- Nut
- 4
- Umfangsfläche des Grundkörpers 1
- 5
- Stirnfläche des Grundkörpers 1
- 6
- Ring
- 7
- Paarungsspiel
- 8
- Kunststoffschicht
- 9
- Ring
- 10
- Ring
- 11
- Nut
- 12
- erste Außenfläche des Rings 10
- 13
- zweite Außenfläche des Rings 10
- 14
- erste Fläche der Nut 11
- 15
- zweite Fläche der Nut 11
- 16
- Achse des Grundkörpers 1
- 17
- Außenfläche
