Kolben mit Kolbenring in Druckzylindern. Die wirksame Abdichtung eines Gas maschinenzylinders gegen Verluste von kom primiertem Brennstoff und Explosionsgasen durch richtig wirkende Kolbenringe ist wesentlich für die wirksame Arbeitsweise der Maschine, da die gesamte Maschinenleistung von der ursprünglichen Kompression ab hängig ist und folglich die Leistungsabgabe von der Explosion des Brennstoffgemisches.
Zahlreiche und verschiedene Arten von Kol bendichtungsringen sind von Zeit zu Zeit für diesen Zweck vorgeschlagen worden, und bei allen Arten von Verbrennungskraftmaschi- nen, einschliesslich kleinen Dieselmaschinen, waren die bisher entwickelten Kolbenringe im allgemeinen zufriedenstellend für die Er zeugung einer wirksamen Abdichtung.
Bei dem vergrösserten Kompressionsverhältnis da gegen, welches höhere Spitzendrücke ergibt, haben sich gewöhnliche Kolbenringe als un wirksam erwiesen, um die Gase sowohl beim Kompressions- als beim Arbeitshub abzu dichten, besonders während der Hochdruck phasen des Arbeitskreislaufes. Daher ergibt sich die Notwendigkeit eines richtig funk tionierenden Ringes,
welcher bei Hochkom- pressionsmasehinen den Zylinder wirksam ge gen Kompressions- und Kraftverluste .abdich- tet und ein Ausblasen des Brennstoffge- misches beim Kompressionshub und der Explosionsgase beim Arbeitshub verhindert.
Die Eifindung bezieht sich auf einen Kol ben mit Kolbenring in Druckzylindern, ins besondere in Gasmaschinenzylindern, wobei der Kolbenring in einer Umfangsnut .des -Kol bens so angeordnet ist,
dass er sich radial aus dehnen und zusammenziehen kann und mit seinen stirnseitigen Anlageflächen passend in der Nut liegt und wobei die auf der der Druckseite entgegengesetzten Seite befind lichen Stirnflächen der Nut und des Ringes in bezug.auf die Kolbenaxe nach aussen von der Druckseite des Kolbens weg geneigt sind.
Erfindungsgemäss sind bei diesen Kolben mit Kolbenring auf der Druckseite des Ringes radial einwärts sich über die ganze Breite des Ringes erstreckende Druckmitteldurch- lässe zwischen den entspxecbenden Stirn- flächen des Ringes und der Nut gebildet.
welche in ihrem Bereiche eine unmittelbare Einwirkung des Druckmittels auf die druck- seitige Stirnfläche des Ringes ermöglichen, wobei die dadurch auf die druckseitige Stirn fläche des Ringes wirkende Druckkraft zu sammen mit den genannten geneigten Stirn flächen des Ringes und der Nut eine radial auswärts gerichtete Druckkomponente er zeugt, welche den Ring dichtend gegen die Z3-linderwand presst.
im Zeitpunkt, wenn der Druck bestrebt ist, das Druckmittel am Ring vorbeizudriieken, das Ganze zum Zwecke, einen Durchlass des Druckmittels zu verhin dern.
Der Kolben und Kolbenring gemäss der Erfindung kann auch für Kompressoren, Pumpen, Stossdämpfer oder andere Vorrich tungen zur Verhinderung von Kompressions verlusten oder ITndiehtheiten verwendet wer den.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt eines Teils eines ersten Beispiels.
Fig. 2 ist ein Teilschnitt des Kolbens nach Fig. 1 in grösserem Massstab, wobei der Schnitt durch eine Nut des obersten Kolben ringen gelegt ist.
Fig. 3 ist ein ähnlicher Teilschnitt wie Fig. 2, bei dem aber der Kolbenring in vollem Querschnitt gezeigt ist.
Fig. 4 ist eine perspektivisehe Detail ansicht des obersten Kolbenringes.
Fig. 5 ist ein Teilschnitt eines andern Beispiels.
Fig. 6 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels der Erfindung.
In allen Figuren bezeichnet 1 die Seiten wand eines Maschinenzylinders, in welchem der Kolben 2 läuft. der mit einer obersten Nut 3 für einen ausdehnbaren. als Dichtungs ring 4 wirkenden Ring und mit untern Nuten 5 für Ölringe 6 versehen ist. In der Nut kann der geschlitzte Ring 4 sich radial ausdehnen und zusammenziehen.
Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die obere Stirn wand 7 der obersten Ringnut 3 des Kolbens in einer rechtwinklig zur Kolbenaxe liegen den Ebene und die untere Stirnfläche 7' ist in bezug auf die Kolbenaxe nach aussen ge- tieigt, und zwar von der Druckseite des Kol bens weg geneigt. Die obere Stirnfläche 8 des Dichtungsringes 4 steht ebenfalls senk recht zur Kolbenaxe und die untere Stirn fläche 8' ist schräg, entsprechend der Form der Nut 3.
Damit der Dichtungsring 4 durch den Gasdruck, der im Maschinenzylinder oberhalb des Kolbenringes herrscht, betätigt wird, sind eine Anzahl im wesentlichen gleiche, radial angeordnete, breite Durch- lässe 9 auf der obern, das heisst druckseitigen Stirnseite des Ringes vorgesehen, welche sich über die ganze Breite der Stirnfläche des Ringes erstrecken.
Diese breiten, die Durch- lässe bildenden Einschnitte sind verhältnis mässig flach, aber, wie in Fig. 2 gezeigt ist, genügend tief, um einen raschen Durchfluss der Gase über die Oberseite des Ringes zu gestatten.
Der Ring 4 sitzt in der Ringnut 3, so dass die schräge Stirnfläche 8' des Ringes die schräge Stirnfläche 7' der Ringnut be rührt, und die Abmessungen des Ringes sind derart, dass der letztere im wesentlichen die Nut ausfüllt mit geringem Spielraum 10 auf der Rückseite des Kolbenringes und mit mi nimalem Zwischenraum zwischen der obern Stirnfläche der Ringnut und den nicht ein- (11eschnittenen, die obere stirnseitige Anlage fläche bildenden Teilen 11 des Kolbenringes. Die untere stirnseitige Anlagefläche des Ringes ist 8'.
Es ist ersichtlich, dass die Ein schnitte sich über wenig mehr als die Hälfte der obern Stirnfläche erstrecken können und dennoch genügend Oberfläche oder Streifen lassen, um ein Pochen des Ringes zu verhin dern, während sie gleichzeitig einen einem sehr grossen Ringspielraum entsprechenden Zustand ergeben. Die eingeschnittenen und nicht eingeschnittenen Teile des Ringes, die dem Druck der Gase ausgesetzt sind, sind vorteilhaft flache Flächen in rechtem Winkel zur Kolbenaxe liegenden Ebenen. Aus obigem geht hervor, dass der Ring mit seinen stirn- zeitigen Anlageflächen passend in der Nut liegt.
Zufolge der Einschnitte in der obern Stirnfläche des Kolbenringes sind Flächen teile von der ganzen Breite .des Ringes dem unmittelbaren Einfluss des Gasdruckes im Maschinenzylinder in demselben Augenblick ausgesetzt, in welchem der Druck bestrebt ist, die Gase zwischen dem Ring und der Zylinderwand hindurchzuzwängen. Dieser vollständige und sofortige Einfluss des Gas druckes bewirkt eine auf die obere Stirn fläche des Ringes wirkende Druckluft, wel che zusammen mit den auswärts geneigten Stirnflächen des Ringes und der Nut eine radial auswärts gerichtete Druckkomponente ergibt, welche den Ring dichtend gegen die Zylinderwand hält.
Die Zeitdauer, während welcher der Druck auf die Oberseite des Zylinderringes zur Einwirkung kommt, ist ein wichtiger Faktor bei .der Verhinderung von Druckverlusten und des Abblasens, wie aus folgenden Bemerkungen ersichtlich ist. Bekanntlich ist der Zwischenraum zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand vollständig und fortwährend durch einen Schmiermittelfilm von passender Beschaffen heit gefüllt, um dem Druck der Gase, die über .die Kolbenringe zu entweichen suchen, zu widerstehen.
Unter normalen Leistungs bedingungen, wie sie bei den gebräuchlichen, im Handel befindlichen Maschinen und mit richtig funktionierenden Kolbenringen er reicht werden, ist der Widerstand des Ölfilms gewöhnlich genügend, um irgendwelchem. Durchtritt oder Ausblasen von Brennstoff durch die Ringe wirksam zu widerstehen. Die Erhöhung der Maschinengeschwindig keit und bei sehr hohem Druckanstieg be kommt das Ausblasen die Oberhand.
Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, dass während der Hochdruckstufen des Arbeitskreislaufes der Widerstand des Ölfilms auf dem Aussen durchmesser des Kolbenringes durch den hohen Gasdruck überwunden wird, derart, dass sich die Gase zwischen der Zylinder wand und der obern äussern Kante des Ringes hindurchzwängen.
Obschon der Ölfilm aus dem Zwischenraum zwischen dem Ring und der Zylinderwand nicht vollständig ausgebla sen zu sein braucht, kann er doch teilweise an seinem obern Ende verschoben sein, und die Kraft der Gase, welche gegen die obere äussere gante -des Ringes wirken, überwinden die Ringspannung genügend, um den Ring weiter weg von der Zylinderwand zu drücken.
Der bereits geschwächte Ölfilm, der durch die Wegnahme des Ringträgers weniger widerstandsfähig gemacht ist, kann .dem auf ihn ausgeübten Druck nicht wirksam wider stehen und daraus ergibt sich ein Ausblasen. Bei Maschinen mit hohen Geschwindigkeiten ist das Zeitintervall, während welchem Druck auf .den Ring einwirkt, zu kurz, damit der Druck die Rückseite des Ringes erreicht, be vor der letztere von der Zylinderwand weg gestossen wird.
Ausserdem wäre der Druck auf die Rückseite des Ringes unwirksam, um dem Druck auf der Vorderseite des Ringes entgegenzuwirken, wo die Umfangsfläche auf der Vorderseite grösser ist als auf der Rückseite im Verhältnis des Aussen- zum Innendurchmesser des Ringes.
Damit die ent gegenwirkende Kraft ein Verlassen des Ringes von der Zylinderwand wirksam ver hindern kann, muss sie wie bei dem beschrie benen Beispiel auf die Oberseite des Ringes einwirken und die untere Stirnseite des Ringes und der Nut müssen, wie dargestellt, geneigt sein, damit sie eine sofortige, aus wärts gerichtete Komponente ergeben, welche den Ring gegen die Zylinderwand drückt. Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Beispiel ist so ausgebildet, dass es. nach diesem Prinzip arbeitet.
Die in Umfangsrichtung in Abstän- den. voneinander vorgesehenen Einschnitte 9 ergeben offene Zwischenräume, durch welche sich über die ganze Ringbreite erstreckende Flächen der obern Stirnseite des Ringes dem unmittelbaren und vollständigen Einfluss des Druckes im Zylinder ausgesetzt sind. Somit wirkt der Druck auf die freiliegenden obern Flächen des Ringes im gleichen Augenblick, in welchem er versucht, die Gase zwischen den Ring und die Zylinderwand zu drücken.
Die Grösse des Druckes zusammen mit den
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geneigten <SEP> Flächen <SEP> des <SEP> Ringes <SEP> und <SEP> der <SEP> Nut
<tb> ergeben <SEP> eine <SEP> Kraftkomponente, <SEP> welche <SEP> be @virkt, <SEP> dass <SEP> der <SEP> Ring <SEP> dicht <SEP> gegen <SEP> die <SEP> Zylinder wand <SEP> gedrückt <SEP> wird. <SEP> Der <SEP> Druck <SEP> auf <SEP> den
<tb> Ring <SEP> entgegen <SEP> dem <SEP> Ölfilm <SEP> verstärkt <SEP> den <SEP> letz teren <SEP> und <SEP> macht <SEP> ihn <SEP> widerstandsfähiger <SEP> ge gen <SEP> das <SEP> Herausblasen <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Zwischenraum
<tb> zwischen <SEP> Ring <SEP> und <SEP> Zylinderwand, <SEP> besonders
<tb> während <SEP> den <SEP> Hochdruckstufen <SEP> des <SEP> Arbeits kreislaufes.
<SEP> Bei <SEP> üblichen <SEP> bekannten <SEP> Ausfüh rungen <SEP> des <SEP> Kolbenringes <SEP> und <SEP> Kolbens <SEP> ist <SEP> der
<tb> kleine <SEP> Zwischenraum <SEP> zwischen <SEP> der <SEP> obern
<tb> Stirnseite <SEP> des <SEP> Kolbenringes <SEP> und <SEP> der <SEP> zuge hörigen <SEP> Ringnutstirnseite <SEP> nicht <SEP> genügend, <SEP> um
<tb> einen. <SEP> raschen <SEP> Durchfluss <SEP> der <SEP> Gase <SEP> über <SEP> die
<tb> Oberseite <SEP> des <SEP> Ringes <SEP> zu <SEP> ermöglichen. <SEP> Die
<tb> Verzögerung <SEP> des <SEP> Gasdurchflitsses <SEP> verursacht
<tb> notwendigerweise <SEP> eine <SEP> Verzögerung <SEP> oder
<tb> einen <SEP> Verlust <SEP> in <SEP> der <SEP> Übertragung <SEP> des <SEP> Druckes
<tb> über <SEP> die <SEP> Oberseite <SEP> des <SEP> Ringes.
<SEP> Durch <SEP> die <SEP> Ein schnitte <SEP> 9 <SEP> dagegen, <SEP> die <SEP> in <SEP> dem <SEP> Spielraum <SEP> 20
<tb> zwischen <SEP> Zylinder <SEP> und <SEP> Kolben <SEP> münden. <SEP> er gibt <SEP> sich <SEP> eine <SEP> geringere <SEP> Einschränkung <SEP> des
<tb> Gasflusses <SEP> über <SEP> die <SEP> Oberseite <SEP> des <SEP> Ringes, <SEP> und
<tb> die <SEP> Ausdehnung <SEP> der <SEP> Gase <SEP> durch <SEP> die <SEP> sich
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einschnitte <SEP> ergebenden <SEP> Zwischen räume <SEP> geht <SEP> sehr <SEP> schnell <SEP> vor <SEP> sich. <SEP> Somit <SEP> wir ken, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Fig.
<SEP> 2 <SEP> durch <SEP> einen <SEP> Pfeil <SEP> ange deutet <SEP> ist, <SEP> die <SEP> senkrechten <SEP> Komponenten
<tb> des <SEP> Gasdruckes <SEP> im <SEP> wesentlichen <SEP> sofort <SEP> und
<tb> senkrecht <SEP> gegen <SEP> die <SEP> obere <SEP> Stirnfläche <SEP> des
<tb> Kolbenringes <SEP> von <SEP> der <SEP> äussern <SEP> bis <SEP> zur <SEP> innern
<tb> Kante <SEP> des <SEP> letzteren <SEP> und <SEP> pressen <SEP> den <SEP> Ring
<tb> gleichmässig <SEP> abwärts <SEP> gegen <SEP> die <SEP> schräge <SEP> untere
<tb> Wand <SEP> der <SEP> Ringnot, <SEP> wodurch <SEP> der <SEP> Kolbenring
<tb> radial <SEP> ausgedehnt <SEP> wird, <SEP> so <SEP> dass <SEP> er <SEP> wirksam
<tb> gegen <SEP> die <SEP> Zylinderwand <SEP> abdichtet.
<SEP> Wenn <SEP> der
<tb> Ring- <SEP> ausgedehnt <SEP> ist, <SEP> ist <SEP> innen <SEP> in <SEP> der <SEP> Nut
<tb> ein <SEP> Spielraum <SEP> 10 <SEP> vorhanden. <SEP> Die <SEP> Innenfläche
<tb> des <SEP> Ringes <SEP> liegt <SEP> auf <SEP> einem <SEP> gleichachsig <SEP> mit
<tb> der <SEP> Kolbenachse <SEP> angeordneten <SEP> Zylinder, <SEP> so
<tb> dass <SEP> beim <SEP> Eindringen <SEP> des <SEP> Gases <SEP> in <SEP> den <SEP> Spiel raum <SEP> der <SEP> Nut <SEP> der <SEP> Gasdruck <SEP> radial <SEP> auswärts
<tb> auf <SEP> die <SEP> Innenfläche <SEP> des <SEP> Ringes <SEP> wirkt <SEP> und
<tb> dabei <SEP> die <SEP> radial <SEP> auswärts <SEP> gerichtete <SEP> Kompo nente <SEP> des <SEP> abwärts <SEP> gerichteten <SEP> Druckes <SEP> ver stärkt.
<SEP> Da <SEP> der <SEP> abwärts <SEP> gerichtete <SEP> Druck <SEP> im
<tb> wesentlichen <SEP> über <SEP> die <SEP> ganze <SEP> Breite <SEP> des
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Ringes <SEP> gleichmässig <SEP> ist, <SEP> ergibt <SEP> sich <SEP> kein <SEP> Man gel <SEP> an <SEP> Gleichgewicht <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> äussern
<tb> und <SEP> innern <SEP> Teilen <SEP> das <SEP> Ringes, <SEP> welche <SEP> be wirken <SEP> würden, <SEP> dass <SEP> der <SEP> letztere <SEP> um <SEP> die <SEP> un tere <SEP> äussere <SEP> Kante <SEP> der <SEP> Ringnut <SEP> oder <SEP> auf
<tb> andere <SEP> Weise <SEP> schaukelt, <SEP> wodurch <SEP> Kräfte <SEP> er zeugt <SEP> würden, <SEP> die <SEP> bestrebt <SEP> wären, <SEP> dass <SEP> der
<tb> Ring <SEP> in <SEP> seiner <SEP> Nut <SEP> stecken <SEP> bleibt.
<SEP> Bei <SEP> prak tischen <SEP> Ausführungen <SEP> kann <SEP> der <SEP> Neigungs winkel <SEP> der <SEP> schrägen <SEP> Stirnflächen <SEP> 7' <SEP> und <SEP> 8 <SEP> der
<tb> Ringnut <SEP> bezw. <SEP> des <SEP> Kolbenringes <SEP> verändert
<tb> werden, <SEP> um <SEP> den <SEP> individuellen <SEP> Arbeitsbedin- <SEP> ,
<tb> gungen <SEP> zu <SEP> genügen.
<tb> Fig.
<SEP> 5 <SEP> der <SEP> Zeichnung <SEP> stellt <SEP> ein <SEP> anderes
<tb> Ausführungsbeispiel <SEP> dar, <SEP> bei <SEP> welchem <SEP> die
<tb> Ringnut <SEP> 3 <SEP> und <SEP> der <SEP> Dichtungsring <SEP> 4 <SEP> sowohl
<tb> auf <SEP> ihren <SEP> Oberseiten <SEP> (Stirnflächen <SEP> 7a <SEP> und <SEP> 8a)
<tb> als <SEP> auf <SEP> ihren <SEP> Unterseiten <SEP> (Stirnflächen <SEP> 7b
<tb> und <SEP> 8b) <SEP> schräg <SEP> oder <SEP> geneigt <SEP> sind.
<tb> Die <SEP> obern <SEP> Stirnflächen <SEP> 7a, <SEP> 8a <SEP> sind <SEP> in
<tb> bezug <SEP> auf <SEP> die <SEP> Kolbenaxe <SEP> nach <SEP> aussen <SEP> geneigt,
<tb> und <SEP> zwar <SEP> gegen <SEP> die <SEP> Druckseite <SEP> hin <SEP> geneigt
<tb> und <SEP> die <SEP> untern <SEP> Stirnflächen <SEP> 7b,
<SEP> 8b <SEP> sind <SEP> in
<tb> bezug <SEP> auf <SEP> die <SEP> Kolbenachse <SEP> nach <SEP> aussen <SEP> ge neigt, <SEP> und <SEP> zwar <SEP> von <SEP> der <SEP> Druckseite <SEP> weg <SEP> ge neigt, <SEP> so <SEP> dass <SEP> die <SEP> Stirnflächen <SEP> 7a, <SEP> 8a <SEP> mit <SEP> den
<tb> Stirnflächen <SEP> 7b, <SEP> 8b <SEP> einwärts <SEP> gegen <SEP> das <SEP> Kol beninnere <SEP> zusammenlaufen. <SEP> Bei <SEP> dieser <SEP> An ordnung <SEP> ist <SEP> der <SEP> RichtunIgswechsel <SEP> des <SEP> durch
<tb> den <SEP> Spielraum <SEP> 20 <SEP> in <SEP> die <SEP> Durchlässe <SEP> 9 <SEP> eintre tenden <SEP> Gases <SEP> weniger <SEP> schroff, <SEP> indem <SEP> der
<tb> Winkel <SEP> des <SEP> Richtungswechsels <SEP> kleiner <SEP> ist <SEP> als
<tb> ein <SEP> rechter <SEP> Winkel.
<SEP> Da <SEP> die <SEP> Durchlässe <SEP> ein wärts <SEP> und <SEP> abwärts <SEP> geneigt <SEP> sind, <SEP> ist <SEP> der <SEP> Gas flut <SEP> über <SEP> die <SEP> Oberseite <SEP> des <SEP> Ringes <SEP> 4 <SEP> be schleunigt. <SEP> Ausserdem <SEP> wirkt <SEP> der <SEP> Druck <SEP> an <SEP> der
<tb> Oberseite <SEP> des <SEP> Ringes <SEP> unmittelbarer <SEP> und <SEP> mit
<tb> grösserer <SEP> Kraft <SEP> gegen <SEP> den <SEP> Ring, <SEP> um <SEP> denselben
<tb> egen <SEP> die <SEP> Zylinderwand <SEP> auszudehnen, <SEP> was
<tb> eine <SEP> Folge <SEP> der <SEP> Neigung <SEP> der <SEP> obern <SEP> Stirn flächen <SEP> des <SEP> Kolbenringes <SEP> und <SEP> der <SEP> Ringnut
<tb> sowie <SEP> des <SEP> Umstandes <SEP> ist,
<SEP> dass <SEP> der <SEP> senkrecht
<tb> gegen <SEP> die <SEP> schräge <SEP> obere <SEP> Stirnfläche <SEP> des
<tb> lEnges <SEP> ausgeübte <SEP> Druck <SEP> Kräfte <SEP> in. <SEP> Richtung
<tb> abwärts <SEP> und <SEP> auswärts <SEP> zur <SEP> Ringnut <SEP> erzeugt,
<tb> wie <SEP> durch <SEP> Pfeile <SEP> angedeutet <SEP> ist.
<tb> Fig. <SEP> 6 <SEP> veranschaulicht <SEP> eine <SEP> Konstruktion,
<tb> bei <SEP> welcher <SEP> die <SEP> Durchlässe <SEP> zur <SEP> Ermöglichung, dass der Gasdruck schnell und wirksam auf die obere Stirnfläehe des Ringes wirkt, im Kolben anstatt im Kolbenring vorgesehen sind. Dies kann dadurch geschehen, dass Ein schnitte in der obern Wand :der Ringnut vor gesehen sind, wie mit 9a gezeigt ist.
In bei den Fällen sind aber die Durchlässe zwischen den obern Stirnflächen des Ringes und der Nut gebildet.
Pistons with piston rings in pressure cylinders. The effective sealing of a gas machine cylinder against losses of com primed fuel and explosion gases through properly acting piston rings is essential for the effective operation of the machine, since the entire machine performance is dependent on the original compression and consequently the power output from the explosion of the fuel mixture.
Numerous and varied types of piston seal rings have been proposed from time to time for this purpose, and in all types of internal combustion engines, including small diesel engines, the piston rings heretofore developed have generally been satisfactory for producing an effective seal.
With the increased compression ratio on the other hand, which results in higher peak pressures, ordinary piston rings have proven to be ineffective to seal the gases on both the compression and the working stroke, especially during the high pressure phases of the working circuit. Hence the need for a properly functioning ring,
which in high compression machines effectively seals the cylinder against loss of compression and force and prevents the fuel mixture from being blown out during the compression stroke and the explosion gases during the working stroke.
The invention relates to a piston with a piston ring in pressure cylinders, in particular in gas engine cylinders, the piston ring being arranged in a circumferential groove of the piston so
that it can expand and contract radially and that its end-face contact surfaces fit in the groove and the end faces of the groove and the ring on the side opposite the pressure side are outwardly away from the pressure side of the piston with respect to the piston axis are inclined.
According to the invention, pressure medium passages extending radially inward over the entire width of the ring are formed between the corresponding end faces of the ring and the groove in these pistons with piston rings on the pressure side of the ring.
which in their area enable a direct action of the pressure medium on the pressure-side face of the ring, the pressure force acting on the pressure-side face of the ring together with the said inclined face of the ring and the groove a radially outward pressure component testifies, which presses the ring sealingly against the Z3 pallet wall.
at the point in time when the pressure tries to press the pressure medium past the ring, the whole thing for the purpose of preventing the pressure medium from passing through.
The piston and piston ring according to the invention can also be used for compressors, pumps, shock absorbers or other devices to prevent compression losses or compressions.
On the accompanying drawings, embodiments of the subject invention are shown.
Fig. 1 is a vertical section of part of a first example.
Fig. 2 is a partial section of the piston of FIG. 1 on a larger scale, the section being placed through a groove of the uppermost piston rings.
Fig. 3 is a partial section similar to Fig. 2, but in which the piston ring is shown in full cross section.
Fig. 4 is a perspective detailed view of the top piston ring.
Fig. 5 is a partial section of another example.
Fig. 6 is a view of another example of the invention.
In all figures, 1 denotes the side wall of a machine cylinder in which the piston 2 runs. the one with an uppermost groove 3 for an expandable. as a sealing ring 4 acting ring and with lower grooves 5 for oil rings 6 is provided. In the groove, the slotted ring 4 can expand and contract radially.
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the upper end wall 7 of the uppermost annular groove 3 of the piston lies in a plane at right angles to the piston axis and the lower end face 7 'is lowered outward with respect to the piston axis, and although inclined away from the pressure side of the Kol ben. The upper end face 8 of the sealing ring 4 is also perpendicular to the piston axis and the lower end face 8 'is inclined, corresponding to the shape of the groove 3.
So that the sealing ring 4 is actuated by the gas pressure that prevails in the machine cylinder above the piston ring, a number of essentially identical, radially arranged, wide passages 9 are provided on the upper, i.e. the pressure-side end face of the ring, which extend over the entire width of the face of the ring extend.
These wide incisions forming the passages are relatively shallow, but, as shown in FIG. 2, deep enough to allow the gases to flow rapidly over the top of the ring.
The ring 4 sits in the annular groove 3, so that the inclined face 8 'of the ring touches the inclined face 7' of the annular groove, and the dimensions of the ring are such that the latter essentially fills the groove with little clearance 10 on the Back of the piston ring and with minimal space between the upper end face of the ring groove and the non-incised parts 11 of the piston ring which form the upper end contact surface. The lower end contact surface of the ring is 8 '.
It can be seen that the A cuts can extend over a little more than half of the upper face and still leave enough surface or stripes to prevent the ring from pounding, while at the same time they result in a state corresponding to a very large ring clearance. The incised and non-incised parts of the ring which are exposed to the pressure of the gases are advantageously flat surfaces at right angles to the piston axis. From the above it can be seen that the ring with its frontal contact surfaces fits in the groove.
As a result of the cuts in the upper end face of the piston ring, surface parts of the entire width of the ring are exposed to the direct influence of the gas pressure in the machine cylinder at the same moment in which the pressure tends to force the gases between the ring and the cylinder wall. This complete and immediate influence of the gas pressure causes a compressed air acting on the upper end face of the ring, wel che together with the outwardly inclined end faces of the ring and the groove results in a radially outward pressure component which holds the ring sealingly against the cylinder wall.
The length of time during which the pressure is applied to the top of the cylinder ring is an important factor in preventing pressure loss and blow-off, as can be seen from the following remarks. As is known, the space between the piston rings and the cylinder wall is completely and continuously filled by a film of lubricant of the appropriate nature in order to withstand the pressure of the gases that seek to escape via the piston rings.
Under normal performance conditions, such as those in common, commercially available machines and with properly functioning piston rings it is enough, the resistance of the oil film is usually sufficient to any. Effectively resist the penetration or blowing of fuel through the rings. The increase in machine speed and with a very high rise in pressure, the blowing out gets the upper hand.
This is due to the fact that during the high pressure stages of the working circuit the resistance of the oil film on the outer diameter of the piston ring is overcome by the high gas pressure, so that the gases squeeze between the cylinder and the upper outer edge of the ring.
Although the oil film from the space between the ring and the cylinder wall does not have to be completely blown out, it can still be partially displaced at its upper end, and the force of the gases which act against the upper outer gante of the ring overcome this Ring tension sufficient to push the ring further away from the cylinder wall.
The already weakened oil film, which has been made less resistant by removing the ring carrier, cannot effectively resist the pressure exerted on it and this results in a blowout. In high-speed machines, the time interval during which pressure acts on the ring is too short for the pressure to reach the back of the ring before the latter is pushed away from the cylinder wall.
In addition, the pressure on the back of the ring would be ineffective to counteract the pressure on the front of the ring, where the circumferential surface on the front is larger than on the back in the ratio of the outer to the inner diameter of the ring.
So that the counteracting force can effectively prevent the ring from leaving the cylinder wall, it must act on the top of the ring as in the example described and the lower face of the ring and the groove must be inclined, as shown, so that they result in an immediate, outwardly directed component which presses the ring against the cylinder wall. The example shown in Fig. 1 to 4 is designed so that it. works according to this principle.
The in the circumferential direction at intervals. Incisions 9 provided from one another result in open spaces through which surfaces of the upper end face of the ring extending over the entire width of the ring are exposed to the direct and complete influence of the pressure in the cylinder. Thus, the pressure acts on the exposed upper surfaces of the ring at the same time as it tries to force the gases between the ring and the cylinder wall.
The size of the print together with the
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inclined <SEP> surfaces <SEP> of the <SEP> ring <SEP> and <SEP> of the <SEP> groove
<tb> result in <SEP> a <SEP> force component, <SEP> which <SEP> causes <SEP> that <SEP> the <SEP> ring <SEP> tight <SEP> against <SEP> the <SEP > Cylinder wall <SEP> is pressed <SEP>. <SEP> The <SEP> print <SEP> on <SEP> the
<tb> Ring <SEP> against <SEP> the <SEP> oil film <SEP> reinforces <SEP> the <SEP> last <SEP> and <SEP> makes <SEP> it <SEP> more resistant <SEP> against <SEP> the <SEP> blowing out <SEP> from <SEP> the <SEP> space
<tb> between <SEP> ring <SEP> and <SEP> cylinder wall, <SEP> especially
<tb> during <SEP> the <SEP> high pressure stage <SEP> of the <SEP> working cycle.
<SEP> In the <SEP> common <SEP> known <SEP> designs <SEP> of the <SEP> piston ring <SEP> and <SEP> piston <SEP> is <SEP> the
<tb> small <SEP> space <SEP> between <SEP> the <SEP> above
<tb> Front side <SEP> of the <SEP> piston ring <SEP> and <SEP> of the <SEP> associated <SEP> ring groove front side <SEP> not <SEP> sufficient, <SEP> um
<tb> one. <SEP> rapid <SEP> flow <SEP> of the <SEP> gases <SEP> via <SEP> the
<tb> Top <SEP> of the <SEP> ring <SEP> to <SEP> enable. <SEP> The
<tb> Delay <SEP> of the <SEP> gas flow <SEP> caused
<tb> necessarily <SEP> a <SEP> delay <SEP> or
<tb> a <SEP> loss <SEP> in <SEP> of the <SEP> transmission <SEP> of the <SEP> print
<tb> over <SEP> the <SEP> top side <SEP> of the <SEP> ring.
<SEP> By <SEP> the <SEP> incisions <SEP> 9 <SEP> on the other hand, <SEP> the <SEP> in <SEP> the <SEP> margin <SEP> 20
<tb> open between <SEP> cylinder <SEP> and <SEP> piston <SEP>. <SEP> gives <SEP> a <SEP> less <SEP> restriction <SEP> des
<tb> gas flow <SEP> via <SEP> the <SEP> top side <SEP> of the <SEP> ring, <SEP> and
<tb> the <SEP> expansion <SEP> of the <SEP> gases <SEP> through <SEP> the <SEP> itself
<tb> through <SEP> the <SEP> incisions <SEP> resulting <SEP> spaces <SEP> <SEP> goes very <SEP> quickly <SEP> before <SEP>. <SEP> So <SEP> works, <SEP> like <SEP> in <SEP> Fig.
<SEP> 2 <SEP> is indicated by <SEP> an <SEP> arrow <SEP> is <SEP>, <SEP> the <SEP> vertical <SEP> components
<tb> of the <SEP> gas pressure <SEP> in the <SEP> essential <SEP> immediately <SEP> and
<tb> perpendicular <SEP> against <SEP> the <SEP> upper <SEP> face <SEP> of the
<tb> piston ring <SEP> from <SEP> to the <SEP> outside <SEP> to <SEP> to the <SEP> inside
<tb> Edge <SEP> of the <SEP> the latter <SEP> and <SEP> press <SEP> the <SEP> ring
<tb> evenly <SEP> downwards <SEP> against <SEP> the <SEP> inclined <SEP> lower one
<tb> Wall <SEP> the <SEP> ring emergency, <SEP> whereby <SEP> the <SEP> piston ring
<tb> radial <SEP> expanded <SEP>, <SEP> so <SEP> that <SEP> er <SEP> becomes effective
<tb> seals the <SEP> cylinder wall <SEP> against <SEP>.
<SEP> If <SEP> the
<tb> Ring- <SEP> is extended <SEP>, <SEP> is <SEP> inside <SEP> in <SEP> of the <SEP> groove
<tb> a <SEP> margin <SEP> 10 <SEP> available. <SEP> The <SEP> inner surface
<tb> of the <SEP> ring <SEP> is <SEP> on <SEP> with a <SEP> coaxially <SEP> with
<tb> the <SEP> piston axis <SEP> arranged <SEP> cylinder, <SEP> like this
<tb> that <SEP> when <SEP> penetration <SEP> of the <SEP> gas <SEP> in <SEP> the <SEP> clearance <SEP> the <SEP> groove <SEP> the <SEP> gas pressure < SEP> radial <SEP> outwards
<tb> on <SEP> the <SEP> inner surface <SEP> of the <SEP> ring <SEP> acts <SEP> and
<tb> while <SEP> strengthens the <SEP> radially <SEP> outward <SEP> directed <SEP> component <SEP> of the <SEP> downward <SEP> directed <SEP> pressure <SEP>.
<SEP> Since <SEP> the <SEP> downward <SEP> directed <SEP> print <SEP> in
<tb> essential <SEP> via <SEP> the <SEP> whole <SEP> width <SEP> of the
EMI0004.0002
Ring <SEP> is evenly <SEP>, <SEP> results in <SEP>, <SEP> no <SEP> lack of <SEP> at <SEP> equilibrium <SEP> between <SEP> and <SEP> express
<tb> and <SEP> inside <SEP> parts <SEP> of the <SEP> ring, <SEP> which <SEP> would effect <SEP>, <SEP> that <SEP> the <SEP> the latter <SEP> around <SEP> the <SEP> at the bottom <SEP> outer <SEP> edge <SEP> of the <SEP> ring groove <SEP> or <SEP>
<tb> other <SEP> way <SEP> rocks, <SEP> whereby <SEP> forces <SEP> it would generate <SEP>, <SEP> the <SEP> would strive <SEP>, <SEP> that <SEP > the
<tb> Ring <SEP> stuck in <SEP> of its <SEP> groove <SEP> <SEP> remains.
<SEP> With the <SEP> practical <SEP> versions <SEP>, <SEP> the <SEP> angle of inclination <SEP> of the <SEP> inclined <SEP> end faces <SEP> 7 '<SEP> and <SEP> can be used 8 <SEP> the
<tb> ring groove <SEP> resp. <SEP> of the <SEP> piston ring <SEP> changed
<tb> are, <SEP> to <SEP> the <SEP> individual <SEP> working conditions- <SEP>,
<tb> requirements <SEP> to <SEP> are sufficient.
<tb> Fig.
<SEP> 5 <SEP> of the <SEP> drawing <SEP> sets <SEP> one <SEP> other
<tb> Exemplary embodiment <SEP>, <SEP> with <SEP> which <SEP> the
<tb> ring groove <SEP> 3 <SEP> and <SEP> the <SEP> sealing ring <SEP> 4 <SEP> both
<tb> on <SEP> their <SEP> upper sides <SEP> (end faces <SEP> 7a <SEP> and <SEP> 8a)
<tb> as <SEP> on <SEP> their <SEP> sub-pages <SEP> (front surfaces <SEP> 7b
<tb> and <SEP> 8b) <SEP> inclined <SEP> or <SEP> inclined <SEP> are.
<tb> The <SEP> upper <SEP> end faces <SEP> 7a, <SEP> 8a <SEP> are <SEP> in
<tb> referring <SEP> to <SEP> the <SEP> piston axis <SEP> inclined to <SEP> outside <SEP>,
<tb> and <SEP> although <SEP> is inclined towards <SEP> the <SEP> print side <SEP> towards <SEP>
<tb> and <SEP> the <SEP> below <SEP> end faces <SEP> 7b,
<SEP> 8b <SEP> are <SEP> in
<tb> referring <SEP> to <SEP> the <SEP> piston axis <SEP> inclined to <SEP> outside <SEP>, <SEP> and <SEP> <SEP> from <SEP> the <SEP> pressure side <SEP> away <SEP> inclined, <SEP> so <SEP> that <SEP> the <SEP> end faces <SEP> 7a, <SEP> 8a <SEP> with <SEP>
<tb> End faces <SEP> 7b, <SEP> 8b <SEP> inward <SEP> against <SEP> the <SEP> piston inside <SEP> converge. <SEP> With <SEP> this <SEP> arrangement <SEP> <SEP> is the <SEP> change of direction <SEP> of the <SEP>
<tb> the <SEP> leeway <SEP> 20 <SEP> in <SEP> the <SEP> passages <SEP> 9 <SEP> entering <SEP> gas <SEP> less <SEP> abruptly, <SEP> by <SEP> the
<tb> Angle <SEP> of the <SEP> change of direction <SEP> smaller <SEP> is <SEP> than
<tb> a <SEP> right <SEP> angle.
<SEP> Since <SEP> the <SEP> passages <SEP> are inclined upwards <SEP> and <SEP> downwards <SEP>, <SEP> is <SEP> the <SEP> gas flow <SEP> accelerated via <SEP> the <SEP> top side <SEP> of the <SEP> ring <SEP> 4 <SEP>. <SEP> In addition, <SEP> affects <SEP> the <SEP> pressure <SEP> on <SEP> the
<tb> Upper side <SEP> of the <SEP> ring <SEP> immediate <SEP> and <SEP> with
<tb> greater <SEP> force <SEP> against <SEP> the <SEP> ring, <SEP> around <SEP> the same
<tb> egen <SEP> to expand the <SEP> cylinder wall <SEP>, <SEP> what
<tb> a <SEP> sequence <SEP> of the <SEP> inclination <SEP> of the <SEP> upper <SEP> end faces <SEP> of the <SEP> piston ring <SEP> and <SEP> of the <SEP> ring groove
<tb> and <SEP> of the <SEP> circumstance is <SEP>,
<SEP> that <SEP> the <SEP> is vertical
<tb> against <SEP> the <SEP> inclined <SEP> upper <SEP> face <SEP> of the
<tb> lEnges <SEP> exerted <SEP> pressure <SEP> forces <SEP> in. <SEP> direction
<tb> downwards <SEP> and <SEP> outwards <SEP> to the <SEP> ring groove <SEP> generated,
<tb> as <SEP> is indicated by <SEP> arrows <SEP> <SEP>.
<tb> Fig. <SEP> 6 <SEP> illustrates <SEP> a <SEP> construction,
<tb> at <SEP> which <SEP> the <SEP> passages <SEP> for <SEP> enabling the gas pressure to act quickly and effectively on the upper face of the ring are provided in the piston instead of in the piston ring. This can be done in that a cuts in the upper wall: the annular groove are seen in front, as shown with 9a.
In both cases, however, the passages are formed between the upper end faces of the ring and the groove.