VOLUMENVERDRÄNGUNGSMASCHINENKOLBEN

Abstract

 Der Kolben einer Verdrängermaschine enthält einen kegelförmigen Kopf (1) mit einem hubbegrenzenden Bund (6), der an seiner den kleineren Durchmesser aufweisenden Stirnseite (5) ausgebildet ist. Die andere Stirnseite (3) des Kopfes (1) ist mit einer Kolbenstange (4) verbunden. Am Kopf (1) ist ein elastischer Dichtungsring (8) längs der Achse des Kopfes (1) zwischen an diesem ausgeführten Bewegungsbegrenzern bewegbar angeordnet, wobei als erster Bewegungsbegrenzer der Bund (6) und als zweiter Bewegungsbegrenzer ein Teil der Mantelfläche (2) des Kopfes (1) dient, der seitlich der den größeren Durchmesser aufweisenden Stirnseite angeordnet ist.

Beschreibung

Gebiet der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verdrängermaschinen, und zwar auf Hubkolbenverdichter und Kolbenpumpen, und betrifft insbesondere den Kolben einer Verdrängermaschine.

Zugrundliegender Stand der Technik

[0002] Im Laufe des Betriebes verschlechtert sich die Arbeitscharakteristik des Kolbens einer Verdrängermaschine durch Erweiterung der Spiele zwischen den Reibflächen seiner Bauteile wegen des Verschleisses der letzteren.

[0003] Es ist ein Kolben, einer Verdrängermaschine, insbesondere ein Pumpenkolben, bekannt (US, A, 3532446), der einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kopf, einen elastischen Dichtungsring mit kovexer Aussenfläche zum Berühren des Zylinders der Verdrängermaschine enthält, wobei der besagte Dichtungsring längs der Achse des Kopfes zwischen daran ausgeführten Bewegungsbegrenzern für den Dichtungsring bewegbar angeordnet ist, deren einer als Bund ausgebildet ist. Der Kolbenkopf weist die Form einer Scheibe auf, an deren einer Stirnseite mit ihren Enden die Kolbenstange in der Mitte und am Umlauf in gleichen Abständen zueinander auf der Kreislinie drei der Kolbenstange parallele Stäbe befestigt sind. Die freien Enden der Stäbe sind zum Zylinder hin abgebogen. Zwischen der Scheibe und den abgebogenen Enden der Stäbe ist der elastische Dichtungsring angeordnet. Der Innendurchmesser des Dichtungsringes ist grösse als der Durchmesser des Kreises, auf dem sich die Stäbe befinden. Die abgebogenen Enden der Stäbe und die Scheibe dienen als Bewegungsbegrenzer für den Dichtungsring. Die abgebogenen Enden der Stäbe erfüllen die Funktion des Bundes, gegen den sich der Dichtungsring stemmt, wenn sich der Kolben in der Richtung zum Einsaugen des Arbeitsmediums (Flüssigkeit) in den kurbelseitigen Zylinderraum der Pumpe bewegt. Bei dem Kolbenhub nach entgegengesetzter Richtung zur Verdichtung des Arbeitsmediums im kurbelseitigen zylinderraum ist der Dichtungsring durch die zwischen dem Ring und dem Pumpenzylinder wirkenden Reibungskräfte an die Scheibe angedrückt. Während des Betriebes des Kolbens wird der Dichtungsring einem starken Verschleiss ausgesetzt, wodurch die Betriebsdauer des Kolbens verkürzt wird.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben einer Verdrängermaschine zu schaffen, bei dem der Kopf derart ausgebildet ist, dass die Standzeit des Dichtungsringes bei seinem Verschleiss und somit die Betriebsdauer des Kolbens erhöht werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Yolben einer Verdrängermaschine, enthaltend einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kopf und einen elastischen Dichtungsring mit konvexer Aussenfläche zur Berührung eines Zylinders der Verdrängermaschine, wobei der Dichtungsring längs der Achse des Kopfes zwischen an diesem ausgeführten Bewegung sbegrenzern für den Dichtungsring bewegbar angeordnet ist, deren einer als Bund ausgebildet ist, erfindungsgemäss die Mantelfläche des Kopfes kegelförmig gestaltet ist, der Bund an dessen den kleineren Durchmesser aufweisender Stirnseite ausgebildet ist, die Kolbenstange mit einer den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite verbunden ist und als zweiter 3ewegungsbegrenzer für den Dichtungsring ein Teil der Mantelfläche des Kopfes dient, der seitlich der den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite liegt.

[0006] Zweckmässigerweise kann der Neigungswinkel der kegelförmigen Mantelfläche des Kopfes zu seiner Achse grösser als der Reibungswinkel des Dichtungsringes sein.

[0007] Zweckmässigerweise kann der Dichtungsring im Schnitt eine Keilform aufweisen, die sich nach ihrer Stirnseite hin verjüngt, die der den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite des Kopfes zugekehrt ist.

[0008] Durch eine solche Ausführung des Kolbens einer Verdrängermaschine steigt seine Betriebsdauer um mindestens das zweifache, und zwar deshalb, weil der Verschleiss der der Reibung ausgesetzten Aussenfläche des Dichtungsringes dadurch ausgeglichen wird, dass der Dichtungsring von der Mantelfläche des Kopfes beim Festklemmen im Spalt zwischen dem Kopf und dem Zylinder der Verdrängermaschine gespreizt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009] Des weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung einer konkreten Ausführungsvariante und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. I die Gesamtansicht des Kolbens einer Verdrängermaschine (im teilweisen Längsschnitt) bei dem Kolbenhub im Zylinder in der Richtung zum Verdichten des Arbeitsmediums im deckelseitigen Zylinderraum, gemäss der Erfindung;

Fig. 2 dasselbe wie in Fig. I bei dem Kolbenhub im Zylinder in der Richtung zum Einsaugen des Arbeitsmediums in den deckelseitigen Zylinderraum.

Beste Ausführungsvariante der Erfindung

[0010] Der Kolben einer Verdrängermaschine, der am Beispiel des Kolbens eines tragbaren Automobilverdichters beschrieben wird, enthält einen Kopf I (Fig. I), dessen Mantelfläche 2 eine Kegelform mit geradliniger Erzeugender oder mit einer Erzeugenden in Form eines Kreisbogens aufweist. Gemäss der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsvariante der Erfindung hat sie die Form eines Kegelstumpfes. Die Stirnseite 3 des Kopfes I, die den grösseren Durchmesser aufweist, ist mit einer Kolbenstange 4 verbunden, die mit dem Kopf I einstückig hergestellt ist. An der Stirnseite 5 des Kopfes I, die den kleineren Durchmesser aufweist, ist ein Bund 6 mit zwei diametral verlaufenden Nuten 7 ausgeführt.

[0011] Am Kopf I ist ein elastischer Dichtungsring 8, beispielsweise aus Fluorkunststoff, aufgesetzt.

[0012] Der Dichtungsring 8 besitzt eine konvexe Aussenfläche 9 zur Berührung eines Zylinders 10 des Verdichters. Die Innenfläche II des Dichtungsringes 8 ist auch konvex ausgebildet. Der Dichtungsring 8 weist im Schnitt eine Keilform auf, die sich nach ihrer Stirnseite 12 verjüngt, und ist so angeordnet, dass diese Stirnseite 12 der den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite 3 des Kopfes I zugekehrt ist. Zur Erhöhung der elastischen Eigenschaften ist es zweckmässig, den Dichtungsring 8 als Schlitzring mit einer abgestuften Trennlinie 13 herzustellen.

[0013] Der Neigung swinkel α der kegelförmigen Mantelfläche 2 des Kopfes I zu seiner Achse "0" ist grösser als der Reibungswinkel des Werkstoffs des Dichtungsringes 8, damit der letztere nicht im Spalt zwischen dem Zylinder 10 des Verdichters und dem Kopf I des Kolbens festläuft.

[0014] Dabei muss der Neigungswinkel α einen solchen Betrag haben, bei welchem der Dichtungsring 8 von der Mantelfläche 2 des Kopfes I an den Zylinder 10 dicht angedrückt wird, und üblicherweise überschreitet er 6° nicht. In der gegebenen Ausführungsvariante der Erfindung ist er gleich ~ 15°. Einen Neigungswinkel von über 30° auszuwählen ist nicht zweckmässig.

[0015] Während des Kolbenhubes in der in Fig. I mit dem Pfeil A angedeuteten Richtung, bei dem das Arbeitsmedium, insbesondere Luft, im deckelseitigen Zylinderraum "P" verdichtet wird, berührt der Dichtungsring 8 mit seiner Innenfläche II die Mantelfläche 2 des Kopfes I seitlich der Stirnseite 3. Das heisst, die Mantelfläche 2 des Kopfes I dient als 3ewegungsbegrenzer für den Dichtungsring 8. Als zweiter Bewegungsbegrenzer für den Dichtungsring 8 dient der Bund 6, gegen den sich der Dichtungsring 8 stemmt, wenn der Kolben einen Hub in der Richtung zum Einsaugen der Luft in den deckelseitigen Zylinderraum "P" ausführt. Dabei besteht zwischen der Innenfläche II des Dichtungsringes 8 und der Mantelfläche 2 des Kopfes I ein Spalt I4 (Fig. 2), der den kurbelseitigen Zylinderraum "S" mit dem deckelseitigen Zylinderraum "P" verbindet.

[0016] Der erfindungsgemässe Kolben einer Verdrängermaschine arbeitet wie folgt.

[0017] Während des Betriebes des Verdichters erfolgt beim Hin_- und Hergang des Kolbens im Zylinder 10 abwechselnd das Einsaugen des Arbeitsmediums, insbesondere der Luft, in den deckelseitigen Zylinderraum "p" und das Verdichten des Arbeitsmediums in diesem Raum mit nachfolgendem Fördern der verdichteten Luft an den Verbraucher.

[0018] Beim Einsaugen der Luft in den deckelseitigen Zylinderraum "P", wenn sich der Kolben zum unteren Totpunkt hin gewegt, d.h. bei dem Vorwärtshub des Kolbens in der Richtung, die in Fig. 2 mit dem Pfeil B angedeutet ist, stemmt sich der Dichtungsring 8 mit der einen Stirnseite gegen den Bund 6 und berührt mit seiner Aussenfläche 9 den Zylinder 10 des Verdichters. Dabei strömt die Luft aus dem kurbelseitigen Zylinderraum "S" über den ringförmigen Spalt I4 und die Nuten 7 in den deckelseitigen Zylinderraum "P''. Die konvexe Innenfläche II des Dichtungsringes 8 ergibt den grösstmöglichen Flächeninhalt des Durchgangsschnittes des Spaltes 14 zum Durchgang der Luft.

[0019] Beim Umkehren des Kolbenhubes, d.h. im Anfangsmoment des Rückhubes des Kolbens zum oberen Totpunkt in der Richtung, die in Fig. I mit dem Pfeil A angedeutet ist, bewegt sich der Kopf I relativ zum Dichtungsring 8 so weit, bis dieser letztere mit seiner Innenfläche II den Teil der Mantelfläche 2 des Kopfes I, der sich seitlich der Stirnseite 3 befindet, berührt. Dann beginnt der Dichtungsring 8 sich gemeinsam mit dem Kopf I zu bewegen. Dabei überdeckt er völlig den Spalt zwischen dem Kopf I und dem Zylinder 10, und im deckelseitigen Zylinderraum "P" erfolgt die Luftverdichtung bis auf den erforderlichen Druck mit nachfolgendem Fördern der verdichteten Luft an den Verbraucher.

[0020] Im Anfangsmoment des Vorwärtshubes des Kolbens bewegt sich der Kopf I relativ zum Dichtungsring 8 so weit, bis sein Bund 6 mit dem Dichtungsring 8 in Berührung tritt. Dann beginnt sich der Dichtungsring 8 gemeinsam mit dem Kopf I zu bewegen, und der Vorgang des Einsaugens der Luft in den deckelseitigen Zylinderraum "P" wiederholt sich.

[0021] Mit dem Abnutzen des Dichtungsringes 8 spreizt die Mantelfläche 2 des Kopfes I beim Festklemmen des Dichtungsringes 8 im Spalt zwischen dem Kopf I und dem Zylinder 10 diesen Ring 8 aus und drückt ihn an den Zylinder 10 dicht an. Dabei schliesst die abgestufte Form der Trennlinie 13 die Möglichkeit einer axialen Verschiebung des Dichtungsringes 8 längs der Trennlinie 13 aus.

[0022] Die Keilform des Schnittes des Dichtungsringes 8 erhöht sein Dichtungsvermögen, während die kegelige Form des Kopfes I die Aufrechterhaltung der erforderlichen Charakteristiken des Verdichters bei dessen längerem Betrieb ermöglicht.

Gewerbliche Anwendbarkeit

[0023] Der erfindungsgemässe Kolben einer Verdrängermaschine eignet sich für beliebige Hubkolbenverdichter und Kolbenpumpen, beispielsweise für tragbare Automobilverdichter.

Ansprüche

I. Kolben einer Verdrängermaschine, enthaltend einen mit einer Kolbenstange (4) verbundenen Kopf (I) und einen elastischen Dichtungsring (8) mit konvexer Aussenfläche (9) zur Berührung eines Zylinders (10) der Verdrängermaschine, wobei der nichtungsring (8) längs der Achse des Kopfes (I) zwischen an diesem ausgeführten Bewegungsbegrenzern für den Dichtungsring (8) bewegbar angeordnet ist, deren einer als Bund (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (2) des Kopfes (I) kegelförmiggestaltet ist, der Bund (6) an dessen den kleineren Durchmesser aufweisender Stirnseite (5) ausgebildet ist, die Kolbenstange (4) mit einer den grösseren Durchmesser'aufweisenden Stirnseite (3) verbunden ist und als zweiter Bewegungsbegrenzer für den Dichtungsring (8) ein Teil der Mantelfläche (2) des Kopfes (I) dient, der seitlich der den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite (3) liegt.

2. Kolben einer Verdrängermaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der kegelförmigen Mantelfläche (2) des Kopfes (I) zu seiner Achse grösser als der Reibungswinkel des Dichtungsringes (8) ist.

3. Kolben einer Verdrängermaschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (8) im Schnitt eine Keilform aufweist, die sich nach ihrer Stirnseite (12) hin verjüngt, die der den grösseren Durchmesser aufweisenden Stirnseite (3) des Kopfes (I) zugekehrt ist.

Zeichnung