DE19815989A1

DE19815989A1 - Piston-cylinder assembly e.g. for an ic engine

Info

Publication number: DE19815989A1
Application number: DE1998115989
Authority: DE
Inventors: Werner Jahn
Original assignee: Uti Holding and Management AG
Current assignee: Uti Holding and Management AG
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-21

Abstract

A piston/cylinder assembly has spaced-apart, annular, peripheral piston slide sections (9, 10) releasable by two piston parts (7, 8) which extend through the central slide section openings. A piston/cylinder assembly has spaced-apart, annular, peripheral piston slide sections (9, 10) which are axially fixed on the piston for seating against the cylinder guide face and which are releasable by two piston parts (7, 8), one or each of which extends through a central slide section opening. Preferred Features: The slide sections consist of graphite with a bending strength of more than 120 N/mm<2>, especially meso-phase graphite. One of the materials of the slide section/guide face pair comprises polycrystalline diamond, hydrogenated amorphous carbons, tetragonal coordinated carbon or metal-containing hydrogenated carbon, while the other material comprises meso-phase graphite or ultra-fine grained graphite. The piston parts consist of titanium, austenitic steel, Invar (RTM), aluminum, SiC and/or Si3N4.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 umfassend einen Kolben, an dem ein Pleuel anlenkbar ist, und einen Zylinder, entlang dessen als Kolbenführungsfläche ausgebildeter innerer Bohrung ein Gleitabschnitt eines Kolbens axial verlagerbar ist.The invention relates to a piston-cylinder arrangement according to the Preamble of claim 1 comprising a piston on which a connecting rod is articulated, and a cylinder, along which as a piston guide surface trained inner bore a sliding portion of a piston axially displaceable is.

DE-AS 29 12 786 zeigt einen Kolben für Brennkraftmaschinen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens, der aus durch Pyrolyse hergestellten Kohlenstoff gebildet ist. Der Kohlenstoff wird zur Erlangung einer ausreichenden Stabilität von einer Vielzahl von Kohlenstoffasern durchsetzt, die auf diese Weise eine Matrix für die Gesamtheit des Kolbens bilden. Die Herstellung des bekannten Kolbens durch Pyrolyse ist aufwendig, denn Schrumpfungsprozesse bei der Herstellung müssen bei der Dimensionierung der Rohkolben (Rohling) Berücksichtigung finden. Ferner sind die für die Stabilität und Festigkeit unverzichtbaren Kohlenstoffasern derart in komplizierter Weise zu verlegen, daß Durchbrechungen wie Bohrungen und dergleichen, die durch nachfolgende spanende Fertigung in den Kolben vorgesehen sind, die Kohlenstoffasermatrix nicht verletzen, da dies eine dramatische Einbuße an Festigkeit bedeutet. Der bekannte Kolben ist auf der verbrennungsseitigen Stirnseite mit einer Schutzschicht aus Siliziumcarbid versehen, die durch Plasma auftrag in aufwendiger Weise gefertigt werden muß. Diese Werkstoffpaarung ist fertigungstechnisch problematisch und insbesondere im Hinblick auf die Lauffläche des Zylinders aufgrund der Härteunterschiede von SiC und Kohlenstoff unzweckmäßig, da der Kolben Gleitoberflächen unterschiedlicher Härte aufweist, wodurch ein unerwünschter Verschleiß in den Gleitflächen erzeugt wird. Der in dem Kolben zum Anlenken eines Pleuels angeordneter Kolbenbolzen ist ebenfalls aus Kohlenstoff ausgebildet, wobei dieser Werkstoff für die bei der Anlenkung von Pleuelen auftretenden Zugbelastungen - anders als bei Druckbelastungen - nur gering belastbar ist. Ferner ist eine aufwendige Fertigung des Kolbenbolzens durch Pyrolyse erforderlich, um Spiel in der entsprechenden Querbohrung des Kolbens zu unterbinden, da eine Spielbehaftung des Kolbenbolzens zu einer unerwünschten Berührung von Lauffläche des Zylinders und Kolbenbolzen führen kann. Die Fertigung von Sacklochbohrungen für den Kolbenbolzen ist aber technisch aufwendig und ermöglicht nicht ohne weiteres das Einsetzen und örtliche Fixieren von Kolbenbolzen.DE-AS 29 12 786 shows a piston for internal combustion engines as well a method of manufacturing such a flask, which is made by pyrolysis produced carbon is formed. The carbon is used to obtain one sufficient stability permeated by a variety of carbon fibers that in this way form a matrix for the whole of the piston. The Production of the known piston by pyrolysis is complex, because Shrinkage processes in manufacturing need to be done when dimensioning the Find the raw piston (blank). Furthermore, those for stability and Strength indispensable carbon fibers in such a complicated way misplacing breakthroughs such as holes and the like through subsequent machining in the pistons are provided Do not violate the carbon fiber matrix as this will result in a dramatic loss Firmness means. The well-known piston is on the combustion side End face with a protective layer of silicon carbide, which by plasma order must be manufactured in a complex manner. This material pairing is problematic in terms of production technology and in particular with regard to the Tread of the cylinder due to the difference in hardness of SiC and carbon inconvenient because the piston has sliding surfaces of different hardness, which creates undesirable wear in the sliding surfaces. The in the piston arranged to link a connecting rod is also a piston pin made of carbon, this material for the articulation of Connecting rods occurring tensile loads - unlike pressure loads - only is not resilient. Furthermore, there is a complex manufacture of the piston pin required by pyrolysis to match in the corresponding cross hole of the To prevent the piston because the piston pin is subject to play cause undesired contact between the cylinder barrel surface and the piston pin can. The production of blind holes for the piston pin is however technically complex and does not easily allow the insertion and local fixing of piston pins.

DE-OS 30 01 921 zeigt einen Kolben, der dem vorerwähnten bekannten Kolben entspricht und der mit Hilfe einer negativ nachgearbeiteten Form hergestellt wird. Auch dieser Kolben weist eine vollständig zylindrische Außenwand auf, die eine Kolbenbolzenbohrung senkrecht zu der Hauptachse des Kolbens zur Fixierung des Kolbenbolzens aufweist auf und ist im Bereich des Kolbenbodens mit drei Kolbenringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen ausgebildet.DE-OS 30 01 921 shows a piston which the aforementioned known piston corresponds and that with the help of a negative reworked Shape is made. This piston also has a completely cylindrical shape Outer wall on which a piston pin bore perpendicular to the main axis of the Piston for fixing the piston pin has and is in the range of Piston base with three piston ring grooves for receiving piston rings educated.

DE-PS 41 22 090 zeigt einen Graphitkolben für eine Brennkraft maschine aus einem bindemittelfreien Kohlenstoff (Mesophase), dessen Kolben boden mit einer Schutzschicht aus Verbrennungsrückständen überzogen ist. Der bekannte Kolben weist mehrere ringartige Rücksprünge auf, derart, daß lediglich schmale Stege umfangsmäßig in Anlage gegen die Führungsfläche eines Zylinders gelangen. Dieser Graphitkolben ist nur für eine geringe Anzahl von Materialien bzw. Beschichtungen der Zylinderinnenseite geeignet. Ferner muß der Kolbenboden bei Anwendungen ohne Verbrennung dennoch auf aufwendige Weise mit einer Schutzschicht überzogen werden. Schließlich beeinträchtigen die schmalen Stege die Kippstabilität des Kolbens im Zylinder.DE-PS 41 22 090 shows a graphite piston for an internal combustion engine machine made of a binder-free carbon (mesophase), whose piston floor is covered with a protective layer of combustion residues. Of the known piston has several ring-like recesses, such that only Narrow webs abut circumferentially against the guide surface of a Cylinder. This graphite piston is only for a small number of Suitable materials and coatings on the inside of the cylinder. Furthermore, the Piston plate for applications without combustion, however, is expensive Way with a protective layer. After all, the affect narrow ridges the tilting stability of the piston in the cylinder.

US-PS 14 67 255 zeigt den Einsatz von Kolben aus amorphem "monolithischem" Kohlenstoffgraphit, dessen Bodenfläche sowie angrenzende Umfangsflächen gegen Oxidation durch elektrolytischen Auftrag einer dünnen Metallschicht abgeschottet sind. Ferner kann der Kohlenstoffgraphit durch Einbringen von geschmolzenem Metall in das poröse Gefüge verfestigt werden. Die Herstellung eines solchen Kolbens ist aufwendig, teuer und nicht geeignet für moderne Hochleistungs-Kolben-Zylinder-Anordnungen. Ferner wird vorge schlagen, den Bereich der Anlenkung des Pleuels am Kolbenbolzen mit einer metallischen Hülse derart zu umgeben, daß die Innenfläche des Kolbens vom Pleuel abgeschirmt ist, nicht jedoch der Kolbenbolzen. Diese Konstruktion erfordert eine aufwendige Schmierung und ist darüber hinaus fertigungstechnisch schwer herstellbar. Außerdem muß zur Anpassung an eine Zylinderlauffläche ein Großteil des Kolbens ausgewechselt werden, um die Anlenkung an das Pleuel für einen anderen Kolbenwerkstoff in Anpassung an die Zylindergleitflächen nutzen zu können.US-PS 14 67 255 shows the use of pistons made of amorphous "monolithic" carbon graphite, its bottom surface and adjacent Circumferential surfaces against oxidation by electrolytic application of a thin one Metal layer are sealed off. Furthermore, the carbon graphite can Introducing molten metal into the porous structure can be solidified. The manufacture of such a piston is complex, expensive and not suitable for modern high-performance piston-cylinder arrangements. It is also featured hit the area of the connecting rod on the piston pin with a to surround metallic sleeve such that the inner surface of the piston from The connecting rod is shielded, but not the piston pin. This construction requires complex lubrication and is also manufacturing technology difficult to manufacture. In addition, to adapt to a cylinder tread Much of the piston must be replaced to the linkage for the connecting rod use a different piston material to match the cylinder sliding surfaces to be able to.

EP-PS 02 58 330 zeigt eine Kolben-Zylinder-Anordnung eines Kolbenmotors mit einem Kolben aus Kohlenstoff, der wenigstens einen Kolbenring aufweist, der radial über die Umfangsfläche des Kolbens vorsteht. Der Kolbenring ist mehrteilig ausgebildet, wobei ein Spreizelement, das sich mit einer Druckfeder gegen die Innenwandlung der Kolbenringnut abstützt, zwei im wesentlichen halbkreisförmige Kolbenhalbringe in Richtung auf die Lauffläche vorspannt. Die Herstellung derartiger Druckfedern ist aufwendig und im Einsatz anfällig für Defekte. Ferner stößt das der Feder abgewandte Ende des Spreizelementes oder aber die gegen dessen konische Fläche stoßende Stirnseite des Kolbenhalbringes gegen die Lauffläche des umgebenden Zylinders bzw. einer Laufbüchse des Zylinders, so daß sich eine punktuelle, durch die axiale Verlagerung des Kolbens zu einer Linie verlängernde mechanische Belastung der Lauffläche ergibt, die zur Rillenbildung und erhöhtem Verschleiß der Lauffläche oder des Kolben rings, letztlich sogar zur Undichtigkeit führt. Des weiteren ist der zum Einsatz vorgeschlagene Kohlenstoff von geringer Festigkeit, weshalb eine Verstärkung mit Kohlenstoffasern oder die Verwendung von Additiven zur Bildung eines modifizierten Kohlenstoffes vorgeschlagen wird. Zwar läßt sich die Festigkeit und die Biegefestigkeit von Kohlenstoff durch das Einbringen von Oxyd-, Carbid-, Nitrit-Keramik-Einlagerungen gemäß der bekannten Korrelation von Gefüge und Feldeigenschaften erhöhen, jedoch setzt dies fertigungstechnisch aufwendige Dotierungsvorgänge voraus, die noch nicht vollständig beherrscht werden und daher bei Formteilen zu einer inakzeptabel hohen Ausschußquote führen. Auch im Hinblick auf die Unterdrückung von unerwünschten Reaktionen, z. B. die Bildung von Eutektika bei überraschender Druck- und/oder Temperaturbeanspruchung, sind derartige Werkstoffe aus mehreren Phasen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, insbesondere im Hinblick auf das Material der Lauffläche des Zylinders, unzweckmäßig. Die unterschiedlichen Härten der zum Einsatz gelangenden Phasen sowie die Beanspruchung durch Biegemomente führen ferner zu einer Reliefbildung der aktiven Oberfläche des Kolbens, insbesondere dann, wenn die Lauffläche des Zylinders nicht die selbe ist wie die Arbeitsfläche des Kolbens. Bei Verbrennungsmotoren ist die Beaufschlagungsfläche des bekannten Kolbens in separater Weise zu vergüten, wodurch die Kosten der Herstellung unvorteilhaft erhöht werden. Schließlich ist die Qualitätsprüfung der bekannten Kolben nur zerstörend möglich, d. h. selbst bei kleinsten Fehlern in sonst nicht beanspruchungsintensiven Zonen des Kolbens wird der gesamte Kolben zerstört.EP-PS 02 58 330 shows a piston-cylinder arrangement of a Piston engine with a piston made of carbon, the at least one piston ring has, which protrudes radially over the circumferential surface of the piston. The piston ring is formed in several parts, with an expansion element, which is with a compression spring supports against the inner wall of the piston ring groove, two essentially semi-circular piston half rings in the direction of the tread. The Manufacture of such compression springs is complex and prone to use Defects. Furthermore, the end of the expansion element facing away from the spring or but the face of the Piston half ring against the tread of the surrounding cylinder or one Liner of the cylinder, so that there is a selective, through the axial Relocation of the piston to a line extending the mechanical load on the Tread results in the formation of grooves and increased wear of the tread or the piston ring, ultimately leading to leakage. Furthermore is the proposed carbon of low strength, which is why a Reinforcement with carbon fibers or the use of additives for formation a modified carbon is proposed. It can be Strength and the bending strength of carbon by introducing oxide, Carbide, nitrite ceramic deposits according to the known correlation of Structure and field properties increase, but this sets manufacturing technology complex doping processes that are not yet fully under control and therefore an unacceptably high reject rate for molded parts to lead. Also in terms of suppressing unwanted reactions, e.g. B. the formation of eutectics with surprising pressure and / or Thermal stress, are such materials from several phases different chemical composition, especially with regard to the material of the tread of the cylinder, inappropriate. The different Hardening of the phases used as well as the stress caused by Bending moments also lead to a relief of the active surface of the Piston, especially if the tread of the cylinder is not the same like the working surface of the piston. For internal combustion engines that is To compensate the action surface of the known piston in a separate manner, which disadvantageously increases the cost of manufacture. Finally is the quality inspection of the known pistons is only possible in a destructive manner, d. H. even at smallest errors in zones of the piston that are otherwise not stress-intensive the entire piston is destroyed.

DE-OS 34 06 479 zeigt einen mehrteiligen Kolben, dessen Bestandteile aus faserverstärktem Kohlenstoff bestehen. Der bekannte Kolben weist einen ersten Kolbenteil auf, der im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und der sich über die gesamte Kolbenlänge erstreckt und umfangsmäßig eine einzige Gleitfläche definiert. Das zweite Kolbenteil ist ein Steckteil, das in das erste Kolbenteil eingefügt wird, wobei die beiden Kolbenteile zur Bildung eines Formschlusses ausgebildet sind und durch eine konzentrische Kolbenbolzen bohrung, durch die ein Kolbenbolzen einsteckbar ist, gegenseitig gehalten werden. Wegen der großen Gleitfläche sind die Kräfte für den Kolben hoch und die Verschleißanfälligkeit des bekannten Kolbens bedeutend.DE-OS 34 06 479 shows a multi-part piston, the Components consist of fiber-reinforced carbon. The well-known piston has a first piston part which is essentially hollow cylindrical is and which extends over the entire length of the piston and circumferentially one only sliding surface defined. The second piston part is a plug-in part, which in the first piston part is inserted, the two piston parts to form a Form-locking are formed and by a concentric piston pin bore, through which a piston pin can be inserted, held against each other become. Because of the large sliding surface, the forces for the piston are high and the wear sensitivity of the known piston significant.

Bei den in der Praxis eingesetzten Kolben-Zylinder-Anordnungen mit einer Graphitkomponente, insbesondere Elektrographit, bei denen auf Schmierstoffe verzichtet wird, wird die sogenannte Selbstschmierung im wesentlichen damit "erkauft", daß der Graphit aufgrund seiner sogenannten intrinsischen Schmierungseigenschaften schnell verschleißt. Dies wird durch ungeeignete Kolbenführungsflächen und Oberflächenbehandlungen, z. B. wenn der Graphit durch Verbrennungsrückstände überzogen wird, die aufgrund des Verschleißes immer wieder aufbrechen, noch verstärkt. Besonders ungünstig sind z. B. Zylinder aus Materialien, in denen Kohlenstoff unterstöchiometrisch gelöst ist, also auch für die im Kraftfahrzeugbau typischerweise verwendeten Zylinder aus Stahl.With the piston-cylinder arrangements used in practice with a graphite component, in particular electrographite, in which If lubricants are dispensed with, the so-called self-lubrication in the essentially "bought" that the graphite due to its so-called intrinsic lubrication properties wear out quickly. This is through unsuitable piston guide surfaces and surface treatments, e.g. B. if the graphite is coated by combustion residues, which due to the Break up wear and tear again and again, intensified. Are particularly unfavorable e.g. B. cylinders made of materials in which carbon is dissolved stoichiometrically, thus also for the cylinders typically used in motor vehicle construction Steel.

Ein weiterer Nachteil des Einsatzes konventioneller Graphitsorten besteht darin, daß die Bereitstellung des Graphits aufwendig ist. So müssen die Rohlinge für längere Zeitdauer auf Temperaturen von ca. 2000°C gehalten werden. Die Endbearbeitung erfordert eine spanabhebende Bearbeitung quasi aller Flächen, mit der Folge hoher Materialverluste durch den Abtrag sowie der beschränkten Anzahl zur Verfügung stehender Gestalten, die mit dem Material Graphit spanabhebend technisch und wirtschaftlich gefertigt werden können.Another disadvantage of using conventional graphite grades is that the provision of the graphite is complex. So they have to Blanks kept at temperatures of approx. 2000 ° C for a longer period of time become. Finishing requires machining, so to speak of all areas, with the consequence of high material losses due to the removal as well as the limited number of available shapes with the material Graphite can be machined technically and economically.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kolben-Zylinder-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die kostengünstig in der Fertigung ist und die einen leichtgängigen und fluiddichten Kolbenhub ermöglicht.It is the object of the invention to provide a piston-cylinder arrangement according to the preamble of claim 1, which is inexpensive in the Manufacturing is and which enables a smooth and fluid-tight piston stroke.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß wenigstens zwei den Kolben radial begrenzende, zylindrisch und umlaufende Gleitabschnitte zur Abstützung gegen die Führungsfläche des Zylinders im gegenseitigen axialen Abstand zueinander vorgesehen sind, daß die wenigstens zwei Gleitabschnitte einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisen, und daß die wenigstens zwei Gleitabschnitte lösbar durch zwei Teile des Kolbens, von denen wenigstens eines einen zentralen Durchbruch der Gleitabschnitte durchsetzt, auf dem Kolben axial fixiert sind. Vorzugsweise erfolgt ferner zugleich eine radiale Fixierung.This object is achieved with the characteristic Features of claim 1 solved in that at least two the piston radial, cylindrical and circumferential sliding sections for support against the guide surface of the cylinder at a mutual axial distance to each other are provided that the at least two sliding sections one have circular cylindrical cross section, and that the at least two Sliding sections releasably through two parts of the piston, of which at least one penetrates a central opening of the sliding sections, axially on the piston are fixed. Preferably, radial fixation also takes place at the same time.

Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung schafft einen Kolben, der sich mit seinen Gleitabschnitten, die vorzugsweise als geschlossene Ringe ausgebildet sind, gegen die Führungsfläche des Zylinders abstützt. Die beiden Ringbereiche sind im Abstand zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Ringbereichen vorzugsweise wenigstens die Hälfte der axialen Erstreckung des schmaleren der beiden Ringabschnitte ausmacht und vorteil hafterweise das doppelte des in axialer Erstreckung größeren der beiden Ringe ausmacht. Die beiden ringförmigen Gleitabschnitte verhindern ein Verkanten des Kolbens in der Führungsfläche des Zylinders, wodurch die Leichtläufigkeit der Kolben-Zylinder-Anordnung verbessert und die Geräuschentwicklung beim Laufen herabgedämpft wird. Zugleich erfolgt eine günstige Abdichtung des Zylinders gegen den Kolben.The piston-cylinder arrangement according to the invention creates one Piston, with its sliding sections, which are preferably closed Rings are formed, supported against the guide surface of the cylinder. The two ring areas are spaced from each other, the distance preferably at least half of the axial between the ring areas Extent of the narrower of the two ring sections makes up and is advantageous fortunately double the larger of the two rings in axial extension matters. The two annular sliding sections prevent tilting of the Piston in the guide surface of the cylinder, which makes the smoothness of the Piston-cylinder arrangement improved and noise when running is dampened. At the same time there is a favorable sealing of the cylinder against the piston.

Die beiden Gleitabschnitte können wahlweise einstückig miteinander verbunden sein, indem der Abstand zwischen den Gleitabschnitten durch einen Einstich in der Umfangswand des Rings oder einer Einschnürung bei Urformen der Formgebung vorgesehen wird.The two sliding sections can optionally be in one piece with one another be connected by the distance between the sliding sections by a Puncture in the circumferential wall of the ring or a constriction in original forms the design is provided.

Es ist alternativ möglich, daß die Gleitabschnitte an jeweils zwei verschiedenen Ringen vorgesehen sind, die den selben Außendurchmesser aufweisen und die durch ein separates oder in der axialen Fortsetzung wenigstens des einen Ringes angeordnetes Abstandsstück in einem vorbestimmten Abstand gegenseitig gehalten sind. Es ist möglich, die Ringe auch geschlitzt oder auch mehrteilig, z. B. aus zwei oder drei Ringsegmenten, die im Zusammenbau den Ring bilden, auszubilden, wobei die Kolbenteile auch diese Ringteile durch axiales Einspannen fixieren, so daß der Einbau in einen Zylinder ohne Probleme ermöglicht ist.It is alternatively possible that the sliding sections on two Different rings are provided that have the same outer diameter have and by a separate or in the axial continuation at least the spacer arranged one ring at a predetermined distance are held mutually. It is possible to slit the rings too or too multi-part, e.g. B. from two or three ring segments, which in the assembly Form a ring, the piston parts also these ring parts by axial Fix it so that it can be installed in a cylinder without any problems is possible.

Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Material der die Gleitabschnitte definierenden Ringe um ein Material hoher Biegefestigkeit, beispielsweise von mehr als 95 N/mm² und insbesondere von mehr als 120 N/mm², am besten sogar von mehr als 140 N/mm², die ferner in hoher Ober flächengenauigkeit, beispielsweise durch Außenrundschleifen, auf das zugehörige Zylindermaß gefertigt worden sind. Es versteht sich, daß das Abstandsstück kostengünstigerweise bei weitem nicht mit der selben Maßhaltigkeit und Oberflächengüte gefertigt werden muß, weshalb vorteilhafterweise ein von den Ringen verschiedenes Stück mit einem geringerem Außendurchmesser vorgesehen ist. Dieses Abstandsstück kann für eine modulare Kolbenfertigung stets aus dem selben Material hergestellt sein, während die die Gleitabschnitte aufweisenden Ringe aus einem in Anpassung an die Führungsfläche des Zylinders bzw. dessen Material ausgewählten Werkstoff vorgesehen werden. Hierdurch ist der Kolben wesentlich vielseitiger einsetzbar als ein einstückig hergestellter Kolben.The material of the rings defining the sliding sections is expediently a material of high flexural strength, for example of more than 95 N / mm ² and in particular of more than 120 N / mm ² , ideally even of more than 140 N / mm ² , which have also been manufactured with high surface accuracy, for example by external cylindrical grinding, to the associated cylinder dimension. It is understood that the spacer need not be manufactured cost-effectively with the same dimensional accuracy and surface quality, which is why a piece with a smaller outside diameter that is different from the rings is advantageously provided. This spacer can always be made of the same material for a modular piston production, while the rings having the sliding sections are provided from a material selected to match the guide surface of the cylinder or its material. This makes the piston much more versatile than a one-piece piston.

Die beiden die Gleitabschnitte aufweisenden Ringe und das Abstandsstück weisen vorzugsweise denselben Innendurchmesser auf, so daß sie aufeinander gesteckt auf einen Schaft mit dem entsprechenden Außendurchmesser axial verschieblich montierbar sind. Vorzugsweise liegen die die Gleitabschnitte aufweisenden Ringe im wesentlichen im Bereich der axialen Enden des Kolbens, wodurch eine gute Führung des Kolbens im Zylinder erreicht wird.The two rings with the sliding sections and the Spacer preferably have the same inner diameter, so that put them on top of each other on a shaft with the corresponding one Outside diameter are axially displaceable. Preferably, the the rings having sliding sections essentially in the region of the axial Ends of the piston, which ensures good guidance of the piston in the cylinder becomes.

Der Ringdurchbruch der Gleitabschnitte wird von wenigstens einem Kolbenteil in wenigstens einem Bereich der axialen Erstreckung durchsetzt, wobei dieses Kolbenteil ferner einen Aufnahmeraum für einen Kolbenbolzen aufweist sowie einen Schwenkraum für ein um den Kolbenbolzen angelenktes Pleuel. Das zweite Kolbenteil, das mit dem ersten Kolbenteil verbindbar ist, stellt eine stirnseitige Begrenzung des Kolbens dar. Vorzugsweise ist die Verbindung lösbar, beispielsweise in der Art eines Bajonettverschlusses oder einer Verschraubung. Hierdurch ist die Kolben-Zylinder-Anordnung besonders reparaturfreundlich indem das Auswechseln von Gleitabschnitten ermöglicht ist. Für die Serien fertigung werden die Kolbenteile vorzugsweise durch Stecken oder mittels Preß passung verbunden, so daß schnelle Fertigungszeiten erzielt werden.The ring opening of the sliding sections is by at least one Piston part penetrates in at least one area of the axial extent, wherein this piston part also has a receiving space for a piston pin and a swivel space for a connecting rod articulated around the piston pin. The second piston part, which is connectable to the first piston part, provides one frontal limitation of the piston. The connection is preferably detachable, for example in the manner of a bayonet lock or a screw connection. This makes the piston-cylinder arrangement particularly easy to repair by making it possible to replace sliding sections. For the series Manufacturing the piston parts are preferably by plugging or by pressing fit connected so that fast manufacturing times are achieved.

Eine besonders leistungsfähige Kolben-Zylinder-Anordnung wird dadurch erzielt, daß das eine Material der Paarung Gleitabschnitt-Führungsfläche aus der Gruppe, umfassend polykristalliner Diamant, amorpher Kohlenwasser stoff, tetragonal koordinierter Kohlenstoff und metallhaltiger Kohlenwasserstoff, ausgewählt ist, und daß das andere Material der Paarung aus mesophasigem Graphit oder aus Ultrafeinkorn Graphit ausgebildet ist. Ultrafeinkorngraphit wird beispielsweise von der Firma POCO im Markst geliefert. Diese Paarung ist von äußerst günstiger tribologischer Leistungsfähigkeit, und ermöglicht einen trockenen, als schmiermittelzugabefreien, Betrieb der Kolben-Zylinder-Anordnung, der spätestens nach einer Einlaufzeit im Zylinder auch - bei entsprechendem tribologischem Belastungskollektiv - keinerlei Verschleiß des Graphits zeigt. Die Lebensdauer dieser Anordnung ist somit quasi unendlich, so daß sich ihr Einsatz an später nicht mehr ohne weiteres zugänglichen Orten, z. B. infolge radioaktiver, chemischer oder bakterieller Kontamination, anbietet. Aufgrund der für die Verarbeitung der Materialien zur Verfügung stehenden Verfahren ist es zweckmäßig, die Gleitabschnitte aus mesophasigem Graphit zu formen, vorzugsweise in einem near-net-shape Urformschritt. An diesen Urformschritt schließt sich zweckmäßigerweise ein Schleifschritt an, dem aber vorteil hafterweise nur die Gleitabschnitte unterzogen werden müssen, während die anderen Kolbenpartien, die nicht in Eingriff mit der Kolbenführungsfläche des Zylinders gelangen, bereits fertiggestellt sind. Es ist möglich, diesen Schleifschritt auch in dem Zylinder auszuführen und somit die Härte des Materials der Kolben führungsfläche neben der Abdichtung auch noch zur Oberflächenbearbeitung zu nutzen.A particularly powerful piston-cylinder arrangement is achieved in that the one material of the pair of sliding section-guide surface from the group comprising polycrystalline diamond, amorphous hydrocarbon substance, tetragonally coordinated carbon and metal-containing hydrocarbon, is selected, and that the other material of the pairing is of mesophase Graphite or is formed from ultra-fine grain graphite. Ultra fine grain graphite is for example supplied by POCO in the market. This pairing is from extremely favorable tribological performance, and enables one dry, lubricant-free operation of the piston-cylinder arrangement, which at the latest after a running-in period in the cylinder - with the corresponding tribological load spectrum - no wear of the graphite shows. The The lifespan of this arrangement is thus virtually infinite, so that it can be used at places that are no longer easily accessible later, e.g. B. due to radioactive chemical or bacterial contamination. Because of that Processing of the materials available is the process expedient to form the sliding sections from mesophase graphite, preferably in a near-net-shape primary molding step. At this archetype step expediently follows a grinding step, but this is advantageous only the sliding sections have to be subjected while the other piston parts that are not in engagement with the piston guide surface of the Cylinders arrive, are already completed. It is possible to do this grinding step also run in the cylinder and thus the hardness of the material of the pistons guide surface in addition to the sealing also for surface processing use.

Die Biegebruchfestigkeit des mesophasigen Graphits übersteigt 120 N/mm² und ermöglicht vorteilhaft die Schaffung eines einphasigen Materials. Das Problem des Ausbrechens von Verstärkungsfasern, das im Stand der Technik vor allem bei kurzen Fasern problematisch ist, stellt dann für die Fertigung der Formteile keine konstruktive Restriktion mehr dar.The flexural strength of the mesophase graphite exceeds 120 N / mm ² and advantageously enables the creation of a single-phase material. The problem of the breaking out of reinforcing fibers, which is problematic in the prior art especially with short fibers, then no longer constitutes a constructive restriction for the production of the molded parts.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.Further features and advantages of the invention result from the following description and the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below with reference to the attached drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung, bei der Zylinder und Kolben auseinandergezogen dargestellt sind. Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of an embodiment of a piston-cylinder arrangement according to the invention, in which the cylinder and piston are shown pulled apart.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Kolben aus Fig. 1 aus Richtung des Pfeils II. FIG. 2 shows a top view of the piston from FIG. 1 from the direction of arrow II.

Fig. 3 zeigt den Kolben aus Fig. 1 in explodierter Längsschnitt darstellung. Fig. 3 shows the piston of FIG. 1 in an exploded longitudinal section.

Fig. 4 zeigt eine Längsschnittdarstellung der Kolben-Zylinder-An ordnung aus Fig. 1 in zusammengebautem Zustand mit Kolbenbolzen und Pleuel. Fig. 4 shows a longitudinal sectional view of the piston-cylinder arrangement from Fig. 1 in the assembled state with piston pin and connecting rod.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung der Kolben-Zylinder-An ordnung aus Fig. 4 in entlang der axial versetzten Linie V-V. Fig. 5 shows a cross-sectional view of the piston-cylinder arrangement from Fig. 4 in along the axially offset line VV.

In Fig. 1 sind die Bestandteile einer Kolben-Zylinder-Anordnung 1 im Längsschnitt dargestellt, wobei der Kolben 2 aus dem Inneren des Zylinders 3 zur besseren Illustration getrennt ist. Die Kolben-Zylinder-Anordnung findet in einem Verdichter Verwendung.In Fig. 1, the components of a piston-cylinder assembly 1 are shown in longitudinal section, the piston 2 being separated from the inside of the cylinder 3 for better illustration. The piston-cylinder arrangement is used in a compressor.

Der Zylinder 3 ist ein Hohlzylinder z. B. aus Metall oder einer Keramik, dessen innere Bohrung 4 teilweise oder bevorzugt vollständig eine Kolbenführungsfläche 5 für die axiale Verlagerung des Kolbens 2 bildet. Die Kolbenführungsfläche bzw. der entsprechende Abschnitt des inneren Umfangs der Bohrung 4 des Zylinders wird mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet. Es versteht sich, daß der Abschnitt, der als Führungsfläche 5 ausgebildet ist, im wesentlichen durch den Kolbenhub axial begrenzt ist.The cylinder 3 is a hollow cylinder z. B. made of metal or a ceramic, the inner bore 4 partially or preferably completely forms a piston guide surface 5 for the axial displacement of the piston 2 . The piston guide surface or the corresponding section of the inner circumference of the bore 4 of the cylinder is designated by the reference number 5 . It goes without saying that the section which is designed as a guide surface 5 is essentially axially limited by the piston stroke.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Bohrung 4 des Zylinders 3, wie weiter unten noch ausgeführt, mit einer harten Schicht 6 beschichtet, die die Führungsfläche 5 bildet. Diese Schicht ist wenige Zehntel Millimeter oder gar Mikrometer dick und ist daher nur als Linie angedeutet. Insbesondere harte Materialien kommen als aufgebrachte Schicht 6 in Betracht also Carbide, Oxyde, Nitride sowie Diamantbeschichtungen sowie Verbindungen aus den vorstehend genannten Gruppen. Es ist vorteilhaft möglich, die Schicht aus demselben Material auszuwählen wie das Material des Zylinders 3 und das Härten der Schicht durch Infiltrieren von Fremdatomen, durch Bestrahlung, durch CVD- oder PVD-Verfahren, chemische oder elektrochemische Abscheidung oder durch andere geeignete Verfahren oder Mittel vorzusehen. Hierfür kann es zweckmäßig sein, die Bohrung 4 im Zylinder 3 zunächst sehr genau auf Maß vorzufertigen, beispielsweise durch Läppen oder Hohnen, und anschließend weiterzubearbeiten. Zweckmäßigerweise wird jedoch insbesondere im Falle keramischer Werkstoffe der Rohling für den Zylinder 3 nahe an der Endform gefertigt und unter Abdeckung der nicht zu beschichtenden oder vergütenden Bereiche zur Bildung der Schicht 6 in einem an die Herstellung anschließenden Verfahrensschritt zu Ende gefertigt. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, daß unter Einhaltung höchster Toleranzen, insbesondere hinsichtlich der Bohrung 4, kleine und mittlere Serien von Zylindern 3 hergestellt werden. Das vorstehend skizzierte Verfahren ermöglicht es aber ferner, die Gattung der Schicht 6 in dem separaten Verfahrensschritt auf die spezielle Verwendung, insbesondere auf ein zu förderndes Fluid und dessen chemische Eigenschaften und Reaktivität, abzustimmen, ohne daß hierdurch nennenswerte kostenmäßige Nachteile entstehen. Auch ist eine flexible Anpassung der Materialpaarung an den Kolben 2 gegeben.In the present exemplary embodiment, bore 4 of cylinder 3 , as will be explained further below, is coated with a hard layer 6 , which forms guide surface 5 . This layer is a few tenths of a millimeter or even micrometers thick and is therefore only indicated as a line. In particular, hard materials come into consideration as the applied layer 6 , ie carbides, oxides, nitrides and diamond coatings as well as compounds from the groups mentioned above. It is advantageously possible to select the layer from the same material as the material of the cylinder 3 and to harden the layer by infiltrating foreign atoms, by radiation, by CVD or PVD methods, chemical or electrochemical deposition or by other suitable methods or means . For this purpose, it may be expedient to first prefabricate the bore 4 in the cylinder 3 very precisely to size, for example by lapping or honing, and then to further process it. Expediently, however, in the case of ceramic materials in particular, the blank for the cylinder 3 is manufactured close to the final shape and finished covering the areas not to be coated or tempered to form the layer 6 in a process step subsequent to the production. This advantageously makes it possible for small and medium-sized series of cylinders 3 to be produced while maintaining the highest tolerances, in particular with regard to the bore 4 . However, the method outlined above also makes it possible to adapt the type of layer 6 in the separate method step to the specific use, in particular to a fluid to be conveyed and its chemical properties and reactivity, without this resulting in any significant cost disadvantages. There is also flexible adaptation of the material pairing to the piston 2 .

Der Kolben 2 ist eine mehrteilig aufgebaute modulare Einheit, die insbesondere in Fig. 3 gut zu erkennen ist. Der Kolben 2 umfaßt ein Stirnteil 7 und ein Anschlußteil 8 aus Titan, die respektive den Kolbenboden 7a bzw. die Pleuelseite definieren. Es ist alternativ möglich, anstelle von Titan auch andere geeignete Werkstoffe, insbesondere Aluminium, Stahl oder auch insbesondere Graphit auszuwählen. Ferner umfaßt der Kolben 2 einen proximalen geschlossenen Ring 9 und einen distalen, geschlossenen Ring 10, deren geschlossener zylindrischer Umfang jeweils einen Gleitabschnitt 9a bzw. 10a des Kolbens definiert. Zwischen den beiden Ringen 9 und 10 ist ein ebenfalls ringförmiges Abstandshaltestück 11 mit hohlem zylindrischen Aufbau vorgesehen, dessen proximale und distale Stirnseiten an den proximalen Ring 10 bzw. an den distalen Ring 9 stoßen und dessen Zylinderdurchmesser geringer ist, als der der beiden Ringe 9, 10. Auch das Stirnteil 7 bzw. das Anschlußteil 8 weisen gegenüber den Ringen 9, 10 kleinere Außendurchmesser auf. Somit definieren der distale Gleitabschnitt 9a bzw. der proximale Gleitabschnitt 10a des distalen Rings 9 bzw. des proximalen Rings 10 die sich gegen die Führungsfläche 5 des Zylinders 3 abstützende Mantelfläche des Kolbens 2, wie auch in Fig. 4 besser zu sehen.The piston 2 is a multi-part modular unit, which can be seen particularly well in FIG. 3. The piston 2 comprises an end part 7 and a connecting part 8 made of titanium, which respectively define the piston crown 7 a and the connecting rod side. It is alternatively possible to select other suitable materials, in particular aluminum, steel or in particular graphite, instead of titanium. Furthermore, the piston 2 comprises a proximal closed ring 9 and a distal, closed ring 10 , the closed cylindrical circumference of which defines a sliding section 9 a or 10 a of the piston. Between the two rings 9 and 10 there is also an annular spacer 11 with a hollow cylindrical structure, the proximal and distal end faces of which abut the proximal ring 10 and the distal ring 9 and whose cylinder diameter is smaller than that of the two rings 9 , 10th The end part 7 and the connecting part 8 also have smaller outer diameters than the rings 9 , 10 . The distal sliding section 9 a or the proximal sliding section 10 a of the distal ring 9 or the proximal ring 10 thus define the outer surface of the piston 2 which is supported against the guide surface 5 of the cylinder 3 , as can also be seen better in FIG. 4.

Das Stirnteil 7 weist in seinem Kolbenboden 7a zwei (in Fig. 2 gut dargestellte) Sacklochbohrungen 12 auf, die für den Eingriff eines nicht dargestellten Spannwerkzeugs bestimmt sind. Es ist aber möglich, die Sacklochbohrungen 12 durch andere, für den Eingriff von Spannwerkzeugen geeignete Aussparungen oder Profile zu ersetzen oder ggf. sogar ganz wegzulassen. Auf der dem Kolbenboden 7a angewandten Seite weist das Stirnteil 7 einen hierzu koaxialen angeflanschten Hohlzylinderabschnitt 7b mit ringförmigen Querschnitt auf, dessen Umfangsmantel außenseitig mit einem Außengewinde 7c versehen ist. Die Innenseite des angeflanschten Hohlzylinders ist innenseitig proximal mit einer Phase von 45° ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die Sacklochbohrungen 12 in der Verlängerung der einstückig ausgebildeten Flanschpartie 7b angeordnet, um Drehmomente bei Verschraubungen günstig übertragen zu können. Nahe dem Umfang weist das Stirnteil 7 auf der dem Kolbenboden 7a abgewandten Seite der Scheibe eine zur Scheibe konzentrische Ringnut 13 auf, die zur Aufnahme eines nicht dargestellten Dichtrings geeignet ist. Das als Kolbendeckel funktionierende Stirnteil 7 ist ein einstückiges Teil aus Titan. Es ist alternativ möglich, das Stirnteil 7 aus Aluminium oder aus Keramiken zu gestalten, wobei metallische Werkstoffe den Vorzug haben, daß sie eine hohe Zugfestigkeit aufweisen und darüber hinaus die Verzahnung mit bekannten Mitteln leicht herstellbar ist.The front part 7 has in its piston head 7 a two (in Fig. 2 well shown) blind bores 12 which are intended for the engagement of a tightening tool, not shown. However, it is possible to replace the blind holes 12 with other cutouts or profiles suitable for the engagement of clamping tools, or even to omit them entirely. On the piston crown 7 a used page 7, the end portion of a coaxial thereto flanged hollow cylinder portion 7 b on with annular cross section, the peripheral skirt is provided on the outside with an external thread 7 c. The inside of the flanged hollow cylinder is formed on the inside proximally with a phase of 45 °. The blind holes 12 are expediently arranged in the extension of the one-piece flange section 7 b in order to be able to transmit torques in the case of screw connections at low cost. Near the periphery, the end part 7 of the piston head 7 a side facing away from the disk to the disk in a concentric annular groove 13, which is suitable for receiving a sealing ring, not shown. The end part 7 functioning as a piston cover is a one-piece part made of titanium. It is alternatively possible to design the end part 7 from aluminum or from ceramics, metallic materials having the advantage that they have a high tensile strength and, moreover, the toothing can be easily produced using known means.

Aus vorteilhafterweise demselben Material wie das Stirnteil 7 ist das Anschlußteil 8 hergestellt. Das Anschlußteil 8 definiert einen Kolbengrundkörper, das ein auf das Außengewinde 7c des Stirnteils 7 angepaßtes Innengewinde 8c aufweist. Die Gewinde 7c und 8c sind derart geschnitten, daß außerhalb des Gewindepaars 7c, 8c keine Berührungen zwischen den Teilen 7, 8 bestehen, so daß die Gewindepaarung einen formschlüssigen und vorzugsweise auch kraftschlüssigen Verbindungsübergang schafft. In der axialen Verlängerung des Flanschteils 7b bzw. in der axialen Verlängerung des Anschlußstücks 8 werden somit ein axialer Ringspalt 14 bzw. ein Spalt 15 definiert, wobei die axiale Erstreckung des Spalts 15 im wesentlichen dieselbe ist wie die des Spalts 14 (vgl. Fig. 1). Es ist auch möglich, nur einen der beiden Spalte 14, 15 vorzusehen und im übrigen eine Berührung der beiden Teile 8, 9 vorzusehen oder aber sogar beide Spalte 14 und 15 zu eliminieren. Gerade bei metallischen Werkstoffen ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Spalte 14,15 als Ausweichraum für Ausdehnungen des Materials infolge thermischer Ausdehnung oder dergleichen sowie als Spiel für Toleranzen der anderen Teile des Kolbens 3, wie weiter unten noch erläutert werden wird, die zwischen Stirnteil und Anschlußteil 8 eingespannt werden.The connecting part 8 is advantageously made from the same material as the end part 7 . The connecting part 8 defines a piston base body, which has an internal thread 8 c adapted to the external thread 7 c of the end part 7 . The threads 7 c and 8 c are cut such that outside the thread pair 7 c, 8 c there are no contacts between the parts 7 , 8 , so that the thread pair creates a positive and preferably also a non-positive connection transition. In the axial extension of the flange portion 7 b, and in the axial extension of the connecting piece 8 is an axial annular gap 14 and a gap 15 are thus defined, wherein the axial extent of the gap 15 is substantially the same as that of the gap 14 (see Fig. . 1). It is also possible to provide only one of the two gaps 14 , 15 and otherwise provide a contact between the two parts 8 , 9 or even to eliminate both gaps 14 and 15 . Especially with metallic materials, however, it is advantageous if the gaps 14 , 15 as a space for expansion of the material due to thermal expansion or the like and as a clearance for tolerances of the other parts of the piston 3 , as will be explained further below, between the front part and Connection part 8 are clamped.

Das Anschlußteil 8 weist eine zylindrische Grundform auf, deren proximales Ende umfangsmäßig in der Art eines Kragens 16 über den Umfang des Zylinders hinausragt. Die nach vorne weisende Ringfläche 16a des Kragens 16 dient als Anschlag für die proximale Randfläche 10c des proximalen Rings 10, wenn dieser die zylindrische Umfangswand 8d des Anschlußteils 8 übergreift. The connecting part 8 has a cylindrical basic shape, the proximal end of which protrudes circumferentially in the manner of a collar 16 over the circumference of the cylinder. The forward-facing ring surface 16 a of the collar 16 serves as a stop for the proximal edge surface 10 c of the proximal ring 10 when it engages over the cylindrical peripheral wall 8 d of the connecting part 8 .

Das Anschlußteil 8 ist hohlzylindrisch aufgebaut, wobei die zentrale mit dem gesamten Teil koaxiale Bohrung 8d in der Mitte von zwei Fortsatzstücken 17a, 17b durchsetzt wird, wobei die einander zugekehrten Oberflächen 18a, 18b der Fortsatzstücke 17a, 17b zueinander im wesentlichen parallel verlaufen. Die Fortsatzstücke 17a, 17b werden von einer quer zur Hauptachse des Anschlußteils 8 verlaufenden Zylinderbohrung derart durchsetzt, daß die Oberflächen 18a, 18b der Fortsatzstücke 17a, 17b im wesentlichen mittig normal zu deren Oberflächen 18a, 18b durchstoßen sind. Die aus den Fortsatzstücken 17a, 17b und dem Anschlußteil 8 herausgeschnittene Bohrung 19, deren Achse 19a strichpunktiert dargestellt ist, bildet eine Aufnahme für einen zylindrischen Kolbenbolzen 20, der in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist.The connecting part 8 is constructed as a hollow cylinder, with the central bore 8 d coaxial with the entire part being penetrated in the middle by two extension pieces 17 a, 17 b, the mutually facing surfaces 18 a, 18 b of the extension pieces 17 a, 17 b to one another run essentially parallel. The extension pieces 17 a, 17 b are penetrated by a cylinder bore running transversely to the main axis of the connecting part 8 in such a way that the surfaces 18 a, 18 b of the extension pieces 17 a, 17 b are penetrated essentially in the center normal to their surfaces 18 a, 18 b . The cut out of the extension pieces 17 a, 17 b and the connecting part 8 bore 19 , the axis 19 a is shown in phantom, forms a receptacle for a cylindrical piston pin 20 , which is shown in FIGS. 4 and 5.

Beiderseits der Bohrung 19 sind umlaufende Einstiche 21a-21d jeweils paarweise in der Schaftverlängerung 8a des Anschlußteils 8 vorgesehen. Die Einstiche 21a bis 21d dienen zur Aufnahme von Dichtungen, vorzugsweise aus einem Elastomerwerkstoff, die aufgrund ihrer Vorspannung eine bessere Zentrierung der auf den Schaft 8a sitzenden Ringteile zulassen. Es ist aber auch möglich, die Einstiche 21a bis 21d ganz oder teilweise fortzulassen. Hierdurch wird die Fertigung des Anschlußteils 8 vereinfacht. Wenn alternativ geschlitzte oder mehrteilige Ringe vorgesehen werden, sorgt diese Vorspannung für eine gleichmäßige Anlage an den Zylinder 3. In diesem Fall sind die die Schlitze be grenzenden Ringwandungen möglichst lang und unter Ausbildung entsprechender labyrinthartiger Abwinkelungen ausgebildet, um die Abdichtung des Kolbenraums nicht zu beeinträchtigen. Die Vorspannung der Dichtung bewirkt ein kontinuierliches Nachstellen der Ringbestandteile.On both sides of the bore 19 circumferential grooves 21 a- 21 d are in pairs in the extension shaft 8 a of the connecting part 8 is provided. The punctures 21 a to 21 d serve to accommodate seals, preferably made of an elastomer material, which, because of their pretension, permit better centering of the ring parts seated on the shaft 8 a. However, it is also possible to omit the punctures 21 a to 21 d in whole or in part. This simplifies the manufacture of the connecting part 8 . If alternatively slotted or multi-part rings are provided, this preload ensures an even contact with the cylinder 3 . In this case, the ring walls bordering the slots are designed to be as long as possible and with the formation of corresponding labyrinth-like bends so as not to impair the sealing of the piston chamber. The prestressing of the seal causes the ring components to be readjusted continuously.

Zur Herstellung des Kolbens wird das Stirnteil 7 mit dem Anschlußteil 8 verschraubt und der proximale Ring 10, das Abstandsstück 11 und der distale Ring 9 in der genannten Reihenfolge über den Schaftabschnitt 8a übergeworfen. Durch die Verschraubung mittels der Gewinde 7c, 8c werden die genannten Teile 7 bis 11 axial verspannt, wobei der Schaftabschnitt 8a des Anschlußteils 8 mit den Innenbohrungen 10b, 11b, 9b der Ringe 10, 11, 9 im wesentlichen spielfrei in Verbindung steht, so daß die fünf Bestandteile des Kolbens 3 koaxial ausgefluchtet sind mit Bezug auf die Kolbenachse 3a. To produce the piston, the front part 7 is screwed to the connecting part 8 and the proximal ring 10 , the spacer 11 and the distal ring 9 are thrown over the shaft section 8 a in the order mentioned. By screwing by means of the thread 7 c, 8 c, the parts 7 to 11 mentioned are axially clamped, the shaft section 8 a of the connecting part 8 with the inner bores 10 b, 11 b, 9 b of the rings 10 , 11 , 9 essentially free of play is in communication so that the five components of the piston 3 are aligned coaxially with respect to the piston axis 3 a.

Die äußere Umfangswand 11a des Abstandstücks 11 springt gegenüber den Mantelumfangsflächen der Ringe 9, 10, die als distaler Gleitabschnitt 9a und als proximaler Gleitabschnitt 10a ausgebildet sind, etwas zurück, so daß es bei der Berührung mit der Führungsfläche 5 des Zylinders 3 selbst bei thermisch induzierter Ausdehnung nicht zur Berührung kommt. Dadurch wird zum einen die wirksame Fläche der Gleitabschnitte zwecks Reduzierung von Reibung gering gehalten, zum anderen jedoch aufgrund der beabstandeten Ausbildung der beiden Gleitabschnitte 9a, 10a eine erhöhte Kippstabilität und Führungsgenauigkeit herbeigeführt. Vorzugsweise ist die axiale Erstreckung des Abstandsstücks 11 etwa doppelt so groß wie die des größeren der beiden Ringe 9, 10.The outer peripheral wall 11 a of the spacer 11 jumps against the outer circumferential surfaces of the rings 9 , 10 , which are designed as a distal sliding portion 9 a and a proximal sliding portion 10 a, so that it is in contact with the guide surface 5 of the cylinder 3 itself does not come into contact with thermally induced expansion. As a result, on the one hand the effective area of the sliding sections is kept small in order to reduce friction, on the other hand due to the spaced design of the two sliding sections 9 a, 10 a an increased tilting stability and guiding accuracy is brought about. The axial extension of the spacer 11 is preferably approximately twice as large as that of the larger of the two rings 9 , 10 .

Es ist alternativ zu der dreiteiligen Konstruktion mit Ring 9 und 10 sowie mit Abstandsstück 11 möglich, diese drei Teile einstückig auszubilden wobei entweder das Material des einstückigen Teils das Ringmaterial bzw. das Material der Gleitabschnitte ist, oder aber indem im Bereich der Gleitabschnitte auf das einstückige Teil entsprechende Beschichtungen vorgenommen werden. Der besondere Vorteil der separaten Ausgestaltung des Abstandstück 11 ist ein doppelter: Zum einen kann durch die geeignete Materialauswahl des Abstands stückes 11 in Anpassung an die thermische Ausdehnung und die Dimensionen der Ringe 9, 10 einerseits und von Stirnteil 7, Anschlußteil 8, andererseits ein besonders vorteilhaftes Korrektiv bei thermischer Beanspruchung geschaffen sein, das es ermöglicht, thermisch induzierte Spannungen herabzusetzen. Zum anderen faßt das Abstandsstück 11 - wie in Fig. 5 besonders gut auf der linken Seite zu sehen - den Kolbenbolzen 20 an maximal zwei genau Punkten ein wodurch der Kolbenbolzen 20 nicht nur in seinem Umfang durch die Bohrung 19, sondern auch in seiner axialen Erstreckung innerhalb der Begrenzung durch das Abstandsstück 11 schwimmend eingefaßt ist. Der Kolbenbolzen 20 besteht beispielsweise aus Stahl und ist vorteilhafterweise hohlgebohrt. Ein an den Kolbenbolzen 20 angelenktes Pleuel 22 wird vermittels einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Nadellager bzw. -büchse 23, Gleitlager oder Kugellager fixiert und dementsprechend ist der Hubweg des Kolbens 3 im Zylinder 2 äußerst präzise. Das Pleuel 22 ist in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt. As an alternative to the three-part construction with rings 9 and 10 and with spacer 11 , it is possible to form these three parts in one piece, either the material of the one-piece part being the ring material or the material of the sliding sections, or in the area of the sliding sections on the one-piece piece Partly appropriate coatings are made. The particular advantage of the separate configuration of the spacer 11 is a double one: on the one hand, by selecting the suitable material for the spacer 11 in adaptation to the thermal expansion and the dimensions of the rings 9 , 10, on the one hand, and of the front part 7 , connecting part 8 , on the other hand, a particular one advantageous corrective under thermal stress can be created, which makes it possible to reduce thermally induced stresses. On the other hand, the spacer 11 - as can be seen particularly well on the left in FIG. 5 - surrounds the piston pin 20 at a maximum of two precise points, whereby the piston pin 20 not only in its circumference through the bore 19 but also in its axial extension is surrounded by the spacer 11 floating. The piston pin 20 is made of steel, for example, and is advantageously hollow-drilled. A connecting rod 22 articulated on the piston pin 20 is fixed by means of a needle bearing or bush 23 , slide bearing or ball bearing, which is not shown in the drawing, and accordingly the stroke of the piston 3 in the cylinder 2 is extremely precise. The connecting rod 22 is shown schematically in FIGS. 4 and 5.

Der Zusammenbau des Kolbens 2 mit angelenktem Pleuel 22 erfolgt nun dadurch, daß zunächst der Kolbenbolzen 20 durch die Bohrung 19 in das Anschlußteil 8 eingesteckt wird, durch dessen Bohrung 8d ein Pleuelende 22 mit dem Pleuelauge eingeführt worden ist. Der Kolbenbolzen 20, der durch das Pleuelauge hindurch reicht, ist vorzugsweise auf Maß oder sogar als Preßpassung ausgebildet, so daß je nach Ausgestaltung der Kolbenbolzen 20 mit dem Pleuelende 22 und/oder mit dem Anschlußstück 8 drehfest verbunden ist. Über das Schaftstück 8a des Anschlußstücks 8 mit angelenktem Pleuel 22 werden sodann zunächst der proximale Ring 10, dann das Abstandsstück 11 und schließlich der distale Ring 9 übergeworfen, wobei das Abstandsstück 11 die Bohrung 19 mit eingeführtem Kolbenbolzen 20 vollständig verschließt. Anschließend wird das Stirnteil 7 in der Art eines Deckels auf das Anschlußteil 8 aufgeschraubt, wobei die Fixierung bzw. die Kraftübertragung auf das Anschlußteil 8 in Drehrichtung z. B. mit Hilfe des Pleuels erfolgen kann und die Fixierung bzw. Kraftübertragung auf das Stirnteil 7 mit einem nicht dargestellten Spannwerkzeug mittels der Sacklochbohrungen 12. Der fertige Kolben 2 kann dann in den Zylinder 3 zur Bildung der erfindungsgemäßen Kolben-Zylin der-Anordnung 1 eingeführt werden.The assembly of the piston 2 with the articulated connecting rod 22 now takes place in that the piston pin 20 is first inserted through the bore 19 into the connecting part 8 , through the bore 8 d of which a connecting rod end 22 with the connecting rod eye has been inserted. The piston pin 20 , which extends through the connecting rod eye, is preferably made to measure or even as a press fit, so that, depending on the design, the piston pin 20 is connected in a rotationally fixed manner to the connecting rod end 22 and / or to the connecting piece 8 . Then the proximal ring 10 , then the spacer 11 and finally the distal ring 9 are then thrown over the shaft piece 8 a of the connecting piece 8 with articulated connecting rod 22 , the spacer 11 completely closing the bore 19 with the inserted piston pin 20 . Then the front part 7 is screwed onto the connecting part 8 in the manner of a cover, the fixing or the power transmission to the connecting part 8 in the direction of rotation, for. B. can be done with the connecting rod and the fixation or power transmission to the front part 7 with a clamping tool, not shown, by means of the blind holes 12th The finished piston 2 can then be inserted into the cylinder 3 to form the piston-cylinder arrangement 1 according to the invention.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anord nung 1 besteht darin, daß der modular aufgebaute Kolben 2 auf einfachste Weise an die Medien, die mit der Kolben-Zylinder-Anordnung 1 gefördert werden sollen bzw. an das Material der Führungsflächen 5 des Zylinders 3 angepaßt werden kann. Hierzu ist es lediglich notwendig - anders als bei bekannten Kol ben - den distalen Ring 9 und den proximalen Ring 10 aus einem anderen Material auszuwählen, während die übrigen Teile des Kolbens 3 standardgemäß aufgebaute Bauteile sind. Hierdurch können die Serienlängen vergrößert und die Herstellungskosten vorteilhaft herabgesetzt werden. Die Montage ist äußerst einfach und wartungsgerecht.A particular advantage of the piston-cylinder Anord inventive voltage 1 is that the modular piston 2 in the simplest way to the media that are to be conveyed to the piston-cylinder assembly 1 or on the material of the guide surfaces 5 of the cylinder 3 can be adjusted. For this purpose, it is only necessary - in contrast to known pistons - to select the distal ring 9 and the proximal ring 10 from a different material, while the remaining parts of the piston 3 are components constructed in a standard manner. As a result, the series lengths can be increased and the manufacturing costs can be advantageously reduced. Installation is extremely simple and easy to maintain.

Wie in Fig. 1 und 3 zu sehen, ist der distale Ring 9 des Kolbens 2 an seiner distalen Fläche umfangsmäßig mit einem Vorsprung 9c ausgebildet, der die Umfangsfläche der Scheibe des Stirnteils 7 seitlich vollständig umgibt, wodurch der Schadraum der Kolben-Zylinder-Anordnung 1 nicht unnötig vergrößert wird. As can be seen in FIGS. 1 and 3, the distal ring 9 of the piston 2 is circumferentially formed on its distal surface with a projection 9 c which completely surrounds the peripheral surface of the disk of the end part 7 laterally, as a result of which the clearance of the piston-cylinder Arrangement 1 is not enlarged unnecessarily.

Es ist alternativ möglich, die Scheibe des Stirnteils 7 etwas größer im Durchmesser auszubilden, wobei diese jedoch nicht größer oder gleich dem Durchmesser des Rings 9 sein darf. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus des Kolbens 2 besteht darin, daß der Kolbenboden im wesentlichen durch die Materialauswahl des Stirnteils 7 beeinflußt wird, so daß ggf. oxidationsanfällige Werkstoffe für den Ring lediglich entlang einer kleinen Fläche behandelt bzw. beschichtet werden müssen. Hierdurch eignet sich der erfindungsgemäße Kolben 2 auch insbesondere für Verbrennungsmaschinen.It is alternatively possible to design the disk of the end part 7 to be somewhat larger in diameter, although this may not be greater than or equal to the diameter of the ring 9 . A particular advantage of the construction of the piston 2 according to the invention is that the piston head is essentially influenced by the material selection of the end part 7 , so that materials susceptible to oxidation for the ring may only have to be treated or coated along a small area. As a result, the piston 2 according to the invention is also particularly suitable for internal combustion engines.

Ganz besonders hervorragende Ergebnisse konnten mit der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung 1 erzielt werden, wenn die Ringe 9,10 aus mesophasigem Kohlenstoff im Wege des Urformens hergestellt wurden. Der mesophasige Graphit besteht aus einem bindemittelfreiem Kohlenstoff, einer sogenannten Mesophase. Der dem mesophasigen Graphit zugrundeliegende Rohstoff ist vorzugsweise aus Kohle- und Erdölrückständen in Pechen gewinnbar die beispielsweise als Zwischenprodukt der Flüssigphasepyrolyse von Kohlen wasserstoffen verbleiben. Er besteht im wesentlichen aus Polyaromaten. Die Polyaromate können durch Carbonisieren und Graphitisieren zu Mesophasen sphärolithen geformt werden, die die Körner einer Phase des Werkstoffes darstellen (Körnung zwischen 0,1 und 10 µm). Diese Mesophasensphärolithe sind bindemittelfrei und sind daher in ihren Feldeigenschaften, insbesondere in ihrer Biegedruckfestigkeit, gängigen Graphitsorten wie Preß- oder Elektrographit weit überlegen. Insbesondere sind Biegedruckfestigkeiten von über 150 MPa (N/mm²) erzielbar. Hierdurch ist es auch in besonders vorteilhafter Weise möglich, auch die sonst oft zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit erforderlichen Verstärkungen durch Kohlenstoffasern oder durch eine andere Matrix zu verzichten.Very particularly excellent results could be achieved with the piston-cylinder arrangement 1 according to the invention if the rings 9 , 10 were produced from mesophase carbon by means of the primary shaping. The mesophase graphite consists of a binder-free carbon, a so-called mesophase. The raw material on which the mesophase graphite is based can preferably be obtained from coal and petroleum residues in pitches which remain, for example, as an intermediate product of the liquid phase pyrolysis of hydrocarbons. It consists essentially of polyaromatics. The polyaromatics can be formed by carbonization and graphitization into mesophase spherulites, which represent the grains of a phase of the material (grain size between 0.1 and 10 µm). These mesophase spherulites are binder-free and are therefore far superior to common graphite types such as pressed or electrographite in their field properties, particularly in their bending compressive strength. In particular, bending strengths of over 150 MPa (N / mm ² ) can be achieved. As a result, it is also possible in a particularly advantageous manner to dispense with the reinforcements by carbon fibers or by another matrix, which are often required to achieve sufficient strength.

Die Herstellung der Ringe 9, 10 kann vorteilhaft - ausgehend von Sphärolithen - im Wege der Spritzguß-Fertigung als sogenannte near-net-shape Bauteile erfolgen, wobei nach einem Formgebungs-Schritt, der auch komplizierte Geometrien zuläßt, ein Sinterschritt folgt. Das derart gefertigte Bauteil, hier ein Ring, besteht aus einem isotropen Werkstoff. Es versteht sich, daß für die Formgebung entsprechende Gegenformen, insbesondere Büchsen und/oder Dorne, eingesetzt werden. Anschließend kann eine spanabhebende Nach bearbeitung zur Erzielung bevorzugter Oberflächeneigenschaften oder vorbestimmter Maßhaltigkeiten durchgeführt werden, beispielsweise durch Schleifen, Hohnen, Läppen. Aufgrund der günstigen Festigkeitseigenschaften der Rinde ist eine anschließende Vergütung der Oberfläche in der Regel nicht erforderlich. Je nach Auswahl des Sinterschritts lassen sich offene oder geschlossene Porösitäten zwischen 0,05 und 30% realisieren.The rings 9 , 10 can advantageously be produced - starting from spherulites - by injection molding as so-called near-net-shape components, with a sintering step following a shaping step which also permits complicated geometries. The component manufactured in this way, here a ring, consists of an isotropic material. It goes without saying that corresponding counter-forms, in particular bushes and / or mandrels, are used for the shaping. Subsequent machining can be carried out to achieve preferred surface properties or predetermined dimensional accuracy, for example by grinding, honing, lapping. Due to the favorable strength properties of the bark, subsequent surface treatment is generally not necessary. Depending on the selection of the sintering step, open or closed porosities between 0.05 and 30% can be achieved.

Die Führungsfläche 6 im Zylinder 3 besteht aus eine Beschichtung aus polykristallinem Diamant (PKD). Alternativ ist es möglich, diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC - Diamond like Carbon) vorzusehen beispielsweise metallhaltiger Kohlenwasserstoff (Me : CH) (wobei als metallische Dotierung z. B. Titan, Wolfram, Bor bzw. deren besonders harte Carbidphase in Betracht kommen, die zugleich eine günstige Affinität zum Kohlenstoff aufweist), amorpher Kohlenwasserstoff (a : CH) oder tetragonal koordinierter Kohlenstoff (a : C). Zusammen mit dem Gleitabschnitt 9a/10a ergibt sich eine besonders vorteilhafte Werkstoffpaarung. Diese Werkstoffpaarungen hat sich insbesondere deswegen als zweckmäßig erwiesen, weil sie einerseits kostengünstig herstellbar sind und andererseits im Betrieb selbstschmierend, d. h. ohne Hinzufügen eines Schmierstoffes bei hohen Standzeiten funktionstüchtig sind. Die Kolben-Zylin der-Anordnung 1 ist somit vorteilhaft als Trockenläufer geeignet. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung 1 liegt darin, daß auf Kolbenringe, die aufgrund ihrer geschlitzten Ausbildung stets schwer zu montieren sind, verzichtet werden kann.The guide surface 6 in the cylinder 3 consists of a coating of polycrystalline diamond (PCD). Alternatively, it is possible to provide diamond-like carbon coatings (DLC - Diamond like Carbon), for example metal-containing hydrocarbon (Me: CH) (whereby metallic doping such as titanium, tungsten, boron or their particularly hard carbide phase can be considered, which at the same time have a has favorable affinity for carbon), amorphous hydrocarbon (a: CH) or tetragonally coordinated carbon (a: C). Together with the sliding section 9 a / 10 a, this results in a particularly advantageous pairing of materials. These material pairings have proven to be particularly useful because, on the one hand, they are inexpensive to manufacture and, on the other hand, they are self-lubricating in operation, ie they can function without long service life without the addition of a lubricant. The piston-cylinder arrangement 1 is thus advantageously suitable as a dry runner. Another advantage of the piston-cylinder arrangement 1 according to the invention is that piston rings, which are always difficult to assemble due to their slotted design, can be dispensed with.

Wird für die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung eine der vorstehenden Werkstoffpaarungen ausgewählt, wird überraschenderweise ein unverhofft günstiges, quasi verschleißfreies Laufen des Kolbens auf dem Zylinder ermöglicht, wodurch ein hervorragendes tribologisches Verhalten ohne Verlust von Mesographitmolekülen oder -körnern erreicht wird. Als besonders günstig hat sich eine Porosität der bevorzugten Mesophasengraphit-Ringe zwischen 1 und 10 Gew.-% erwiesen.Is one of the piston-cylinder arrangement according to the invention selected material pairings is surprisingly one unexpectedly cheap, virtually wear-free running of the piston on the cylinder enables excellent tribological behavior without loss is achieved by mesographite molecules or grains. Has been particularly cheap the preferred mesophase graphite rings have a porosity of between 1 and 10 % By weight.

Die sogenannten intrinsischen Reibungseigenschaften konven tioneller Kohle- oder Graphitmaterialien dagegen, die eine Reibung durch ein Scheren oder Umkippen der Gitterebenen, insbesondere induziert durch Leerstellen und Fehlstellen sowie Einlagerungsatome, auslösen, führen durch Wanderungen von Defekten ein- und zweidimensionaler Natur zur Stufenbildung oder zu Schraubenversetzungen, wodurch die Oberfläche des Materials bei mechanischer Beanspruchung zu abrasivem Verschleiß neigt. Hierdurch ist im Stand der Technik z. B. auch nicht zweckmäßig, vollständig geschlossene Ringe mit den Gleitabschnitten zur Abdichtung des Kolbenraums vorzusehen, vielmehr sind stets geschlitzte Kolbenringe erforderlich, die den Materialabtrag durch Nachstellen ausgleichen. Dies induziert eine zusätzliche "pressende" Reibung, die einen erhöhten Energieaufwand bedeutet. Dies gilt insbesondere im Lastwechselbetrieb.The so-called intrinsic friction properties convene tional carbon or graphite materials, on the other hand, which are caused by friction Shearing or tipping over of the lattice planes, in particular induced by Vacancies and voids as well as storage atoms, trigger, carry out Hikes of defects of one and two dimensions in nature to form stages or to screw dislocations, which adds to the surface of the material mechanical stress tends to abrasive wear. This is in State of the art z. B. also not appropriate, completely closed rings to provide with the sliding sections for sealing the piston chamber, rather slotted piston rings are always required to remove material Compensate for adjustment. This induces an additional "pressing" friction that means an increased expenditure of energy. This is especially true in Load cycle operation.

Es ist möglich, die Ringe aus dem Mesographit im Anschluß an den Urformschritt z. B. mit einer diamantbesetzten Schleifscheibe zu schleifen. Zweckmäßigerweise wird dieser Schleifschritt jedoch dadurch bewirkt, daß die Ringe im Zylinder 3 gegen die Diamantbeschichtung hin und her verlagert werden wodurch im Anschluß an eine Einlaufphase kein mechanischer Abtrag mehr erfolgt und eine besonders dichte Kolben-Zylinder-Einheit geschaffen wird. Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, daß die Gegenformen der Ringe ebenfalls diamantbeschichtet sind.It is possible to remove the rings from the mesographite after the primary molding step z. B. to grind with a diamond-tipped grinding wheel. This grinding step is expediently effected, however, by the rings in the cylinder 3 being displaced back and forth against the diamond coating, as a result of which no mechanical removal takes place after a running-in phase and a particularly tight piston-cylinder unit is created. Another advantageous variant is that the counter forms of the rings are also diamond coated.

Vorstehend ist die Herstellung von besonders bevorzugten Ringen aus einem einphasigen Material beschrieben worden. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Materialien, insbesondere die Graphitkörper, ferner Verstärkungen oder Einlagerungen aus anderen Zusammensetzungen umfassen können, z. B. Aramidfasern oder dergl., ohne ihre genannten, insbesondere die tribologischen, Eigenschaften herabzusetzen.Above is the production of particularly preferred rings have been described from a single-phase material. It is understood that the materials mentioned above, in particular the graphite body, further Reinforcements or inclusions from other compositions include can, e.g. B. aramid fibers or the like. Without their mentioned, especially the to reduce tribological properties.

Es versteht sich auch, daß auch ein einstückiges Teil, daß die beiden Ringe 9, 10 und ein Abstandsstück 11 umfaßt, auf die beschriebene Weise hergestellt werden kann. Es versteht sich ferner, daß auch auf dieselbe beschriebene Weise nur die distale bzw. die proximale Gleitabschnitte auf einen Substratring, beispielsweise aus Keramik oder einem anderen Material, aufgebracht werden können, beispielsweise auf einen durchgehenden Ring der Stärke des Abstandsstücks 11. Es versteht sich auch, daß die für die Auswahl der geeigneten Werkstoff-Kombination verbliebenen Freiheiten für die Optimierung in Bezug auf den beabsichtigten Einsatz (Medium) zur Verfügung stehen.It is also understood that a one-piece part, which comprises the two rings 9 , 10 and a spacer 11 , can be produced in the manner described. It also goes without saying that, in the same manner described, only the distal or the proximal sliding sections can be applied to a substrate ring, for example made of ceramic or another material, for example to a continuous ring of the thickness of the spacer 11 . It also goes without saying that the freedom left for the selection of the suitable material combination is available for the optimization with regard to the intended use (medium).

Schließlich ist dem Fachmann auch ohne weiteres verständlich, daß bei einem erfindungsgemäßen Kolben die proximalen Bestandteile 8, 10 und die distalen Bauteile 7, 9 jeweils paarweise als einstückige Bauteile ausgebildet sein können, und dann vorzugsweise in der vorstehend beschriebenen near-net-shape Technologie in einem Stück aus mesophasigem Graphit urgeformt sind. Auch diese beiden Bauteile (Kolbenhälften) können wieder als einstückiger Kolbenkorpus ausgebildet sein, wodurch selbstredend die Sicherung für den Kolbenbolzen durch ein nachträglich aufgebrachtes Ringteil, das vorzugsweise auf den Kolbenkorpus aufgebracht ist. Dieses mag geschlitzt sein, hat aber anders als ein Kolbenring keinerlei Dichtfunktion, da es nicht in Anlage mit der Zylinderwand gelangt.Finally, the person skilled in the art can easily understand that the proximal components 8 , 10 and the distal components 7 , 9 can each be formed in pairs as one-piece components in a piston according to the invention, and then preferably in the near-net-shape technology described above in are formed from a piece of mesophase graphite. These two components (piston halves) can again be formed as a one-piece piston body, which of course means that the piston pin is secured by a subsequently applied ring part, which is preferably applied to the piston body. This may be slotted, but unlike a piston ring, it has no sealing function because it does not come into contact with the cylinder wall.

Die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung findet vorteilhaft Verwendung als Hubkolbenmaschine, Verdichter, Verbrennungsmotor oder dergl.The piston-cylinder arrangement according to the invention is advantageous Use as a reciprocating piston machine, compressor, internal combustion engine or the like.

Claims

1. Piston-cylinder arrangement, comprising a piston ( 2 ), on which a connecting rod ( 22 ) can be articulated, and a cylinder ( 3 ), along which a piston guide surface ( 6 ) formed inner bore ( 5 ) a sliding portion of a piston ( 2 ) is axially displaceable, characterized in that
that at least two cylindrical and circumferential sliding sections ( 9 a, 10 a) which delimit the piston ( 2 ) radially are provided for support against the guide surface ( 6 ) of the cylinder ( 3 ) at a mutual axial distance ( 11 ) from one another,
that the at least two sliding sections ( 9 a, 10 a) have a circular cylindrical cross section, and
that the at least two sliding sections ( 9 a, 10 a) releasably through two parts ( 7 , 8 ) of the piston ( 2 ), of which at least one passes through a central opening in the sliding sections ( 9 a, 10 a), on the piston ( 2 ) are fixed axially.

2. Piston-cylinder arrangement according to claim 1, characterized in that the sliding sections ( 9 a, 10 a) are provided on the same hollow cylindrical part.

3. Piston-cylinder arrangement according to claim 1, characterized in that the sliding sections ( 9 a, 10 a) comprises the peripheral surface of at least two different rings ( 9 , 10 ).

4. Piston-cylinder arrangement according to claim 3, characterized in that the distance between the sliding sections is predetermined by a hollow cylindrical spacer ( 11 ).

5. Piston-cylinder arrangement according to claim 4, characterized in that the spacer piece ( 11 ) fixes a piston pin ( 22 ) in the interior of the piston ( 2 ).

6. Piston-cylinder arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the spacer ( 11 ) and the parts ( 7 , 8 ) of the piston ( 2 ) consist of the same material.

7. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least two sliding sections ( 9 a, 10 a) are detachably radially fixed by one of the two parts ( 7 , 8 ) on the piston ( 2 ) .

8. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the two parts ( 7 , 8 ) of the piston ( 2 ) are mutually axially positively and / or non-positively clamped.

9. Piston-cylinder arrangement according to claim 8, characterized in that the two parts ( 7 , 8 ) of the piston ( 2 ) can be clamped by screwing.

10. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the sliding sections ( 9 a, 10 a) by the radial peripheral surface of at least one hollow cylinder ( 9 , 10 ) are defined by sintering in its final shape is created.

11. Piston-cylinder arrangement according to claim 10, characterized that the peripheral surface is finished by grinding.

12. Piston-cylinder arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the peripheral surface is machined by axial displacement in the cylinder ( 3 ).

13. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the sliding sections ( 9 a, 10 a) consist of a graphite with a flexural strength of over 120 N / mm ² .

14. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the material of the parts ( 7 , 8 ) of the piston ( 2 ) from the group comprising titanium, austenitic steel, Invar steel, aluminum, SiC and Si _3rd N ₄ and compounds from it is selected.

15. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that the sliding sections ( 9 a; 10 a) of the piston ( 2 ) are in several parts and that these parts together form at least one ring.

16. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the material of the pairing sliding section ( 9 a, 10 a) - guide surface ( 6 ) from the group comprising polycrystalline diamond, amorphous hydrocarbon, tetragonally coordinated carbon and metal-containing hydrocarbon is selected, and that the other material of the pairing is formed of mesophase graphite or ultra-fine grain graphite.

17. Piston-cylinder arrangement according to claim 16, characterized in that the Gleitflabschnitte ( 9 a, 10 a) consist of mesophase graphite.

18. Piston-cylinder arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that the piston guide surface ( 6 ) of the cylinder ( 3 ) made of a material from the group comprising SiC, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , cubic BC , BN, WC, TiC, diamond-coated, high-temperature steel and compounds selected from it.