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DE202007017339U1 - piston engine - Google Patents

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DE202007017339U1
DE202007017339U1 DE200720017339 DE202007017339U DE202007017339U1 DE 202007017339 U1 DE202007017339 U1 DE 202007017339U1 DE 200720017339 DE200720017339 DE 200720017339 DE 202007017339 U DE202007017339 U DE 202007017339U DE 202007017339 U1 DE202007017339 U1 DE 202007017339U1
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DE200720017339
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Neander Motors AG
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Abstract

Kolbenmaschine, insbesondere Kompressor, mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit, wobei die Kolbenmaschine als Doppelkurbelwellenmaschine ausgebildet ist, bei der ein jeweiliger Kolben (3) im zugeordneten Zylinder (2) mittels zweier Pleuel (6, 7), die jeweils an einer der beiden Kurbelwellen (4,5) sowie am Kolben (3) angelenkt sind, seitenkraftfrei geführt ist, wobei der Kolben (3) mit Kolbenringen (31, 32) versehen ist;
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Kolbenringe (31, 32) aus Metall bestehen und dass zumindest die jeweilige radial äußere Oberfläche der Kolbenringe (31, 32) gehärtet ist,
und
– dass die auf der Innenumfangsfläche (21) der Zylinderbohrung ausgebildete Lauffläche für den Kolben (3) mit einer die Reibung mindernden Schicht aus Feststoffpartikeln versehen ist.Piston engine, in particular compressor, with at least one dry-running piston-cylinder unit, wherein the piston machine is designed as a double crankshaft machine, in which a respective piston (3) in the associated cylinder (2) by means of two connecting rods (6, 7), respectively one of the two crankshafts (4, 5) and on the piston (3) are articulated, is guided free of lateral force, wherein the piston (3) with piston rings (31, 32) is provided;
characterized,
- That the piston rings (31, 32) are made of metal and that at least the respective radially outer surface of the piston rings (31, 32) is hardened,
and
- That on the inner peripheral surface (21) of the cylinder bore formed tread for the piston (3) is provided with a friction-reducing layer of solid particles.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit, wobei die Kolbenmaschine als Doppelkurbelwellenmaschine ausgebildet ist, bei der ein jeweiliger Kolben im zugeordneten Zylinder mittels zweier Pleuel, die jeweils an einer der beiden Kurbelwellen sowie am Kolben angelenkt sind, seitenkraftfrei geführt ist.The The invention relates to a piston engine with at least one dry current piston-cylinder unit, the piston engine as Double crankshaft machine is formed, in which a respective Piston in the associated cylinder by means of two connecting rods, each are articulated on one of the two crankshafts and on the piston, guided without lateral force is.

Eine derartige Kolbenmaschine ist aus der DE 10 2005 048 681 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine gattungsgemäße Kolbenmaschine, die als Doppelkurbelwellenmaschine ausgebildet ist und bei der der Kolben seitenkraftfrei im Zylinder geführt ist. Der Kolben ist an seinem Außenumfang zum Zwecke der Abdichtung mit Kolbenringen versehen und weist im Bereich des Kolbenhemds einen in einer Umfangfsnut vorgesehenen PTFE-Führungsring auf. Üblicherweise sind bei derartigen Kolbenmaschinen die Kolbenringe ebenfalls aus PTFE (Polytetraflourethylen) oder aus Graphit gebildet, um die Reibung an der Lauffläche der Zylinderinnenwand zu minimieren.Such a piston engine is from the DE 10 2005 048 681 A1 known. This document discloses a generic piston engine, which is designed as a double crankshaft machine and in which the piston is guided free of lateral forces in the cylinder. The piston is provided on its outer periphery for the purpose of sealing with piston rings and has in the region of the piston skirt provided in a Umfangsfsnut PTFE guide ring. Typically, in such reciprocating engines, the piston rings are also formed of PTFE (polytetrafluoroethylene) or graphite to minimize friction on the tread of the cylinder inner wall.

Werden derartige bekannte Kolbenmaschinen als Kompressoren zur Erzeugung hoher Drücke eingesetzt, so sind die dort verwendeten Kolbenringe aus Graphit oder aus PTFE den hohen Drücken und den bei der Erzeugung derartiger hoher Drücke entstehenden Temperaturen nicht gewachsen. Daher sind mit dieser bekannten Kolbenmaschine, wenn sie als Kompressor eingesetzt wird, nur bedingt hohe Kompressionsdrücke zu erreichen.Become Such known piston engines as compressors for the production high pressures used, so the piston rings used there are made of graphite or PTFE the high pressures and the resulting in the production of such high pressures temperatures not grown. Therefore, with this known piston engine, if it is used as a compressor, to reach only conditionally high compression pressures.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Kolbenmaschine so weiterzubilden, dass sie, als Kompressor eingesetzt, auch zur Erzeugung hoher Drücke geeignet ist.task The present invention is therefore a generic piston engine so on, that they, used as a compressor, also for Generation of high pressures suitable is.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.These The object is achieved by the characterizing part of the protection claim 1 specified characteristics solved.

Dabei ist zumindest die jeweilige radial äußere Oberfläche der Kolbenringe gehärtet und die auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung ausgebildete Lauffläche für den Kolben ist mit einer die Reibung mindernden Schicht aus Feststoffpartikeln versehen. Dadurch bleibt die Trockenlaufeigenschaft der Kolben-Zylinder-Einheit erhalten und gleichzeitig wird durch die Verwendung von metallischen Kolbenringen die Erzeugung von höheren Drücken ermöglicht, wobei die gehärtete, radial äußere Oberfläche der Kolbenringe den Kolbenringverschleiß minimiert.there is hardened and at least the respective radially outer surface of the piston rings on the inner peripheral surface the cylinder bore trained tread for the piston is with a provided the friction-reducing layer of solid particles. As a result, the dry-running property of the piston-cylinder unit remains preserved and at the same time is characterized by the use of metallic Piston rings the production of higher To press allows where the hardened, radially outer surface of the Piston rings minimizes piston ring wear.

Die gehärteten Oberflächen der Kolbenringe weisen vorzugsweise eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung (DLC: "Diamond Like Carbon") auf. Diese diamantartige Kohlenstoffbeschichtung kann durch chemischen Dampfauftrag (CVD: "Chemical Vapor Deposition") oder durch physikalischen Dampfauftrag (PVD: "Physical Vapor Deposition") von Kohlenstoff auf die zu härtende Oberfläche der metallischen Kolbenringe erfolgen.The hardened surfaces the piston rings preferably have a diamond-like carbon coating (DLC: "Diamond Like Carbon ") Diamond-like carbon coating can be made by chemical vapor deposition (CVD: "Chemical Vapor Deposition ") or by physical vapor deposition (PVD: Physical Vapor Deposition) of carbon on the to be hardened surface the metallic piston rings take place.

Vorzugsweise sind die Feststoffpartikel Nanopartikel, die auf die Lauffläche der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung aufgebracht sind.Preferably are the solid particles nanoparticles that are on the tread of the Inner circumferential surface the cylinder bore are applied.

Die Feststoffpartikel bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten.The Solid particles are preferably made of a plastic low coefficient of friction.

Vorzugsweise ist dieser Kunststoff Polytetraflourethylen (PTFE).Preferably this plastic is polytetrafluoroethylene (PTFE).

Zur Aufbringung einer PTFE-Gleitschicht auf die Lauffläche kann der Innenumfang der Zylinderbohrung im Bereich der Lauffläche mit einer in eine Innenunfangsnut eingesetzten Hülse aus Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, beispielsweise PTFE, versehen sein. Bei dieser Ausgestaltung reiben die radial äußeren Kanten der Kolbenringe über die Innenumfangsfläche der Kunststoffhülse und tragen dabei mikroskopisch kleine Feststoffpartikel des Kunststoffs ab und verteilen diese auf dem Innenumfang der Zylinderbohrung, insbesondere der Lauffläche, wodurch dann die mikroskopisch kleinen Feststoffpartikel einen Gleitfilm zwischen dem Außenumfang der Kolbenringe und der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung bilden.to Application of a PTFE sliding layer on the tread can the inner circumference of the cylinder bore in the tread area with a sleeve inserted in a Innenunfangsnut plastic low Friction coefficients, such as PTFE, be provided. At this Design rub the radially outer edges the piston rings over the Inner circumferential surface the plastic sleeve and carry thereby microscopically small solid particles of the plastic and distribute these on the inner circumference of the cylinder bore, especially the tread, whereby then the microscopically small solid particles a sliding film between the outer circumference form the piston rings and the inner peripheral surface of the cylinder bore.

Alternativ kann der Außenumfang des Kolbens im Bereich des Kolbenhemds mit einem Ring aus dem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen sein, dessen Außendurchmesser größer ist, als der Außendurchmesser des Kolbens und der beim Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheit in Gleitberührung mit dem Innenumfang der Zylinderbohrung steht. Auch durch diese Gleitberührung werden mikroskopisch feine Feststoffpartikel vom Außenumfang des Kunststoffrings abrasiv abgetragen und bilden einen Gleitfilm auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung. Um diesen abrasiven Effekt zu unterstützen kann in jenem Bereich der Lauffläche, in denen sich die Kolbenringe nicht bewegen, sondern nur das Kolbenhemd axial bewegt wird, eine geringfügige Aufrauhung der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung vorgesehen sein.alternative can the outer circumference of the piston in the area of the piston skirt with a ring made of plastic be provided with a low coefficient of friction whose outer diameter is greater, as the outer diameter the piston and in the operation of the piston-cylinder unit in sliding contact with the inner circumference of the cylinder bore is. Also by this sliding contact microscopically fine solid particles from the outer circumference of the plastic ring abraded and form a lubricating film on the inner peripheral surface of the Cylinder bore. To support this abrasive effect can in that area of the tread, in which the piston rings do not move, only the piston skirt is moved axially, a minor Roughening the inner peripheral surface of the Cylinder bore be provided.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, während der Relativbewegung des Kolbens im Zylinder mikroskopisch feine Feststoffpartikel eines gleitfähigen Materials, zum Beispiel eines Kunststoffs wie PTFE, oder auch von Graphit auf der Lauffläche zu verteilen, damit dort eine aus Feststoffpartikeln gebildete Gleitschicht entsteht, die die Reibung beim Lauf der metallischen und mit einer gehärten Außenumfangsfläche versehenen Kolbenringe auf der Lauffläche der Zylinderbohrung reduziert, wie dies beispielsweise bei einer ölgeschmierten Kolben-Zylinder-Einheit der Fall ist, ohne dass aber Öl in den Kompressionsraum und damit in das von der Kolbenmaschine komprimierte Fluid eintreten kann.The core idea of the present invention is thus to distribute microscopically fine solid particles of a lubricious material, for example a plastic such as PTFE, or graphite on the tread during the relative movement of the piston in the cylinder so that there is formed a sliding layer formed from solid particles the friction when running the metallic and with a hardened outer peripheral surface Henen reduced piston rings on the tread of the cylinder bore, as is the case for example with an oil-lubricated piston-cylinder unit, but without that oil can enter the compression chamber and thus in the compressed from the piston engine fluid.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert in dieser Zeigt:The The invention will now be described by way of example with reference to FIG closer to the drawing explained in this shows:

1 einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine entlang der Linie I-I in 2; 1 a vertical section through a cylinder of a piston engine according to the invention along the line II in 2 ;

2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine entlang der Linie II-II in 1 und 2 a longitudinal section through a piston engine according to the invention along the line II-II in 1 and

3 eine alternative Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Einheit. 3 an alternative embodiment of the piston-cylinder unit.

In 1 ist schematisch die Kolben-Zylinder-Einheit einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit zugehörigem Kurbeltrieb dargestellt. In einem mit einem ersten Gehäuse 1 verbundenen Zylinder 2 ist ein Hubkolben 3 hin- und her bewegbar angeordnet. Dabei wird von der Wandung des Zylinders 2 und der oberen stirnseitigen Fläche des Kolbenbodens 30 des Zylinders 2 ein Zylinderraum oder Kompressionsraum 20 umschlossen. In dem in den Figuren schematisch dargestellten Zylinder 2 sind, ebenfalls schematisch dargestellt, ein Einlaßventil 22 und ein Auslaßventil 24 vorgesehen, die den Kompressionsraum 20 mit einem – nicht gezeigten – Einlaßkanal beziehungsweise einem – nicht gezeigten – Auslaßkanal verbinden.In 1 is schematically shown the piston-cylinder unit of a piston engine according to the invention with associated crank mechanism. In one with a first housing 1 connected cylinders 2 is a reciprocating piston 3 arranged to move back and forth. It is from the wall of the cylinder 2 and the upper end surface of the piston crown 30 of the cylinder 2 a cylinder room or compression room 20 enclosed. In the cylinder shown schematically in the figures 2 are also shown schematically, an inlet valve 22 and an exhaust valve 24 provided the compression space 20 with an - not shown - inlet channel or a - not shown - outlet channel connect.

Der Kolben 3 ist an seinem Umfang im Bereich seines Kolbenbodens 30 mit zwei axial voneinander beabstandeten Kolbenringen 31, 32 sowie einem im vom Kolbenboden 30 abgewandten unteren Kolbenbereich, dem sogenannten Kolbenhemd, gelegenen Führungsring 33 versehen. Der Führungsring 33 besteht aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten, insbesondere mit selbstschmierenden Eigenschaften, wie beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) oder Graphit.The piston 3 is at its periphery in the region of its piston crown 30 with two axially spaced piston rings 31 . 32 as well as in from the piston crown 30 remote from the lower piston area, the so-called piston skirt, located guide ring 33 Mistake. The guide ring 33 consists of a material with a low coefficient of friction, in particular with self-lubricating properties, such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or graphite.

An seinem vom Kolbenboden 30 abgewandten unteren Ende ist der Kolben 3 mit zwei bezüglich der Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt gelegenen Pleuelzapfen 34, 35 versehen. Auf jeden der Pleuelzapfen 34, 35 ist ein gekapseltes Wälzlager vorgesehen, welches jeweils ein kolbenseitiges Pleuellager 36, 37 bildet. Auf jedem kolbenseitigen Pleuellager 36, 37 ist jeweils ein Pleuel 6, 7 schwenkbar am Hubkolben 3 angebracht.At his from the piston bottom 30 opposite lower end is the piston 3 with two relative to the cylinder axis A laterally offset from each other located connecting rod 34 . 35 Mistake. On each of the conrod 34 . 35 an encapsulated rolling bearing is provided, each a piston-side connecting rod bearing 36 . 37 forms. On each piston-side connecting rod bearing 36 . 37 is each a connecting rod 6 . 7 swiveling on the reciprocating piston 3 appropriate.

Das zweite Ende eines jeden Pleuels 6, 7 ist an einem zugeordneten Kurbelzapfen 40, 50 mittels jeweils eines gegen den Austritt von Schmiermittel gekapselten Wälzlagers, das jeweils ein kurbelwellenseitiges Pleuellager 41, 51 bildet, drehbar gelagert. Der erste Kurbelzapfen 40 ist dabei an einer mit einer ersten Kurbelwelle 4 verbundenen Kurbelscheibe 42 vorgesehen und der zweite Kurbelzapfen 50 ist an einer mit einer zweiten Kurbelwelle 5 verbundenen Kurbelscheibe 52 vorgesehen. Die erste Kurbelwelle 4 und die zweite Kurbelwelle 5 verlaufen zueinander parallel und drehen sich gegensinnig synchron. Die Drehachsen X, X' der beiden Kurbelwellen 4, 5 verlaufen dabei zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene Z parallel und sind bezüglich dieser Zylinder-Mittelebene Z seitlich symmetrisch versetzt.The second end of each connecting rod 6 . 7 is on an associated crankpin 40 . 50 by means of a respective sealed against the escape of lubricant rolling bearing, each a crankshaft-side connecting rod bearing 41 . 51 forms, rotatably mounted. The first crankpin 40 is at one with a first crankshaft 4 connected crank disc 42 provided and the second crank pin 50 is at one with a second crankshaft 5 connected crank disc 52 intended. The first crankshaft 4 and the second crankshaft 5 run parallel to each other and rotate in opposite directions synchronously. The axes of rotation X, X 'of the two crankshafts 4 . 5 in this case run parallel to a common cylinder center plane Z and are offset laterally symmetrically with respect to this cylinder center plane Z.

In 2 ist ein Längsschnitt durch die Kolbenmaschine in Blickrichtung der Pfeile II-II in 1 gezeigt.In 2 is a longitudinal section through the piston engine in the direction of arrows II-II in 1 shown.

Der Zylinder 2 ist oben von einem Zylinderkopf begrenzt und ist unten auf herkömmliche Weise mit einem ersten Gehäuse 1 der Kolbenarbeitsmaschine verbunden. Innerhalb des ersten Gehäuses 1 ist der aus den Kurbelscheiben 42, 52 und den Pleueln 6, 7 bestehende Kurbeltrieb für den Kolben 3 vorgesehen.The cylinder 2 is bounded at the top by a cylinder head and is at the bottom in a conventional manner with a first housing 1 connected to the piston working machine. Inside the first case 1 is the one from the crank pulleys 42 . 52 and the connecting rods 6 . 7 existing crank mechanism for the piston 3 intended.

Integral mit dem ersten Gehäuse 1 ist ein zweites Gehäuse 8 ausgebildet, welches durch eine Trennwand 12 gegenüber dem ersten Gehäuse 1 abgegrenzt und abgedichtet ist.Integral with the first housing 1 is a second housing 8th formed, which by a partition wall 12 opposite the first housing 1 demarcated and sealed.

Das zweite Gehäuse 8 umschließt einen zweiten Gehäuseraum 80 und weist in seinem unterem Bereich eine Ölwanne 82 auf. Die Ölwanne 82 und ein unterer Abschnitt des Gehäuseinnenraums 80 sind mit einem Schmieröl befüllt.The second housing 8th encloses a second housing space 80 and has in its lower part an oil pan 82 on. The oil pan 82 and a lower portion of the housing interior 80 are filled with a lubricating oil.

Innerhalb des zweiten Gehäuses 8 sind zwei Lagerstühle 9, 9' angeordnet, in denen die Kurbelwellen 4, 5 derart gelagert sind, daß jede der Kurbelwellen 4, 5 in jedem der beiden Lagerstühle 9, 9' gelagert ist. Die jeweilige Kurbelwelle 4, 5 ist innerhalb des zweiten Gehäuses 8 zylindrisch ausgebildet und jeweils durch eine in der Trennwand 12 angeordnete Radialdichtung, von der in 2 nur die der Kurbelwelle 4 zugeordnete Radialdichtung 43 gezeigt ist, aus dem Innenraum 80 des zweiten Gehäuses 8 in den Innenraum 10 des ersten Gehäuses 1 herausgeführt.Inside the second housing 8th are two storage chairs 9 . 9 ' arranged in which the crankshafts 4 . 5 are stored such that each of the crankshafts 4 . 5 in each of the two camp chairs 9 . 9 ' is stored. The respective crankshaft 4 . 5 is inside the second housing 8th cylindrically shaped and in each case by one in the partition 12 arranged radial seal, from the in 2 only the crankshaft 4 assigned radial seal 43 shown is from the interior 80 of the second housing 8th in the interior 10 of the first housing 1 led out.

Das andere Ende zumindest einer der beiden Kurbelwellen ist auf der von der Trennwand 12 abgewandt gelegenen Stirnwand 84 des Gehäuses 8 durch eine in dieser Stirnwand 84 angeordnete Radialdichtung 44 herausgeführt. Dieses herausgeführte Ende der zumindest einen Kurbelwelle dient dann, wenn die Kolbenmaschine ein Kompressor oder eine Pumpe ist, als Antriebswelle für die Kolbenmaschine.The other end of at least one of the two crankshafts is on that of the bulkhead 12 facing away from the end wall 84 of the housing 8th through one in this end wall 84 arranged radial seal 44 led out. This lead-out end of the at least one crankshaft is used, when the piston engine is a compressor or a pump, as the drive shaft for the piston engine.

Jede der Kurbelwellen 4, 5 ist innerhalb des Gehäuses 8 mit einem auf dem zylindrischen Kurbelwellenabschnitt drehfest angebrachten Synchronisationszahnrad 46, 56 versehen, wobei die Synchronisationszahnräder 46, 56 miteinander kämmend in Eingriff stehen und mit ihrem unteren Abschnitt in den Schmiermittelvorrat 81 im unteren Bereich des Innenraums 80 des Gehäuses 8 eintauchen.Each of the crankshafts 4 . 5 is inside the case 8th with a rotatably mounted on the cylindrical crankshaft section synchronization gear 46 . 56 provided with the synchronization gears 46 . 56 meshing with each other and with their lower portion in the lubricant reservoir 81 in the lower part of the interior 80 of the housing 8th plunge.

Durch das Vorsehen der zu schmierenden Kurbelwellenlager und der zu schmierenden Synchronisationszahnräder 46, 56 innerhalb des zweiten Gehäuses 8 ist es möglich, daß nur der Innenraum 80 des zweiten Gehäuses 8 flüssiges Schmiermittel enthält, während der Innenraum 10 des ersten Gehäuses 1, in welchem sich der Kurbeltrieb befindet, als schmirmittelfreier, trockener Raum ausgebildet ist, wobei die hier erforderlichen Lagerungen der Pleuel durch gekapselte Wälzlager gebildet sind, die gegen Schmiermittelaustritt abgedichtet sind, so daß in den Zylinder 2 kein flüssiges Schmiermittel eintreten kann.By providing the crankshaft bearings to be lubricated and the timing gears to be lubricated 46 . 56 within the second housing 8th it is possible that only the interior 80 of the second housing 8th contains liquid lubricant while the interior 10 of the first housing 1 , in which the crank mechanism is formed as a lubricant-free, dry space, the bearings required here of the connecting rods are formed by encapsulated rolling bearings, which are sealed against leakage of lubricant, so that in the cylinder 2 no liquid lubricant can enter.

Die Doppelkurbelwellenanordnung in Verbindung mit dem über die beiden Pleuel 6, 7 angelenkten Kolben 3 sorgt dafür, daß keine Kippkräfte auf den Kolben 3 einwirken, so daß dieser stets mit seiner Kolbenmittelachse A' in Richtung der Zylinderachse A seitenkraftfrei geführt wird. Dabei übernimmt der vorzugsweise aus selbstschmierendem Material bestehende Führungsring 33 eine Zentrierung des Kolbens 3 im Zylinder 2 und die Kolbenringe 31, 32 sorgen für eine Abdichtung des Kompressionsraums 20 gegenüber dem mit dem Innenraum des Gehäuses 1 verbundenen unteren Teil des Innenraums des Zylinders 2.The double crankshaft arrangement in conjunction with the over the two connecting rods 6 . 7 hinged piston 3 ensures that no tilting forces on the piston 3 act, so that it is always guided free lateral force with its piston center axis A 'in the direction of the cylinder axis A. In this case, the preferably made of self-lubricating material guide ring takes over 33 a centering of the piston 3 in the cylinder 2 and the piston rings 31 . 32 ensure a seal of the compression space 20 opposite to the interior of the housing 1 connected lower part of the interior of the cylinder 2 ,

Die Kolbenringe 31, 32 bestehen aus einem metallischen Werkstoff und sind an ihrem radialen Außenumfang gehärtet. Dazu ist auf die Oberfläche des metallischen Werkstoffs eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung (DLC-Schicht) aufgetragen. Selbstverständlich können auch die anderen Oberflächen des jeweiligen Kolbenrings mit einer DLC-Schicht versehen sein.The piston rings 31 . 32 consist of a metallic material and are hardened at their radial outer circumference. For this purpose, a diamond-like carbon coating (DLC layer) is applied to the surface of the metallic material. Of course, the other surfaces of the respective piston ring may be provided with a DLC layer.

Während des Betriebs der Kolben-Zylinder-Einheit wird von der radialen Außenumfangsfläche des Führungsrings 33 Material in mikroskopisch feiner Partikelgröße durch die Reibung auf der Innenumfangsfläche 21 der Zylinderbohrung abrasiv abgetragen und während der Axialbewgung des Kolbens 3 auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung, insbesondere der Lauffläche, auf der sich der Kolben 3 bewegt, verteilt. Diese aus dem Material mit selbstschmierenden Eigenschaften bestehenden Feststoffpartikel bilden auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung einen Schmierfilm für den Kolben 3.During operation, the piston-cylinder unit is supported by the radial outer peripheral surface of the guide ring 33 Microscopically fine particle size material due to friction on the inner peripheral surface 21 the cylinder bore abraded and during the axial movement of the piston 3 on the inner peripheral surface of the cylinder bore, in particular the running surface on which the piston 3 moved, distributed. These solid particles consisting of the material with self-lubricating properties form a lubricating film for the piston on the inner circumferential surface of the cylinder bore 3 ,

Um das reibungsbedingte Ablösen von Feststoffpartikeln vom Führungsring 33 zu fördern und damit den Aufbau eines Gleitfilms auf der Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung zu verbessern, kann die Innenumfangsfläche der Zylinderbohrung in einem Bereich 23, über den beim Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheit nur der Führungsring 33 gleitet, nicht aber die Kolbenringe 31, 32, eine Aufrauhung der Oberfläche vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Bereich 23 beim Honen der Zylinderbohrung ausgespart wird.To the friction-related detachment of solid particles from the guide ring 33 To promote and thus improve the structure of a sliding film on the inner peripheral surface of the cylinder bore, the inner peripheral surface of the cylinder bore in an area 23 , on the operation of the piston-cylinder unit, only the guide ring 33 slides, but not the piston rings 31 . 32 be provided a roughening of the surface. This can for example be done by the area 23 When honing the cylinder bore is recessed.

3 zeigt eine Abwandlung der in 2 dargestellten Kolbenmaschine, bei der der Führungsring 33' nicht aus einem selbstschmierenden Material besteht, er kann beispielsweise auch aus Metall sein und auch an seiner Außenumfangsfläche auf gleiche Weise gehärtet sein wie die Kolbenringe 31, 32. In einer Innenumfangsnut 25 der Innenwand 21 der Zylinderbohrung ist eine Hülse 26 aus einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, beispielsweise einem selbstschmierenden Kunststoff wie PTFE, eingesetzt. Diese Hülse 26 ist in einem Bereich des Innenumfangs 21 der Zylinderbohrung vorgesehen, der im Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheit vom Führungsring 33' und gegebenenfalls auch von zumindest einem der beiden Kolbenringe 31, 32 überfahren wird, so dass die radial äußeren Kanten des Führungsrings 33' beziehungsweise der Kolbenringe 31, 32 mikroskopisch feine Feststoffpartikel von der Innenoberfläche der Hülse 26 abtragen und auf der Innenumfangswand 21 der Zylinderbohrung verteilen, so dass diese verteilten Feststoffpartikel einen Gleitfilm auf der Innenumfangsoberfläche 21 der Zylinderbohrung bilden. 3 shows a modification of the in 2 illustrated piston machine, wherein the guide ring 33 ' is not made of a self-lubricating material, it may for example be made of metal and also be hardened on its outer peripheral surface in the same way as the piston rings 31 . 32 , In an inner circumferential groove 25 the inner wall 21 the cylinder bore is a sleeve 26 made of a plastic with a low coefficient of friction, for example a self-lubricating plastic such as PTFE. This sleeve 26 is in an area of the inner circumference 21 the cylinder bore provided in the operation of the piston-cylinder unit from the guide ring 33 ' and optionally also of at least one of the two piston rings 31 . 32 is run over, leaving the radially outer edges of the guide ring 33 ' or the piston rings 31 . 32 microscopically fine solid particles from the inner surface of the sleeve 26 ablate and on the inner peripheral wall 21 distribute the cylinder bore so that these dispersed solid particles have a lubricating film on the inner peripheral surface 21 form the cylinder bore.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.The The invention is not limited to the above embodiment which only the general explanation the core idea of the invention is used. Within the scope of protection can the device of the invention rather, other than the embodiments described above accept. In this case, the device can in particular have features which represent a combination of the respective individual features of the claims.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.reference numeral in the claims, The description and the drawings are only for the better understanding of the invention and are not intended to limit the scope.

Claims (7)

Kolbenmaschine, insbesondere Kompressor, mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit, wobei die Kolbenmaschine als Doppelkurbelwellenmaschine ausgebildet ist, bei der ein jeweiliger Kolben (3) im zugeordneten Zylinder (2) mittels zweier Pleuel (6, 7), die jeweils an einer der beiden Kurbelwellen (4,5) sowie am Kolben (3) angelenkt sind, seitenkraftfrei geführt ist, wobei der Kolben (3) mit Kolbenringen (31, 32) versehen ist; dadurch gekennzeichnet, – dass die Kolbenringe (31, 32) aus Metall bestehen und dass zumindest die jeweilige radial äußere Oberfläche der Kolbenringe (31, 32) gehärtet ist, und – dass die auf der Innenumfangsfläche (21) der Zylinderbohrung ausgebildete Lauffläche für den Kolben (3) mit einer die Reibung mindernden Schicht aus Feststoffpartikeln versehen ist.Piston machine, in particular compressor, with at least one dry-running piston-cylinder unit, wherein the piston machine is designed as a double crankshaft machine, in which a respective piston ( 3 ) in the associated cylinder ( 2 ) by means of two connecting rods ( 6 . 7 ), each on one of the two crankshafts ( 4 . 5 ) as well as on the piston ( 3 ) are guided, is free of lateral force guided, wherein the piston ( 3 ) with piston rings ( 31 . 32 ) is provided; characterized in that - the piston rings ( 31 . 32 ) are made of metal and that at least the respective radially outer surface of the piston rings ( 31 . 32 ), and - that on the inner peripheral surface ( 21 ) the cylinder bore trained tread for the piston ( 3 ) is provided with a friction-reducing layer of solid particles. Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärteten Oberflächen der Kolbenringe (31, 32) eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung (DLC) aufweisen.Piston machine with at least one dry-running piston-cylinder unit according to claim 1, characterized in that the hardened surfaces of the piston rings ( 31 . 32 ) have a diamond-like carbon coating (DLC). Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikel Nanopartikel sind.Piston engine with at least one dry-running Piston-cylinder unit according to claim 1 or 2, characterized that the solid particles are nanoparticles. Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffpartikel aus einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten bestehen.Piston engine with at least one dry-running Piston-cylinder unit according to claim 1, 2 or 3, characterized that the solid particles of a plastic with a low coefficient of friction consist. Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polytetraflourethylen ist.Piston engine with at least one dry-running Piston-cylinder unit according to claim 4, characterized that the plastic is polytetrafluoroethylene. Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche (21) der Zylinderbohrung im Bereich der Lauffläche mit einer Hülse (26) aus dem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen ist.Piston machine with at least one dry-running piston-cylinder unit according to claim 4 or 5, characterized in that the inner peripheral surface ( 21 ) of the cylinder bore in the region of the tread with a sleeve ( 26 ) is provided from the plastic with a low coefficient of friction. Kolbenmaschine mit zumindest einer trocken laufenden Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang des Kolbens (3) im Bereich des Kolbenhemds mit einem Ring (33) aus dem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten versehen ist, dessen Außendurchmesser größer ist, als der Außendurchmesser des Kolbens und der beim Betrieb der Kolben-Zylinder-Einheit in Gleitberührung mit der Innenumfangsfläche (21) der Zylinderbohrung steht.Piston machine with at least one dry-running piston-cylinder unit according to claim 4 or 5, characterized in that the outer circumference of the piston ( 3 ) in the area of the piston skirt with a ring ( 33 ) is made of the plastic with a low coefficient of friction whose outer diameter is greater than the outer diameter of the piston and in the operation of the piston-cylinder unit in sliding contact with the inner peripheral surface ( 21 ) of the cylinder bore is.
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