(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復圧縮機用のピストンリング（１）であって、
軸線方向（Ｈ）を備える中間点（Ｍ）を中心とした周方向（Ｎ）に延びる一体的なシールリング（２）であって、同シールリング（２）は、弧状に延びる外側表面（２ｋ）と、ジョイント端部（２ｌ）による直線的なカットジョイントと、該ジョイント端部（２ｌ）間を周方向（Ｎ）に延びる間隙（２ａ）とを含むシールリング（２）と、
前記間隙（２ａ）をシールするためのジョイントロック（３）と、を備え、
前記ジョイントロック（３）は、対称面（Ｓ）に関して対称的に設計され、前記ジョイントロック（３）は、前記対称面（Ｓ）を始点として周方向（Ｎ）に沿って両側に延びる２本の脚部（３ｄ）を有し、前記ジョイントロックの前記２本の脚部（３ｄ）は、すべて２０°乃至１８０°の角度範囲にわたって延び、前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）は、弧状に延びるとともに径方向外側に配向された外側（３ｇ）を有し、前記ジョイントロック（３）は、前記対称面（Ｓ）を始点として周方向（Ｎ）に沿って両側に延びるとともに前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）にわたって前記軸線方向（Ｈ）に沿って突出する接触部（３ｂ）を有し、前記接触部（３ｂ）は、前記ジョイントロックの前記２本の脚部（３ｄ）の一部の角度にわたってのみ周方向（Ｎ）に延び、前記接触部（３ｂ）は、径方向外側に配向された接触面（３ｃ）を有し、同接触面（３ｃ）は、前記脚部の外側（３ｇ）に対して径方向に戻るように延び、これにより、前記接触面（３ｃ）に沿った前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）は、前記軸線方向（Ｈ）に配向される係止部（３ｈ）を形成し、前記シールリング（２）および前記ジョイントロック（３）は、組み立てられた状態において、前記ジョイントロック（３）が前記係止部（３ｈ）を介して前記シールリング（２）に対して側方に突き合わされるように、かつ前記接触部（３ｂ）の前記接触面（３ｃ）が、前記間隙（２ａ）に沿って延びるとともに前記周方向（Ｎ）に沿って前記間隙（２ａ）を覆うように相互に形状が一致するように設計されることを特徴とするピストンリング（１）。
【請求項２】
前記シールリング（２）は、第１の脚部（２ｂ）および第２の脚部（２ｃ）からなり、各脚部（２ｂ、２ｃ）は、肩部（２ｇ）を有し、前記脚部（２ｂ、２ｃ）の軸線方向の幅（Ｋ）は、前記肩部（２ｇ）の領域において低減され、これにより、各脚部（２ｂ、２ｃ）は、前記肩部（２ｇ）と前記ジョイント端部（２ｌ）との間に低減された軸線方向の幅（Ｋ１）を備える端部脚部（２ｈ）を有することを特徴とする請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記シールリング（２）は、２つの前記肩部（２ｇ）間に前記周方向（Ｎ）に沿って一定の軸線方向の幅（Ｋ）および一定の径方向の幅（Ｉ）を有し、前記端部脚部（２ｈ）は、低減された軸線方向の幅（Ｋ１）を有し、前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）は、軸線方向の部分的な幅（Ｋ２）を有し、前記端部脚部（２ｈ）および前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）は、それらの軸線方向の幅全体が、２つの前記肩部（２ｇ）間の前記シールリング（２）の前記軸線方向の幅（Ｋ）に対応するように、相互に形状が一致するように配置されるとともに設計されることを特徴とする請求項２に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記ジョイントロック（３）の前記脚部（３ｄ）は、前記係止部（３ｈ）を介して前記端部脚部（２ｈ）に対して突き合わされ、前記端部脚部（２ｈ）の前記低減された軸線方向の幅（Ｋ１）および前記ジョイントロックの前記脚部（３ｄ）の前記軸線方向の部分的な幅（Ｋ２）は、前記軸線方向の幅（Ｋ）に相当する軸線方向の幅全体をなすことを特徴とする請求項３に記載のピストンリング。
【請求項５】
前記シールリング（２）および前記ジョイントロック（３）は、前記ジョイントロック（３）が前記シールリング（２）の内側（２ｉ）に突き合わされた場合に前記ジョイントロック（３）の前記脚部の外側（３ｇ）および前記シールリング（２）の前記外側表面（２ｋ）が前記周方向（Ｎ）の少なくとも一部にわたって径方向に一致して延びるように、相互に形状が一致するように設計されることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項６】
前記ジョイントロック（３）は、中間に、前記対称面（Ｓ）の領域に、前記接触面（３ｃ）を超えて径方向に突出する突出タブ（３ａ）を有し、前記タブ（３ａ）は、前記周方向（Ｎ）において前記間隙（２ａ）と同じ幅であるか前記間隙（２ａ）より狭く設計されることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項７】
前記突出タブ（３ａ）は、前記脚部の外側（３ｇ）まで延びることを特徴とする請求項６に記載のピストンリング。
【請求項８】
前記ジョイントロック（３）は、最大で１２０°の角度範囲にわたって前記周方向（Ｎ）に延びることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項９】
前記シールリング（２）は、第１および第２の脚部（２ｂ、２ｃ）からなり、前記周方向（Ｎ）に沿った前記２本の脚部（２ｂ、２ｃ）は、径方向に前記ジョイント端部（２ｌ）に向かって先端ほど細くなることを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１０】
前記２本の脚部（２ｂ、２ｃ）は、前記ジョイント端部（２ｌ）まで延びる角度範囲に沿って先端ほど細くなり、前記ジョイント端部（２ｌ）を始点とするこの角度範囲は、最大で９０°であることを特徴とする請求項９に記載のピストンリング。
【請求項１１】
前記２本の脚部（２ｂ、２ｃ）は、周方向全体（Ｎ）に沿った一定の径方向の幅（Ｉ）を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１２】
前記ジョイントロック（３）の前記２本の脚部（３ｄ）は、対応する端面（３ｆ）で終端し、前記端面（３ｆ）およびさらに肩部（２ｇ）は、前記ジョイントロック（３）が前記シールリング（２）に挿入される場合に、前記端面（３ｆ）が対応する前記肩部（２ｇ）に突き合わされるように、相互に形状が一致するように設けられることを特徴とする請求項２乃至１１のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１３】
外側周面（２ｋ）上の前記シールリング（２）は、前記周方向に延びる圧力解放溝（２ｍ）を有することを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１４】
前記圧力解放溝（２ｍ）は、前記中間点（Ｍ）に関して前記間隙（２ａ）に対向するとともに対称的に延びることを特徴とする請求項１３に記載のピストンリング。
【請求項１５】
前記シールリング（２）の材料および前記ジョイントロック（３）の材料は同じであることを特徴とする請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のピストンリング。
【請求項１６】
前記シールリング（２）の材料および前記ジョイントロック（３）の材料は互いに異なり、前記シールリング（２）の前記材料は、前記ジョイントロック（３）より少なくとも１０％低い曲げ弾性率を有することを特徴とする請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に
記載のピストンリング。
【請求項１７】
前記シールリング（２）は金属からなり、前記ジョイントロック（３）はプラスチックからなることを特徴とする請求項１６に記載のピストンリング。
【請求項１８】
前記シールリング（２）はポリマーからなり、前記ジョイントロック（３）はＰＥＥＫからなることを特徴とする請求項１６に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文によるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
気体や蒸気のような流体を圧縮するために、空転往復圧縮機は特に好適である。ピストンをシールする要素として、プラスチックからなるピストンリング、例えば直線的なカットジョイントや相欠き継ぎを備えた一体的なピストンリングが、そのような往復圧縮機において好適に使用される。このタイプの一体的なピストンリングは、往復圧縮機の作動時に生じるピストンリングの摩耗により、ピストンリングの２つのジョイント端部間の距離が拡大され、これによりシール作用が低減されるという短所を有する。特に、水素のような軽い気体の圧縮時に、ジョイントの間隙がこのように拡大されることにより、作動の比較的短い期間の後にピストンリングに大きな漏洩が生じる。したがって、作動の比較的短い期間の後にピストンリングを交換する必要がある。
【０００３】
特許文献１は、摩耗が漸増するが所定のシール作用を維持可能なピストンリング、いわゆる一対のリングを開示する。この一対のリングは、直線的なカットジョイントを備えた一体的なシールリングを含み、軸線方向の他径方向にもシールリングを覆う一体的なＬ字状のカバーリングを含む。シールリングの周面、およびカバーリングの周面は、各場合において約３４０度にわたって延び、これにより、弾性的に屈曲することによって、摩耗を補償する。そのような一対のリングは、シール作用が、所定時間後に低減されるという短所を有する。さらに、そのような一対のリングは破損の危険性がある。さらに、そのような一対のリングの製造コストは比較的高い。特許文献２および３は各々ピストンリングを開示する。これらのピストンリングは、その実装が困難であり、破損の危険性があり、その製造が比較的高価であり、高圧のシールに好適ではないという短所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願第１２７５８８８号明細書
【特許文献２】英国特許第１２９１９３号明細書
【特許文献３】米国特許第１４１９７８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、経済的により好適なピストンリングを設計することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は請求項１の要素を有するピストンリングで達成される。従属項２乃至１８はさらなる好適な実施形態に関する。
目的は、特に往復圧縮機用のピストンリングであって、軸線方向を備える中間点を中心とした周方向に延びる一体的なシールリングであって、同シールリングは、弧状に延びる外側表面と、ジョイント端部による直線的なカットジョイントと、該ジョイント端部間を周方向Ｄに延びる間隙とを含むシールリングと、該間隙をシールするためのジョイントロックとを備えるピストンリングによって達成される。ジョイントロックは、対称面に関して対称的に設計され、ジョイントロックは、対称面を始点として周方向に両側に延びる２本の脚部を有し、ジョイントロックの２本の脚部は、すべて２０°乃至１８０°の角度範囲にわたって延び、ジョイントロックの脚部は、弧状に延びるとともに径方向外側に配向された外側を有し、ジョイントロックは、対称面を始点として周方向に両側に延びるとともにジョイントロックの脚部にわたって軸線方向に沿って突出する接触部を有し、接触部は、ジョイントロックの２本の脚部の一部の角度にわたってのみ周方向に延び、接触部は、径方向外側に配向された接触面を有し、同接触面は、脚部の外側に対して径方向に戻るように延び、これにより、ジョイントロックの脚部は、接触面に沿って軸線方向に配向される係止部を形成するようにロックし、シールリングおよびジョイントロックは、組み立てられた状態において、ジョイントロックが係止部を介してシールリングに対して側方に突き合わされるように、かつ接触部の接触面が、間隙に沿って延びるとともに周方向に沿って間隙を覆うように相互に形状が一致するように設計される。ジョイントロックの対称的な設計は、対称または主対称において、力が、ジョイントロックの領域あるいはシールリングの間隙の領域に生じ、これにより、シールリングにおいて特に一様に材料が摩耗し、これにより、ピストンリングのシール作用が長期にわたって確実に得られるという効果を有する。
【０００７】
本発明によるピストンリングは、ピストンリングがその摩耗から独立したシール作用を有するという効果を有する。本発明によるピストンリングは、間隙を備えた一体的なシールリングとジョイントとを含むとともに、ジョイントあるいはシールリングの間隙をシールするジョイントロックを含む。ジョイントロックは、シールリングに対して移動可能に実装される。ピストンリングを横断して作用される差圧により、ジョイントロックを支持する径方向外側に作用する力が生じ、これにより、ジョイントロックは確実に摩耗されるが、ジョイントロックは径方向外側に作用する力により径方向外側に移動され、これにより、ピストンリングのシール作用が摩耗にかかわらず維持される。しかしながら、周知のピストンリングは、シール作用が不完全な摩耗補償により低減されるという短所を有する。
【０００８】
本発明によるピストンリングは、シールリングが広範囲にわたって周方向に一様な断面積を備えた完全な外形を有し、好ましくは正方形または矩形の断面を備え、シールリングの軸線方向の幅および径方向の幅が好ましくはピストンリングの軸線方向の幅および径方向の幅に相当するという効果をさらに有する。好適な一実施形態において、完全な外形を備えたシールリングは、ジョイントロックまで周方向に延びる。実施形態に応じて２０°乃至最大で１８０°の角度範囲にわたって周方向に延びるジョイントロックの選択された長さに応じて、完全な外形を備えたシールリングは、シールリングがジョイントロックの周方向の長さに応じて３４０°乃至１８０°の残りの角度範囲にわたって延びるように好適に設計される。軸線方向に相互に並べられるとともに周方向に延びる少なくとも２つのサブリングからなる従来技術による周知のピストンリングとは対照的に、本発明によるピストンリングは、ピストンリングの軸線方向の幅全体および径方向の幅全体にわたって延びる完全な外形を有する１つのシールリングを有し、これにより、大きな断面積が得られ、特に比較的大きな圧力に耐久可能なシールリングが得られる。ピストンリングの要求がさらに高圧力に耐久することにあるという事実を考慮して、幅全体にわたって完全な外形を備えるシールリングは、大きな力に耐久可能であるため、特に好適である。
【０００９】
ジョイントロックは、２０°乃至１８０°の角度範囲にわたって延びる。好適な一実施形態において、ジョイントロックは１２０度以下の角度範囲で延びる。導入部で引用された先行技術から、ピストンリングがシールリングおよびカバーリングからなり、シールリングおよびカバーリングの両者が略３６０°にわたって延びることが周知である。１８０度以上の角度範囲にわたって延びるカバーリングは、ピストンロッドへの嵌合時に開放される必要があり、これは、実装時または後の作動時にカバーリングに生じる破損の危険性を含むという短所を有する。そのようなカバーリングはさらに、比較的堅固な設計であり。これにより、実装時の破損の危険性がさらに高められる。１８０°以下または未満の角度範囲にわたって延びるジョイントロックを備えた本発明によるピストンリングは、ピストンロッドへの嵌合時に、開放される必要がなく、したがって、実装時に生じ得る破損が排除されるという効果を有する。さらに、このジョイントロックは、２つのジョイントロックが３６０度にわたって延びるリングや半加工品から製造可能であるという効果を有する。最大１２０度まで延びるジョイントロックは、３つのジョイントロックが３６０度にわたって延びるリングや半加工品から製造可能であるという効果を有する。したがって、必要な材料はより少なくて済むため、ジョイントロックおよびこれに伴うピストンリング全体は、より費用効果的に製造可能である。ＰＥＥＫのような高価な材料がジョイントロックに使用される場合、これは特に好適である。
【００１０】
本発明によるピストンリングは、一体的なシールリングの他シールリングに対して突き合わされるジョイントロックをさらに含み、ジョイントロックが径方向に移動可能であり、作用される差圧によりシールリングに対して押圧され、これにより、本発明によるピストンリングが高いシール力を有し、摩耗が少なく、かつ実装が単純であるという効果を有する。
【００１１】
好適な一実施形態において、シールリングは、偶発的な屈曲により実装時に高い負荷が作用される、ジョイントに対向する区域において、軸線方向の幅全体および径方向の幅全体にわたって完全な外形を有し、あるいは、低減されない径方向幅または低減されない断面を有するように設計される。好ましくは完全な外形および一定の軸線方向の幅および一定の径方向の幅を備えるシールリングは、３４０°乃至１８０°の角度範囲にわたって好適に延びる。これに隣接する、シールリングの２本の端部脚部において、脚部の径方向の幅あるいは脚部の断面積は、２つのジョイント端部に向かう方向において好適に低減され、好ましくは連続して低減される。断面が低減されることにより、曲げ剛性がこれらの隣接する端部脚部の領域で低減され、これにより、改善された摩耗補償が可能となる。端部脚部の低減された曲げ剛性は、シールリングが実装時に損傷を受けず、また、処理において必要とされるシールリングの短期の開放が不要であるという効果をさらに有する。
【００１２】
シールリングのジョイントのシールは、径方向および軸線方向の両者において、いわゆるジョイントロックとして設計される好ましくは特別なＬ字状の区域により行われる。
周方向におけるこのジョイントロックの範囲は、多くて１８０°以下であり、これにより、摩耗の補償が、ジョイントロックの屈曲ではなく、ジョイントロックの径方向の移動により行われる。したがって、ジョイントロックの材料特性、特にその弾性は、摩耗補償の質において重要なものではない。さらに、ジョイントロックがピストンに実装される際に、ピストンは実装のために屈曲するものではなく、単純に溝内に挿入されるため、破損の危険性がない。特に好ましい実施形態において、ピストンリングは、例えばＰＴＦＥのようなポリマーからなる比較的弾性を備えたシールリングと、例えば金属またはＰＥＥＫからなる比較的剛性を備えたジョイントロックとを備える。そのような実施形態は、シールリングがその弾性特性により、実装時に問題なく破損の危険性がなく、開放可能であるという長所を有する。
【００１３】
したがって、本発明によるピストンリングは確実にピストンに実装可能である。空転または円滑な摩擦のシール要素としてのピストンリングは、振動して移動されるピストンのシールに特に好適である。
【００１４】
本発明によるピストンリングを例示的な実施形態に基づいて、詳細に後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】ピストンリングを示す平面図。
【図１ｂ】交差線Ａ−Ａに沿った図１ａの断面図。
【図２ａ】シールリングを示す平面図。
【図２ｂ】交差線Ｂ−Ｂに沿った図２ａの断面図。
【図３ａ】ジョイントロックを示す平面図。
【図３ｂ】交差線Ｃ−Ｃに沿った図３ａの断面図。
【図４】ピストンリング、およびピストンリングに作用する力をさらに示す平面図。
【図５ａ】さらなる例示的な実施形態によるピストンリングを示す平面図。
【図５ｂ】交差線Ｄ−Ｄに沿った図５ａの断面図。
【図６ａ】さらなる例示的な実施形態によるジョイントロックを示す平面図。
【図６ｂ】交差線Ｅ−Ｅに沿った図６ａの断面図。
【図７】さらなる例示的な実施形態によるピストンリングを示す断面図。
【図８ａ】さらなる例示的な実施形態によるピストンリングを示す平面図。
【図８ｂ】交差線Ｆ−Ｆに沿った図８ａの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例示的な実施形態の説明に使用される図面において、同じ要素には、基本的に同じ参照符号が付される。
図１ａは、往復圧縮機用のピストンリング１を示す平面図であり、図１ｂは、交差線Ａ−Ａに沿ったピストンリングの断面図である。ピストンリング１は、シールリング２の他、さらにジョイントロック３を備える。図２ａは、シールリング２を示す平面図であり、図２ｂは、交差線Ｂ−Ｂに沿ったシールリング２の断面図である。図３ａは、ジョイントロック３を示す平面図であり、図３ｂは、交差線Ｃ−Ｃに沿ったジョイントロック３を示す断面図である。シールリング２は、一体的に設計されるとともに中間点Ｍを中心とした周方向Ｎに延び、軸線方向Ｈは、周方向Ｎに直交して延びる。シールリング２は、弧状に延びる外側表面２ｋを有し、シールリング２は、ジョイント端部２ｌによる直線的なカットジョイントを有し、間隙２ａは、周方向Ｎに沿ってジョイント端部２ｌ間を延びる。ジョイントロック３は間隙２ａをシールし、ジョイントロック３は対称面Ｓに関して対称的な設計である。ジョイントロック３は、対称面Ｓを始点として周方向Ｎに沿って両側に延びる２本の脚部３ｄを有し、ジョイントロックの２本の脚部３ｄは、最小で２０°乃至最大で１８０°の角度範囲全体にわたってすべて延び、図１ａおよび図３ａに示すように、好ましくは、１８０°未満の角度範囲にわたって延びる。ジョイントロックの脚部３ｄは、弧状に延びるとともに径方向外側に配向される外側３ｇを有する。ジョイントロック３は、対称面Ｓを始点として周方向Ｎに沿って両側に延びるとともに軸線方向Ｈに沿って脚部３ｄにわたって突出する接触部３ｂを有する。接触部３ｂは、ジョイントロックの２本の脚部３ｄの角度範囲の一部にわたってのみ周方向Ｎに延び、接触部３ｂは径方向外側に配向される接触面３ｃを有し、接触面３ｃは脚部の外側３ｇに対して径方向に戻るように延び、これにより、接触面３ｃに沿ったジョイントロックの脚部３ｄは、軸線方向Ｈに配向された係止部３ｈを形成する。シールリング２およびジョイントロック３は、図１ａおよび図１ｂから明らかなように、組み立てられた状態において、ジョイントロック３が係止部３ｈを介してシールリング２に対して側方に突き合わされ、これにより、接触部３ｂの接触面３ｃが、特に間隙２ａに沿って延びるとともに、周方向Ｎに沿ってこれを覆うように相互に形状が一致するように設計される。
【００１７】
シールリング２およびジョイントロック３は、ジョイントロック３がシールリング２の内側２ｉに突き合わされた場合にジョイントロック３の脚部の外側３ｇおよびシールリング２の外側表面２ｋが周方向Ｎの少なくとも一部にわたって径方向に一致して延びるように、好適に相互に形状が一致するように設計される。この場合、径方向外側に配向されるガス圧力Ｇは、ジョイントロック３に作用し、これにより、図４に示すように、往復圧縮機の作動時に、ジョイントロック３は径方向外側に押圧され、図１ａに示す位置を占める。往復圧縮機の作動時に、ピストンリング１は、所定の程度摩耗する。すなわち、ジョイントロック３の径方向外側に配向された側３ｇおよびさらにシールリング２の外周面２ｋの少なくとも一部は、所定の程度摩耗する。外周面２ｋは、特に先端ほど細くなる脚部２ｅの領域が所定の程度摩耗する。これにより、間隙２ａの幅は、往復圧縮機の作動時における摩耗により周方向Ｎに増加する。ジョイントロック３に作用するガス圧力Ｇは、ジョイントロック３に対して径方向外側に作用する力を作用させ、これにより、ジョイントロック３は、シールリング２およびジョイントロック３の摩耗が大きくなると、間隙２ａに対して所定の位置にさらに突き合わされ、間隙２ａをシールする。したがって、本発明によるピストンリング１は、確実に摩耗を補償し、かつさらに長期にわたって確実にシール作用を有する。
【００１８】
図１ａおよび図２ａに示すように、シールリング２は、シールリング２が第１の脚部２ｂおよび第２の脚部２ｃからなり、周方向Ｎに沿ったこれらの２本の脚部２ｂおよび２ｃが、先端ほど細くなる脚部２ｅに沿って径方向にジョイント端部２ｌに向かって先端ほど細くなるように、好適に設計される。２本の脚部２ｂおよび２ｃ、あるいは脚部２ｅは、ジョイント端部２ｌまで延びる角度範囲に沿って好適に先端ほど細くなり、この角度範囲は、ジョイント端部２ｌを始点とし、例えば４５°であり、最大で９０°である。
【００１９】
好適な一実施形態において、ジョイントロック３は、図１ａおよび図３ａに示すように、中間に、対称面Ｓの領域に、接触面３ｃを超えて径方向に突出する突出タブ３ａを有し、タブ３ａは、周方向Ｎにおいて、間隙２ａと同じ幅であるか間隙２ａより狭く設計される。突出タブ３ａは、脚部の外側３ｇまで好適に延びる。好適な一実施形態において、ジョイントロック３は、最大１８０°の角度範囲にわたって周方向Ｎに延びる。
【００２０】
シールリング２は、図１ｂおよび図２ｂに示すように、第１の脚部２ｂおよび第２の脚部２ｃからなるように好適に設計される。各脚部２ｂおよび２ｃは、肩部２ｇを有し、脚部２ｂおよび２ｃの軸線方向の幅Ｋは、肩部２ｇの領域において低減され、これにより、各脚部２ｂおよび２ｃは、肩部２ｇとジョイント端部２ｌとの間に低減された軸線方向の幅Ｋ１を備える端部脚部２ｈを有する。
【００２１】
図１ａおよび図２ａに示すように、周方向Ｎに沿ったシールリング２は、一定の軸線方向の幅Ｋおよび２つの肩部２ｇ間の一定の径方向の幅Ｉを有し、これにより、図２ｂに示すように、この区域に沿ったシールリング２は、矩形または正方形の設計である完全な外形を有する。端部脚部２ｈは、低減された軸線方向の幅Ｋ１を有し、ジョイントロックの脚部３ｄは、軸線方向の部分的な幅Ｋ２をさらに有し、端部脚部２ｈおよびジョイントロックの脚部３ｄは、それらの軸線方向の幅全体が、２つの肩部２ｇ間のシールリング２の軸線方向の幅Ｋに対応するように、相互に形状が一致するように配置されるとともに設計される。したがって、ピストンリング１は、全周面に沿って一定の軸線方向の幅Ｋを確実に有する。
【００２２】
図１ｂに示すように、ジョイントロックの脚部３ｄは、好ましくは係止部３ｈを介して端部脚部２ｈに対して突き合わされ、端部脚部２ｈの低減された軸線方向の幅Ｋ１およびジョイントロックの脚部３ｄの軸線方向の部分的な幅Ｋ２は、軸線方向の幅Ｋに相当する軸線方向の幅全体をなす。
【００２３】
好適な一実施形態において、端部脚部２ｈおよび先端ほど細くなる脚部２ｅの両者は、肩部２ｇにて同じ遷移点を始点とし、すなわち周方向に沿ったシールリング２は、肩部２ｇから脚部２ｅに沿って径方向に先端ほど細くなるとともに軸線方向に低減された軸線方向の幅Ｋ１を有する。しかしながら、この遷移点は、端部脚部２ｈと先端ほど細くなる脚部２ｅとにおいて同一である必要はなく、したがって、第１の脚部２ｂおよび第２の脚部２ｃが例えば肩部２ｇに対して周方向Ｎに沿って先端側に数度の角度をなした位置に先端ほど細くなる脚部２ｆが形成されてもよい。
【００２４】
図１ａから明らかなように、好適な一実施形態におけるジョイントロック３は、２つの接触部３ｂを有し、これらは、接触部３ｂの端部に向かう方向に低減される径方向の壁厚を有する。さらに、シールリング２は、シールリング２が、周方向に沿ってジョイント２ｌを始点として径方向に増加する壁厚を有するように延びるように設計され、ジョイントロック３およびシールリング２の壁厚は、図１ａに示すように、ジョイントロック３およびシールリング２の径方向の幅の合計が一定となるように相互に形状が一致するように径方向に好適に延び、これにより、周方向に沿ったピストンリング１は、一定の径方向の幅Ｉを好適に有する。
【００２５】
図６ａおよび図６ｂは、ジョイントロック３のさらなる例示的な実施形態を示し、これは、図３ａに示す例示的な実施形態とは対照的に、鼻部３ａを有さない。
好適な一実施形態において、各脚部２ｂおよび２ｃは、図２ｂに示すように、肩部２ｇを有し、脚部２ｂおよび２ｃの軸線方向Ｈにおける軸線方向の幅Ｋの厚みは、肩部２ｇの領域において低減され、これにより、脚部２ｂおよび２ｃは、肩部２ｇとジョイント端部２ｌとの間に低減された厚み、あるいは低減された軸線方向の幅Ｋ１を有する。
【００２６】
好適な一実施形態において、シールリング２およびジョイントロック３は、図１ａに示すように、ジョイントロック３の２本の脚部３ｄが対応する端面３ｆで終端するように、形状が一致するように形成される。また、各面３ｆおよびさらに肩部２ｇは、ジョイントロック３がシールリング２に挿入される場合に、端面３ｆが対応する肩部２ｇに突き合わされるように、形状が一致するように設けられる。これにより、ジョイントロック３は、シールリング２に対して所定の位置を占める。これは、図６ａおよび図６ｂに示すように、突出タブ３ａや鼻部３ａがないジョイントロック３を使用する場合、特に好適である。
【００２７】
さらなる好適な実施形態において、シールリング２は、図５ａおよび図５ｂに示すように、周方向Ｎに延びる外周面２ｋに圧力解放溝２ｍを有し、また、圧力解放溝２ｍとシールリング２の内側との間を連通させる開口２ｏがさらに設けられる。圧力解放溝２ｍは、中間点Ｍに対して間隙２ａの反対側にかつ対称的に好適に延びる。本実施形態は、高度に実装されたシールシステムにおける使用に特に好適である。
【００２８】
図５ａおよび図５ｂに示すように、圧力解放溝２ｍは、圧力解放溝２ｍに沿った外周面２ｋの幅全体が、主に端部脚部２ｈの低減された軸線方向の幅Ｋ１に沿った外周面２ｋに一致するように好適に幅広に設計される。これにより、外周面２ｋは、圧力解放溝２ｍに沿って、かつ端部脚部２ｈに沿って同じ軸線方向の幅を有する。これにより、シールリング２をピストン壁に突き合わせる表面圧力は、周方向に沿って等しいか同様である。これにより、シールリング２は過剰に負荷が作用される点がないため、等しい程度の摩耗が続く。図５ａに示すように、圧力解放溝２ｍの始点または端部２ｎは、中間点Ｍを通過する水平線に関して肩部２ｇに対して対称に設けられる。本実施形態により、漸増する対称的な力が外周面２ｋに作用する。
【００２９】
さらなる可能な実施形態において、シールリング２は、図７に示すように、第１の脚部２ｂを備え、周方向Ｎ全体に沿った同じ軸線方向の幅Ｋ全体を有する。脚部２ｂは、周方向Ｎ全体にわたって同じ径方向の幅Ｉを有するか、図７に示すように、遷移点２ｄの後に、径方向の幅に対して先端ほど細くなる脚部２ｅを有する。
【００３０】
さらなる可能な実施形態において、ピストンリング１は、図８ａおよび図８ｂに示すように、シールリング２またはその２本の脚部２ｂおよび２ｃが、径方向に周方向Ｎ全体に沿って一定の径方向の幅Ｉを有し、これは、ジョイント２ｌの領域のちょうど端部においてのみ低減される。例示的な本実施形態において、ジョイントロック３の径方向の幅は、シールリング２の径方向の幅Ｉより僅かに幅広な設計である。これにより、上記図８ａに示すように、ジョイントロック３はシールリング２を収容可能である。
【００３１】
好適な一実施形態において、ピストンリング１、あるいはシールリング２およびジョイントロック３は、同じ材料から製造される。しかしながら、シールリング２およびジョイントロック３を異なる材料から製造することが好適であることも分かっている。材料として、例えばＰＴＦＥ、ＰＥＥＫおよび／または変形ＰＥＥＫが好適である。好適な一実施形態において、シールリングは、ＰＴＦＥのようなポリマーから製造されるが、ジョイントロックはＰＥＥＫから製造される。本発明によるピストンリングは、空転コンプレッサおよび円滑なコンプレッサの両者において使用可能である。空転用の材料として、例えば充填ＰＴＦＥや、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシド、ＰＦＡのような高温ポリマーが好適である。円滑なコンプレッサの材料として、例えば充填プラスチックおよび繊維複合材料、あるいは例えばねずみ鋳鉄や銅のような金属材料が好適である。円滑なコンプレッサにおいて、ピストンリングのハイブリッド溶液は、ＰＥＥＫまたはＰＴＦＥのようなプラスチックからなるピストンリング１、および銅のような金属からなるジョイントロック３によってさらに考えられるであろう。そのようなハイブリッド溶液により、非常に良好なシール作用が得られる。さらなる好適な実施形態において、ピストンリング１は、シールリング２およびジョイントロック３が異なる材料から製造され、シールリング２の材料がジョイントロック３より好ましくは少なくとも１０％低い曲げ弾性率を有するように設計される。
【００３２】
本発明によるピストンリング１は、非加圧状態にあるジョイントロック３が重力によりシリンダバレルに接触しないように水平コンプレッサに設けられる。重力に対抗してジョイントロックをシリンダバレルに対して径方向外側に移動させる、ピストンリング１に作用される差圧によってジョイントロックを駆動することにより、シールリング２の接合部がシールされる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図３ｂ】
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【図６ｂ】
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