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Federnder Kolbenring für hin-und hergehende Kolben.
Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenringe für hin-und herbewegliche Kolben und betrifft insbesondere einen aus einem Stuck bestehenden, federnden Kolbenring, in dessen Stirnwandungen versetzt zueinanderliegende, von einem Steg und den Enden der Ringteile begrenzte Einschnitte vor- gesehen sind.
Bekannte Kolbenringe ähnlicher Art entstehen dadurch, dass von einem zylindrischen, hülsen- förmigen Arbeitsstück schraubenförmig verlaufende Windungen abgeschnitten werden. Die Enden der Windungen werden dann in üblicher Art bearbeitet, worauf die Windungen in bekannter Weise übergesprengt oder umgekehrt werden, so dass ihre bisher die Aussenflächen des Kolbenringes dar- stellenden Teile nunmehr die Innenflächen bilden. Die den Windungen innewohnende Federkraft, die ursprünglich das Bestreben hat, die Windungen voneinander zu trennen, wirkt nach dem Über- sprengen im umgekehrten Sinne, d. h. sie presst die beiden Windungen fest gegeneinander.
Die Folge hievon ist, dass die Windungen eines derartigen passend in eine Kolbennut eingesetzten Ringes während des Laufes des Motors festliegen und mithin weder mit Bezug auf die Begrenzungswandungen der
Kolbennut noch mit Bezug aufeinander sieh bewegen können.
Kolbenringe, die aus zwei einzelnen, ineinander angeordneten und an einer Stelle miteinander verschweissten Ringen bestehen, wirken in der gleichen Weise wie die oben beschriebenen, nach Art von Schraubenfedern hergestellten, aus einem Stück bestehenden Kolbenringe.
Alle diese Kolbenringe sind so ausgebildet, dass ihre Windungen federnd gegeneinander gepresst werden und daher einander ständig berühren. Der in die Kolbennut eingepasste Ring verhindert mithin jegliche Zufuhr von Schmiermittel nach der Zylinderinnenwandung. Infolge der zwischen den einander unter Federdruck berührenden Flächen der Windungen vorhandenen Reibung wird im übrigen den radialen Ausdehnungen derartiger Kolbenringe beträchtlicher Widerstand geboten, so dass die Ringe sich der Kolbenwandung nicht in einer eine unbedingte Abdichtung gewährleistenden Weise anpassen können.
Der Zweck der Erfindung ist nun, alle oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und einen federnden
Kolbenring zu schaffen, der nach allen Radialriehtungen sich gleichmässig ausdehnen kann und dessen
Ringteile infolge Belassung eines Abstandes zwischen ihnen axial mit Bezug aufeinander verschiebbar sind, um durch diese Bewegung eine Pumpwirkung zu erreichen zum Zwecke, der Innenwandung des Zylinders dauernd Öl zuzuführen, ohne dabei Gefahr einer Verkohlung des Schmiermittels zu laufen.
Erreicht wird der angestrebte Zweck erfindungsgemäss dadurch, dass der Ring zwischen den einander abgekehrten Begrenzungswandungen der Einschnitte parallel zu seinen Stirnwandungen geschlitzt ist, so dass die Ringteile im Ruhezustand im Abstand voneinanderliegen.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt und es zeigen :
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Kolbenringes nach der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht dieses Kolbenringes, Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, aus welcher die Lage der einzelnen Teile im Augenblick der Beendigung der Abwärtsbewegung des Kolbens ersichtlich ist, Fig. 4 eine abgebrochene Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Kolbenringes, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 eine schaubildliche Ansieht einer weiteren Ausführungsform des Kolbenringes und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6, in Richtung der Pfeile gesehen.
In dem Ring nach den Fig. 1-3 sind in den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 1 und 2 des Kolbenringes Einschnitte. 3 und 4 vorgesehen, die versetzt zueinanderliegen und je bis etwa zur Mitte der Ringbreite reichen. Hiedurch entsteht ein Steg 5. Von den äusseren Begrenzungskanten 6
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und 7 der Einschnitte : und 4 ist nun der Ring durch einen parallel zu seinen Stirnflächen 1 und : 3 geführten Schlitz 8 unterteilt, derart, dass die so entstehenden Ringteile 9 und 10 lediglich durch den
Steg 5 miteinander in Verbindung stehen.
Es ist wesentlich, dass durch diesen Schlitz 8 ein gewisser Abstand zwischen den Ringteilen 9 und 10 geschaffen wird. Die Grösse dieses Abstandes, d. h. also die Breite des Schlitzes 8, kann zahlen- mässig nicht festgelegt werden, denn sie hängt von den besonderen mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes ab, aus dem der Kolbenring besteht, wie auch von der Grösse des Kolbendurehmessers, von der Drehzahl der Maschine bzw. von der Kolbengeschwindigkeit und vielen andern Faktoren. In jedem Fall aber muss der Schlitz 8, wenn die Erfindung verwirklicht werden soll, einen wenn auch noch so kleinen Abstand zwischen den beiden Ringteilen 9 und 10 mit sich bringen.
Praktisch wird die geringste Schlitzbreite durch das Herstellungsverfahren bedingt, nämlich durch die Breite des Werkzeuges, mit dem dieser Schlitz gesägt, gehobelt oder gefräst wird. Eine andere Erzeugung des Schlitzes als durch spanabhebende Bearbeitung scheint weder denkbar noch zweckmässig, denn wenn man diesen Schlitz durch Einsehneiden erreicht, dann wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, dass die sieh gegenüberliegenden Flächen der Teile 9 und 10 geglättet werden, so dass, wenn sie gegeneinander zum Anliegen kommen sollten, wie dies später beschrieben wird, nur die geringste denkbare Reibung auftritt. Im allgemeinen ist jedenfalls zu sagen, dass für die Erzeugung eines solchen Schlitzes von vollkommen gleichmässiger Breite rings um den ganzen Ring die Herstellung des Kolbenringes durch "Rollen" oder "Wickeln", so wie z.
B. Schraubenfedern hergestellt werden, ausdrücklich ausgenommen ist ; denn ein solches Herstellungsverfahren erlaubt niemals die ausreichende Genauigkeit.
Durch die Anbringung der Einschnitte 3 und 4 und des Schlitzes 8 werden aus dem ursprünglich aus einem Stück bestehenden Kolbenring gewissermassen zwei selbständige Ringe 9 und 10 geschaffen, die nur durch den Steg J miteinander in Verbindung stehen. Es ist ohne weiteres erkennbar, dass ein solcher Körper eine vollkommen gleichmässige Federung in allen radialen Richtungen gestattet, und tatsächlich haben lange praktische Versuche die vollkommene Gleichmässigkeit der Federung in allen radialen Richtungen auch unter den härtesten Betriebsbedingungen bewiesen.
Neben dieser radialen Federung können sieh die Ringteile 9 und 10 dank der Anordnung des Schlitzes 8 und der besonderen Form des ganzen Kolbenringes aber auch axial bewegen. Diese Möglichkeit ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung und in Fig. 3 der Deutlichkeit wegen in etwas übertriebenem Nassstabe veranschaulicht. Die Fig. 3 zeigt die Lage der einzelnen Teile des Kolbenringes im Augenblick der Beendigung der Abwärtsbewegung des Kolbens BI im Zylinder 32. Es ist hier ersichtlich, dass das freie Ende des Ringteiles 9 federnd gegen den Teil 10 liegt, der Teil 10 jedoch in seiner Lage parallel verbleibt. Diese federnde axiale Bewegung des Teiles 9 wird dadurch hervorgerufen, dass am Ende der Abwärtsbewegung des Kolbens dieser zusammen mit dem Ring plötzlich scharf abgebremst wird.
Während dabei der Teil 10 des Ringes fest an die untere Seitenwandung der Kolbennut anliegt, kann sich der Teil 9 unter dem Einfluss der noch abwärts wirkenden Beschleunigung weiter nach unten bewegen, u. zw. entsprechend der Breite des Schlitzes 8.
Im Augenblick der Beendigung der Aufwärtsbewegung des Kolbens nehmen die einzelnen Teile des Kolbenringes die umgekehrte Lage ein, d. h. Teil 9 liegt dann parallel zu der oberen Begrenzungwandung der Kolbennut und gegen diese an, während das freie Ende des Teiles 10 gegen den Teil 9 federnd sich stützt. Hiedurch wird in gewissem Sinne eine Pumpwirkung erzeugt, welche ein ständig wiederholtes Auspressen und Wiederansaugen von Öl aus dem Schlitz 8 und zurück in diesen bewirkt.
Besonders wichtig ist dabei, dass das 01 immer gerade im Augenblick der Bewegungsumkehr des Kolbens
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der grössten Gefahr für den Verschleiss oder das Festfressen des Kolbens.
Das in den Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht gewissermassen aus zwei aufgeschnittenen Ringen 9 und 10, die durch den Steg ? zusammengehalten werden. Natürlich kann man im Rahmen der Erfindung die Anzahl dieser "Ringe" beliebig vergrössern, indem man z. B. an das freie Ende des Ringes 10 wiederum einen Steg 5 anbringt usw.
In den Fig. 4 und Ï ist eine abgeänderte Ausführungsform eines Kolbenringes dargestellt, bei der zwischen den einzelnen Teilen 11 und 12 ein verhältnismässig breiter Schlitz 13 vorgesehen ist, der über den Umfang des Ringes verteilt durch an einem der Teile, z. B. an dem Teil 11 vorgesehene Vorsprünge 14 unterbrochen ist. Die Vorsprünge 14 liegen, wie Fig. 5 zeigt, mit ihrem Aussenumfang
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durch einen Steg miteinander in Verbindung.
Bei dieser Ausführungsform ist also der schmale Schlitz 8 der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 wesentlich verbreitert und dieser Schlitz j ! J ist natürlich zur Aufnahme wesentlich grösserer Ölmengen geeignet. Ein solcher Kolbenring wirkt deshalb gewissermassen wie ein Schmierring und man bringt einen solchen, eine kräftige Schmierung bewirkenden Ring zweckmässig nicht als obersten Ring im Bereich der Feuerzone, sondern als zweiten oder dritten Ring an, wobei die Ausführungsform nach Fig. 1-3 den ersten Ring in der Feuerzone bildet.
Die grosse Breite des Schlitzes 13 bei der Ausführungsform nach den Fig. 4 und Ï könnte eine allzu heftige axiale Bewegung der Ringteile 11 und 12 zulassen, die besonders bei grossen Kolben-
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geschwindigkeiten unerwünscht sein kann. Deshalb sind die Vorsprünge 14 vorgesehen, vermittels welcher die einzelnen Ringteile sich gegenseitig abstutzen. Immerhin dürfen diese Vorsprünge nur so breit und müssen in solchen Abständen voneinander angeordnet sein, dass noch eine axiale Bewegung der einzelnen Teile, ähnlich wie sie in Fig. 3 geschildert ist, möglich ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei welcher in den Stirnwandungen16 und 17 des Ringes schräg und parallel zueinander verlaufende Einschnitte 18 und 19 vorgesehen sind. Zwischen den Einschnitten 18 und 19 ist der Ring durch einen parallel zu seinen Stirnwandungen gerichteten Schlitz 20 erstmalig geteilt, der gegenüber dem schrägen Einschnitt 18 bei 91 parallel zu letzterem verläuft und dann wieder pr rallel zu sich selbst in den Schlitz 22 übergeht, um eine nochmalige Unterteilung des Ringes zu erhalten. Der Kolbenring besteht hier demgemäss aus den drei Teilen 2"j, 24, 25.
An gegenüberliegenden Seiten der schrägen Einschnitte 18, 19, 21 sind in grösserem Abstand von den Enden der Teile 2. 3 und 25 an diesen kleine Vorsprünge 26 bzw. 27 vorgesehen, deren Zweck und Wirkung dieselben sind wie die der Stützen 1. bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5.
Die Ausführungsform der Fig. 6 und 7 stellt gewissermassen eine Vervielfältigung eines Ringes nach den Fig. 1 und 2 dar, wobei der dort mit senkrechten Seitenwandungen versehene Steg 5 infolge
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lichen Merkmale, die Wirkungsweise und die Vorteile bleiben aber dieselben. Natürlich kann das in Fig. 6 gezeigte Beispiel auch nur zwei Ringteile 28 und 24 aufweisen.
Zur Erzielung einer von Ringteil zu Ringteil zunehmenden Elastizität können die einzelnen
Ringteile 2. 3, 24 und 25 in radialer Richtung fortschreitend geringere Stärke haben, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, wo links der Querschnitt der einzelnen Teile stufenweise geringer wird, während er nach der rechts gezeigten Ausführungsform sich allmählich verringert, indem die Innenfläche der übereinanderliegenden Ringe einen Kegelstumpf begrenzt. Hiedurch wird eine fortschreitend zunehmende Elastizität der einzelnen Ringteile erreicht.
Die gleiche Abstufung ist auch bei dem Ring nach den Fig. 1-3 sowohl als auch bei dem Ring nach den Fig. 4 und 5 möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst alle diejenigen Kolbenringbauarten, bei denen die im vorstehenden geschilderten Vorteile durch die Verwendung einiger der beschriebenen Mittel erreicht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Aus einem Stück bestehender, federnder Kolbenring für hin-und herbewegliche Kolben, in dessen Stirnwandungen versetzt zueinanderliegende, von einem Steg und den Enden der Ringteile begrenzte Einschnitte vorgesehen sind, wobei der Ring zwischen den einander abgekehrten Begrenzungwandungen der Einschnitte parallel zu seinen Stirnwandungen geschlitzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz so hergestellt ist, dass die Ringteile im Ruhezustand im Abstand voneinanderliegen.