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Segment pour pistons à mouvement alternatif.
Dans la fabrication de segments élastiques pour pis- tons à mouvement alternatif, on éprouve de grandes difficul- tés à obtenir une bonne élasticité dans toutes les direc- tions radiales afin d'assurer une bonne herméticité et une usure exclusivement régulière du segment et, le cas échéant, des parois du cylindre. En outre, il faut assurer un graissage suffisant du segment sans le risque de carbonisation du lubrifiant.
On a déjà proposé d'enrouler des segments de piston sous forme d'hélices dont les spires individuelles sont alors juxtaposées. L'expérience a toutefois démontré que la retenue et l'amenée de l'huile entre les spires individuelles sont de ce fait entravées, et ce d'une façon entièrement indépendante du fait que l'élasticité des segments de ce genre n'est pas, ou pas assez, régulière dans la direction radiale et qu'on ntobtient par suite qu'une herméticité défectueuse à lapériphérie.
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Tous les modes de réalisation connus présentent toujours le risque d'un grippage des segments, d'Il à. une insuffisance de lubrifiant, et des inconvénients qui en résultent. Finalement, la formation et l'accumulation de calamine sont favorisées, ce qui diminue l'élasticité des spires ou convolutions du-segment dans la direction de l'axe du piston et leur tendance à se coincer.
Le but de l'invention est d'éliminer tous ces in- convénients et d'établir un segment de piston qui travaille d'une façon parfaite, possède une élasticité entièrement uniforme non seulement dans toutes les directions radiales, mais aussi axialement, et assure en outre, d'une façon certaine une retenue dhuile.
On réalise le but visé, suivant l'invention, en prévoyant des encoches dans les parois extrêmes du seg- ment et en pratiquant dans le segment, entre ces encoches, des fentes parallèles auxdites parois extrêmes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortent de la description qui suit et du dessin annexé, qui en reprèsente quelques exemples de réalisation et sur lequel : fig. I est une vue perspective d'un segment de pis- ton suivant 1'invention.. fig.2 en est une vue de côté.
Fig. 3 est une vue analogue à la rig. 2, montrant la position qu'occupent les divers éléments au moment où s'achève le mouvement de descente du piston. fig. 4 est une vue avec arrachement partiel d'un autre mode de réalisation du segment.
Fig. 5 est une coupe par la ligne V-V (fig.4). fig. 6 est une vue perspective d'un autre mode de réalisation du segment.
'il. 7 est une coupe par la ligne VII-VII (fig.6) en regardant dans le sens des flèches.
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Dans la segment établi selon les fige. 1 à 3 les faces frontales, ou faces extrêmes opposées, 1 et 2 du segment présentent respectivement des encoches 4 et 3 qui sont décalées l'ube par rapport à l'autre et vont approxima- tivement jusqu'au milieu du segment. Une entretoise 5 est ainsi constituée. A partir des bords de limitation externes 6 et T des encoches 3 et 4 le segment est alors subdivisé par une fente 8, menée parallèlement à ses surfaces extrêmes 1 et 2, de telle manière que les éléments de segment 9 et 10 qui en résultent sont uniquement reliés entre eux par l'en- tretoise 5.
11 est essentiel qu'un certain intervalle soit constitua entre les éléments de segment 9 et 10 par cette. fente 8. La grandeur de cet intervalle c'est à dire la lar- geur de la fente 8, ne peut pas être fixée numériquement, car elle dépend des propriétés mécaniques particulières du métal dont est fait le segment, de même que du diamètre du piston, du nombre de tours du moteur ou de la vitesse du piston et de nombreux autres facteurs. En tout cas , il faut pour réaliser l'invention, que la fente 8 assure entre les deux éléments de segment 9 et IO un intervalle, si faible soit-il.
Pratiquement, la largeur de fente la plus petite est déter- minée par le procédé d'usinage, c'est-à-dire par la largeur de l'outil à l'aide duquel la fente est pratiquée, qu'elle soit sciée, rabotée ou fraisée. Il ne semble ni concevable ni rationnel de pratiquer la fente autrement que par un enlève- ment du métal.En fait, si l'on pra,tique cette fente par une opération de coupe, on obtient en même temps l'avantage que les surfaces opposées des éléments 9 et IO se trouvent dressées et polies, de sorte que, dans le cas où elles viendraient re- poser l'une sur l'autre, comme il sera décrit plus loin, le frottement qui en résulterait serait réduit au minimum.
En général, on peut en tout cas dire que,, pour établir une fente de ce genre possédant une largeur absolument constante sur tout le pourtour du segment, une opération d'enroulement telle @
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que celle utilisée pour la fabrication des ressorts hélicoï- daux est expressément exclue, car un procédé de fabrication de ce genre ne permet jamais d'obtenir une exactitude suffi- sante.
Par l'application des encoches 3 et 4 et de la fente 6, on convertit en quelque sorte le segment de piston initialement d'une seule pièce en deux anneaux indépendants
9 et 10 qui ne sont reliés entre eux que par l'entretoise 5.
On voit immédiatement qu'un corps de ce genre permet une élasticité parfaitement régulière dans toutes les directions radiales et, en fait, des essais pratiques prolongés ont montré la régularité parfaite de l'élasticité dans toutes les directions radiales, même dans les conditions de travail les plus sévères.
En plus de cette élasticité radiale les éléments 9 et 10 du segment peuvent de mouvoir axialement en raison de la disposition de la fente 8 et de la forme particulière du segment entier. Cette possibilité est une caractéristique importante:de l'invention et, pour la clarté, on l'a représentée à une échelle un peu exagérée sur la fig. 3. Cette figure montre la position des divers éléments du segment au moment où s'achève le mouvement de descente du piston 51 dans' le cylindre 32. On voit ici que l'extrémité libre de l'élément de segment 9 repose élastiquement contre l'élément 10 mais que l'élément 10 reste parallèlement dans sa position.
Ce mouvement axial élastique de l'élément 9 résulte du fait que, à la fin du mouvement de descente du piston, celui-ci est soumis à un freinage intense et bruqque avec le segment. Alors que l'élément 10 du segment s'applique alors fermement contre la paroi latérale inférieure de la rainure du piston, l'élément 9 peut, sous l'influença de l'accélération qui s'exerce encore vers le bas, continuer à descendre, et ce dans une masure correspondant à la largeur de la fente 8.
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Au. moment où s'achève le mouvement de descente du piston, les divers éléments du segment viennent occuper la position inverse, l'élément 9 étant alors parallèle à la paroi de limitation supérieure de la rainure du piston et au contact de cette paroi, alors que l'extrémité libre de l'élément 10 repose élastiquement contre l'élément 9. On obtient ainsi en quelque sorte une action de pompage qui effectue alternativement une expulsion d'huile hors de la fente 6 et un retour d'huile aans cette fente par aspiration, d'une façon continuellement répétée.
C'est justement au moment où le mouvement du piston au contact des parois du cylindre change de sens, c'est-à-dire précisément au moment où le frottement est maximum et où, par suite, le risque d'usure ou de grippage du piston est maximum, qu'il est particuliè - rement important d'assurer une fourniture d'huile.
L'exemple de réalisation représenté par les figs.I à 3 est composé en quelque sorte de deux anneaux découpés 9 et 10 qui sont attachés l'un à l'être par l'entretoise 5.
Bien entendu, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, augmenter à volonté le nombre de ces anneaux, ce.qui s'ob- tient par exemple en disposant à l'extrémité libre du segment I0 une nouvelle entretoise 5, et ainsi de suite.
Les figs. 4 et 5 représentent un segment de piston de construction modifiée dans lequel il est prévu entre les divers éléments 11 et 12 une fente relativement large 13 qui, en des points répartis sur le pourtour du segment est interrompue par des saillies 14 prévues sur un des éléments, par exemple l'élément 11'. Comme le montre la fig. 5 la périphérie des saillies 14 est légèrement en retrait sur celle des éléments 11 et 12. Dans ce cas encore, ces deux éléments 11 et 12 sont reliés entre eux par une entretoiss 15.
Dans ce mode de réalisation, la fente étroite 8 de la construction selon les figs. 1 à 3 est donc notablement élargie et est, bien entendu, apte à recueillir des quanti- @
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tés d'huile notablement plus grandes. Un tel segment agit par conséquent en quelque sorte comme une bague de graissage et, de préférence on se sert d'run segment de ce genre, qui effectue un graissage énergique, non pas pour le segment le plus haut situé au voisinage de la zone de combustion, mais pour le second ou le troisième segment, la construction selon les figs. 1 à 3 étant utilisée pourle premier segment dans la zone de combustion.
La grande largeur de la rente 173 de la construction selon les figs. 4 et 5 pourrait permettre un mouvement axial par trop violent des éléments II et 12 ce qui pourrait être particulièrement facheux dans le cas de grandes vitesses du piston. C'est pourquoi on a prévu les saillies 14 à l'aide desquelles les divers éléments du segment s'appuient les uns contre les autres . Cependant les saillies ne doivent recevoir qu'une largeur telle, et elles doivent âtre disposées à de telles distances les unes des autres, qu'un mouvement axial des divers éléments soit encore possible, d'une façon analogue à ce qui a été décrit pour la fig. 3.
Les fig.6 et 7 montrent un troisième mode de réalisation dans lequel des encoches 18 et 19 obliques et parallèles entre elles, sont prévues dans les parois extrêmes 16 et 17 du segment. Entre les encoches 18et 19 le segment est divisé par une fente 20 qui est parallèle aux faces extrêmes dudit segment et qui en 21 en regard de l'encoche oblique 18, est parallèle à cette encoche, pour reprendre alors son cours parallèle aux faces extrêmes,, en se raccordant à la fente 22 de façon à constituer une nouvelle subdivision du segment.Le segment est par conséquent composé, aans ce cas, de trois éléments 23, 24 et 25.
De part et diantre des encoches obliques 18, 19, 20, 21 sont prévues, à une assez grande distance des extrémités des éléments 23 et 25, de petites saillies 26, 47 dont le rôle et le mode d'action sont les mêmes que ceux des saillies 14 de l'exemple de réalisation selon les figs. 4 et5.
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L'exemple de réa,lisation des figs. 6 et 7 repré- sente en quelque sorte une multiplication d'un segment se- lon les figs. I et 2, l'entretoise 5 à parois latérales verticales présentant dans ce cas des parois latérales obli- ques en raison de l'application des fentes obliques 18, 19 et 21. Les caractéristiques essentielles, le mode d'action et les avantages restent toutefois les mêmes. Bien entendu, l'exemple de la fig.6 pourrait auss ine comporter que deux éléments 23 et 24.
Pour obtenir une élasticité qui augmente d'un élément de segment au suivant, les divers éléments 23, 24 et 25 peuvent recevoir une épaisseur croissant progressivement dans la direction radiale, comme il ressort de la fig. 7 où, à gauche, la section transversale des divers éléments diminue par échelons, alors que , selon le mode de réalisation indi- qué à droite, cette section diminue progressivement, en ce sens que la surface interne des anneaux juxtaposés est celle d'un tronc de cône.De cette façon, l'élasticité des divers éléments du segment croît progressivement.
La même disposition est d'ailleurs applicable au segment selon les figs. I à 3, de même qu'à celui selon les figs. 4 et 5.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et embrasse au contraire tousles types de segg ments de pistons da,ns lesquels les avantages énumérés ci- dessus sont obtenus par l'application de quelques-uns des moyens décrits.
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Segment for reciprocating pistons.
In the manufacture of elastic segments for reciprocating pistons, great difficulty is experienced in obtaining good elasticity in all radial directions in order to ensure good airtightness and exclusively regular wear of the segment and, the where appropriate, the walls of the cylinder. In addition, sufficient lubrication of the ring must be ensured without the risk of carbonization of the lubricant.
It has already been proposed to wind piston rings in the form of propellers, the individual turns of which are then juxtaposed. However, experience has shown that the retention and supply of oil between the individual turns is thereby hampered, and this in a manner entirely independent of the fact that the elasticity of segments of this kind is not , or not sufficiently, regular in the radial direction and that consequently only a defective hermeticity is obtained at the periphery.
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All the known embodiments still present the risk of the segments seizing, from Il to. insufficient lubricant, and the resulting inconveniences. Finally, the formation and accumulation of scale is favored, which decreases the elasticity of the turns or convolutions of the segment in the direction of the piston axis and their tendency to get stuck.
The object of the invention is to eliminate all these drawbacks and to establish a piston ring which works perfectly, has a completely uniform elasticity not only in all radial directions, but also axially, and ensures in addition, it is certain to retain oil.
The object sought, according to the invention, is achieved by providing notches in the end walls of the segment and by making in the segment, between these notches, slots parallel to said end walls.
Other characteristics and advantages of the invention emerge from the description which follows and from the appended drawing, which shows a few embodiments thereof and in which: FIG. I is a perspective view of a piston segment according to the invention. Fig.2 is a side view.
Fig. 3 is a view similar to the rig. 2, showing the position occupied by the various elements at the time when the downward movement of the piston is completed. fig. 4 is a view partially cut away of another embodiment of the segment.
Fig. 5 is a section through the line V-V (fig.4). fig. 6 is a perspective view of another embodiment of the segment.
'he. 7 is a section through line VII-VII (fig.6) looking in the direction of the arrows.
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In the segment established according to the figs. 1 to 3 the end faces, or opposite end faces, 1 and 2 of the segment respectively have notches 4 and 3 which are offset one ub with respect to the other and extend approximately to the middle of the segment. A spacer 5 is thus formed. From the outer limiting edges 6 and T of the notches 3 and 4 the segment is then subdivided by a slot 8, conducted parallel to its end surfaces 1 and 2, such that the resulting segment elements 9 and 10 are only interconnected by the spacer 5.
It is essential that a certain gap be formed between segment elements 9 and 10 by this. slot 8. The size of this interval, that is to say the width of slot 8, cannot be fixed numerically, because it depends on the particular mechanical properties of the metal of which the segment is made, as well as on the diameter of the piston, engine revolutions or piston speed and many other factors. In any case, to achieve the invention, it is necessary that the slot 8 provides between the two segment elements 9 and IO an interval, however small it may be.
In practice, the smallest slot width is determined by the machining process, i.e. by the width of the tool with which the slot is made, whether it is sawn, planed or milled. It does not seem conceivable or rational to make the slit other than by removing the metal. In fact, if this slit is made by a cutting operation, one obtains at the same time the advantage that the surfaces opposites of the elements 9 and IO are found erect and polished, so that, in the event that they come to rest on each other, as will be described later, the friction which would result would be reduced to a minimum.
In general, we can in any case say that ,, to establish a slot of this kind having an absolutely constant width over the entire circumference of the segment, a winding operation such as @
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that that used for the manufacture of the coil springs is expressly excluded, since a manufacturing process of this kind can never achieve sufficient accuracy.
By applying notches 3 and 4 and slot 6, the piston ring, initially in one piece, is converted into two independent rings.
9 and 10 which are only connected to each other by the spacer 5.
It is immediately seen that such a body allows perfectly regular elasticity in all radial directions and, in fact, prolonged practical tests have shown perfect regularity of elasticity in all radial directions, even under working conditions. the most severe.
In addition to this radial elasticity the elements 9 and 10 of the segment can move axially due to the arrangement of the slot 8 and the particular shape of the entire segment. This possibility is an important characteristic of the invention and, for the sake of clarity, it has been shown on a somewhat exaggerated scale in FIG. 3. This figure shows the position of the various elements of the ring at the moment when the downward movement of the piston 51 in the cylinder 32 is completed. It can be seen here that the free end of the ring element 9 rests elastically against the 'element 10 but that the element 10 remains parallel in its position.
This elastic axial movement of the element 9 results from the fact that, at the end of the downward movement of the piston, the latter is subjected to intense and sudden braking with the segment. While the element 10 of the ring then rests firmly against the lower side wall of the piston groove, the element 9 can, under the influence of the acceleration which is still exerted downwards, continue to descend. , and this in a hovel corresponding to the width of the slot 8.
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At. when the downward movement of the piston ends, the various elements of the segment come to occupy the reverse position, element 9 then being parallel to the upper limiting wall of the groove of the piston and in contact with this wall, while the free end of the element 10 rests elastically against the element 9. A pumping action is thus obtained in a way which alternately effects an expulsion of oil out of the slot 6 and an oil return to this slot through aspiration, continuously repeated.
It is precisely at the moment when the movement of the piston in contact with the walls of the cylinder changes direction, that is to say precisely at the moment when the friction is maximum and where, consequently, the risk of wear or seizing piston capacity is maximum, that it is particularly important to ensure an oil supply.
The exemplary embodiment represented by Figs. I to 3 is made up of two cut-out rings 9 and 10 which are attached to one another by the spacer 5.
Of course, it is possible, without departing from the scope of the invention, to increase the number of these rings at will, which is obtained for example by placing at the free end of the segment I0 a new spacer 5, and and so on.
Figs. 4 and 5 show a piston ring of modified construction in which there is provided between the various elements 11 and 12 a relatively wide slot 13 which, at points distributed around the periphery of the ring is interrupted by projections 14 provided on one of the elements , for example element 11 '. As shown in fig. 5 the periphery of the projections 14 is slightly set back from that of the elements 11 and 12. In this case again, these two elements 11 and 12 are connected to each other by a spacer 15.
In this embodiment, the narrow slot 8 of the construction according to figs. 1 to 3 is therefore notably broadened and is, of course, suitable for collecting quanti- @
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significantly larger tees of oil. Such a segment therefore acts in a way like a grease ring and, preferably, a ring of this kind is used, which performs an energetic greasing, not for the highest segment located in the vicinity of the zone of combustion, but for the second or the third segment, the construction according to figs. 1 to 3 being used for the first segment in the combustion zone.
The great width of the rent 173 of the construction according to figs. 4 and 5 could allow too violent axial movement of the elements II and 12 which could be particularly annoying in the case of high piston speeds. This is why the projections 14 have been provided with the aid of which the various elements of the segment bear against each other. However, the projections should only receive such a width, and they should be arranged at such distances from each other, that an axial movement of the various elements is still possible, in a manner similar to what has been described for fig. 3.
FIGS. 6 and 7 show a third embodiment in which notches 18 and 19 oblique and parallel to each other are provided in the end walls 16 and 17 of the segment. Between the notches 18 and 19, the segment is divided by a slot 20 which is parallel to the end faces of said segment and which, at 21 opposite the oblique notch 18, is parallel to this notch, to then resume its course parallel to the end faces, , by connecting to the slot 22 so as to constitute a new subdivision of the segment. The segment is therefore composed, in this case, of three elements 23, 24 and 25.
On either side of the oblique notches 18, 19, 20, 21 are provided, at a fairly large distance from the ends of the elements 23 and 25, small projections 26, 47 whose role and mode of action are the same as those projections 14 of the embodiment according to FIGS. 4 and 5.
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The example of realization of figs. 6 and 7 represent in a way a multiplication of a segment according to FIGS. I and 2, the spacer 5 with vertical side walls having in this case oblique side walls due to the application of the oblique slots 18, 19 and 21. The essential characteristics, the mode of action and the advantages remain however the same. Of course, the example of FIG. 6 could also include only two elements 23 and 24.
In order to obtain an elasticity which increases from one segment element to the next, the various elements 23, 24 and 25 can receive a gradually increasing thickness in the radial direction, as can be seen from FIG. 7 where, on the left, the cross section of the various elements decreases in steps, while, according to the embodiment indicated on the right, this section gradually decreases, in the sense that the internal surface of the juxtaposed rings is that of a truncated cone. In this way, the elasticity of the various elements of the segment increases gradually.
The same arrangement is moreover applicable to the segment according to FIGS. I to 3, as well as that according to figs. 4 and 5.
The invention is not limited to the embodiment shown and on the contrary embraces all types of piston segments in which the advantages listed above are obtained by applying some of the means described.