Einrichtung zum Abdichten eines in einer Bohrung bewegbaren Körpers mit einem Dichtungsring und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abdichten eines in einer Bohrung bewegbaren Körpers mit einem Dich tungsring und einem offenen Auflagering für den letzteren, der zwischen einer Seitenfläche des Dichtungsringes und einer Seitenfläche der den Dichtungsring aufnehmenden Nut an geordnet ist. Solche Einrichtungen können z. B. in Kolben von Brennkraftmaschinen, Kompressoren und Pumpen oder in Wellen durchführungen und dergleichen verwendet werden.
Es ist bekannt, dass das seitliche Spiel von Kolbenringen in ihrer Nut mit der Zeit zu nimmt, und zwar zufolge Abnützung der Sei tenwände der Ringnuten der Kolben, was sei nerseits eine Folge der Scheuerwirkung der Kolbenringe ist. Handelt es sich um Kolben ringe von Brennkraftmaschinen, so wird die genannte Abnützung durch die durch Neben produkte der Verbrennung bewirkte Elektro- 1vse- oder Säureeinwirk-Ling noch verstärkt; dies ist, besonders der Fall bei Kompressions- zündungsmaschinen, wenn Brennstoffe mit hohem Schwefelgehalt verwendet werden.
Die genannte Spielvergrösserung bewirkt., dass nach einer gewissen Gebrauchszeit keine ein wandfreie Dichtung mehr erzielt wird und Gasverluste auftreten. Obwohl es möglich ist, die genannte Abnützung und die dadurch be dingten Leekverluste durch Verwendung von warmfesten und gegen Abnützung wider- standsfähigen austenitischen Stahlringen zu vermindern, werden dadurch das Gewicht des Ringes und die Kosten der Kolbenherstellung wesentlich erhöht.
Es wurde auch schon vor geschlagen, die genannte Abnützung dadurch zu vermindern, dass auf einer oder auf beiden Seiten eines Kolbenringes ein offener Auf lagering angeordnet wird, der in ungespann- tein Zustand annähernd kreisrund ist und dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Kolbennut; als Mate rial wird für einen solchen Ring verschleiss festes Metall verwendet. Diese Auflageringe sind in ihrer Arbeitslage in der Nut geweitet und besitzen dann nicht mehr genaue Kreis form.
Dies hat den Nachteil, dass sie nun an zwei einander annähernd diametral gegen überliegenden Punkten mit dem Nutenboden in Berührung sind und somit zum Vibrieren oder Flattern neigen, besonders, wenn der Kolben im Betrieb der Maschine grosse Be schleunigung erfährt. Da ferner solche Auf lageringe nicht überall am Boden der Nut. an liegen, können Gase ,durch die zwischen dem innern Umfang der Ringe und dem Nuten boden geschaffenen Zwischenräume entwei chen. Ähnliche Nachteile sind natürlich auch im umgekehrten Fall vorhanden, wo ein elastischer Dichtungsring in der Nut einer eine Bohrung begrenzenden Wandung gehal ten ist und gegen den Umfang einer Welle drückt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer die genannten Nachteile nicht aufweisenden Abdichtungseinrichtung.
Erfindungsgemäss besitzt der offene Auf lagering der Abdichtungseinrichtung in um gespanntem Zustand ovale Form und berührt den Boden der Nut mindestens an drei weni ger als 180 auseinanderliegenden Stellen.
Gemäss dem ebenfalls Erfindungsgegen stand bildenden Verfahren zur Herstellung der genannten Abdichtungseinrichtung wird zur Bildung des Auflageringes ein kreisför miger, offener Metallring hergestellt, der an schliessend auf eine ovale Form gebracht und hierauf einer Wärmebehandlung unterworfen wird, so dass die durch seine Verformung ent standenen Spannungen im Ring aufgehoben werden und der Ring nach beendeter Wärme behandlung seine ovale Form beibehält.
Die Auflageringe der in Frage stehenden Art werden zweckmässig aus Federstahl, der einer Wärmebehandlung unterworfen werden kann, oder aus einem andern verschleissfesten elastischen Metall, wie z. B. Bronze, herge stellt. Die Ringe können mit einer z. B. auf gespritzten Deckschicht versehen sein, welche die Auflagefläche schützt; diese Deckschicht kann aus Chrom oder einem andern korro sionsfesten Material bestehen. Solche Auflage ringe können sowohl in neue als auch in ge brauchte Kolben eingesetzt werden. In beiden Fällen muss nur die Kolbennut ausgeweitet werden.
Einige Ausführungsformen der erfin dungsgemässen Abdichtungseinrichtung sowie das ebenfalls Erfindungsgegenstand bildende Verfahren zur Herstellung einer solchen Ein richtung sind im folgenden an Hand der bei liegenden Zeichnung beispielsweise näher er läutert;
es zeigt: Fig. 1 einen Auflagering während einer ersten Phase seiner Herstellung in Ansicht, Fig. 2 eine Ansicht des Ringes in einer weiteren Herstellungsphase, Fig. 3 einen Kolben in Seitenansicht mit zwei eingesetzten Auflageringen, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 eine Einzelheit einer andern Aus führungsform eines in einen Kolben einge setzten Auflageringes im Schnitt, Fig. 6 eine Art der Befestigung der Auf lageringe in einem Kolben,
Fig. 7 eine Variante zu Fig. 6 im Schnitt und Fig. 8 eine Art .der Verwendung von Auf lageringen in einer Dichtungseinrichtung, bei welcher die den Dichtungsring aufnehmende Nut in der Wandung einer \Bohrung vor gesehen ist.
Beim ersten Ausführungsbeispiel der Ein richtung mit Auflagering nach den Fig. 1-4 handelt es sich um das Abdichten eines Kol bens in einem Zylinder einer Brennkraft- maschine.
Zur Herstellung der einen Auflagering 11 aufweisenden Einrichtung wird vorerst aus Federstahl ein offener Ring hergestellt, und zwar entweder mittels Walzen, wie sie zur Erzeugung zylindrischer Körper üblich sind, oder durch Abschneiden eines Ringes von einem entsprechenden Rohr. Der Ring ist im Querschnitt annähernd rechteekförmig, wobei ,die Kanten zweckmässig abgerundet werden. Dieser Ring wird dann bei 12 radial aufge schnitten. Sein Innendurchmesser ist gleich dem Durchmesser des Bodens der Nut 13 des Kolbens 14, in welche Nut der Ring eingesetzt werden soll. Der Ring wird nun in eine Press- vorrichtung 16 eingeführt, die drei zueinan der parallele Druckrollen 17 aufweist, die je um 120 voneinander entfernt. sind.
Der Ab stand der Druclcrollen 17 ist derart gewählt, dass der Ring, wenn er wie in Fig. 2 gezeigt, in die Pressvorrichtung eingesetzt. ist, so zu sammengedrückt ist., dass sich seine freien Enden bei 18 übergreifen. Der Ring wird da bei leicht oval, wobei die längere Achse des Ovals durch die Trennstelle 18 des Ringes führt, in Fig. 2 also vertikal steht.
Die den Ring 18 tragende Pressvorricli- tung (sie kann natürlich gleichzeitig eine Mehrzahl solcher Ringe zur Behandlung tra gen) wird in der Folge einer Temperatur von annähernd 300 C unterworfen. Diese Erwär mung ,wird während 30 Minuten oder länger ;aufrechterhalten, je nach der Grösse und dem Csewieht der zu erwärmenden Metallmasse, bis die durch das Zusammendrücken des Ringes im letzteren erzeugten Spannungen aufgeho ben sind.
Darauf wird die Pressvorrichtung 16 mit dem darin eingespannten Ring abgekühlt, z. B. durch Eintauchen in eine geeignete Kühlflüssigkeit. Der Ring 11 wird dann aus der Pressvorrichtung entfernt und behält nun im urigespannten Zustand die ihm in der Pressvorrichtung gegebene ovale Form bei.
Zwei in der beschriebenen Weise herge stellte Ringe 11 werden dann in die obere Umfangsnut 13 des aus einer Aluminium legierung bestehenden Kolbens 14 eingesetzt. Die Kolbennut 13 ist gerade breit genug, um zwei Auflageringe 13 und einen gusseisernen Kolbenring 20 aufnehmen zu können. In der Kolbennut werden die Ringe 11 auf ihre ur sprüngliche Kreisform ausgedehnt. Es ver steht sich, :dass die Ringe dadurch an min destens den :drei der Lage der Druckbolzen 17 in der Pressvorrichtung 16 entsprechenden Stellen am Nutboden anliegen; praktisch lie gen sie jedoch mit ihrem ganzen Umfang am Nutboden an.
Somit sind die Ringe 11 gegen Flattern gesichert.
Es versteht sich, dass die Pressvorrichtung mehr .als drei Druckrollen aufweisen kann; ebenso kann sie mit einer über den ganzen Innenumfang gehenden Druckfläche versehen sein, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass der fertige Ring eine solche Form besitzt, dass er annähernd über seinen ganzen Umfang am Nutboden anliegt. Die dazu notwendige Form der Druckfläche kann durch Versuche bestimmt werden.
Der Auflagering kann aber auch aus Blech material gestanzt werden, und zwar in der in Fig. 1 gezeigten Form oder :direkt in der end gültigen ovalen Form. Das dazu verwendete Blechmaterial kann mit einer Deckschicht aus Chrom oder einem andern harten Material versehen sein.
Ferner kann der Auflagering durch schraubenlinienförmiges Walzen eines Strei fens erzeugt werden, worauf von dem so er- haltenen schraubenlinienförmig gewundenen Streifen einzelne Ringe abgeschnitten werden, die, wie oben beschrieben, weiterbearbeitet werden.
Der Auflagering kann auch so hergestellt werden, :dass zuerst ein offener Ring mit exakter Kreisform erzeugt wird, der dann so zusammengepresst wird, dass sich seine freien Enden übergreifen. Diese freien Enden des Ringes werden dann festgehalten, während der übrige Teil des Ringes freigelassen wird. Darauf wird der Ring wie beim erstbeschrie benen Beispiel einer Wärmebehandlung unter worfen. Auf diese Weise hergestellte Auflage ringe liegen normalerweise über ihren ganzen Umfang gleichmässig am Nutboden an.
Fig. 5 zeigt eine Variante :der vorangehend beschriebenen Auflageringe; bei dieser Va riante nimmt die Ringdicke nach einer Seite, das heisst der in Gebrauchslage äussern Ring seite hin,. ab.. Solche Auflageringe werden in Einrichtungen zum Abdichten eines Kolbens in einem Zylinder verwendet, und zwar zu sammen mit Kolbenringen, deren -Dicke in gleicher Weise abnimmt.
Die Auflageringe können, wenn dies er forderlich ist, durch Punktschweissung, wie in Fig. 6 bei 19 gezeigt, am Kolben, an dem sie verwendet werden, fixiert sein. Die Schweiss stellen können um 45 auseinander liegen; die ses Festschweissen der Ringe kann natürlich. auch bei im Querschnitt rechteckigen Ringen gemäss Fig. 3 oder bei Ringen abnehmender Dicke gemäss den Fig. 5 und 6 allgewendet werden.
Fig. 7 zeigt eine Variante der in Fig. 6 dargestellten Befestigungsart der Auflage ringe. Bei dieser Ausführung ist der entspre chende Rand der Nut bei 20 über den Auf lagering gestaucht.
Fig. 8 zeigt Auflageringe der in Frage stehenden Art, die in einer Nut angeordnet sind, welche in der eine Bohrung begrenzen- den Wandung vorgesehen ist, wobei in der Nut ein elastischer, gegen die Welle 22 anlie gender Dichtungsring 21 angeordnet ist. Die Auflageringe 23 sind zwischen den Seiten wänden des Dichtungsringes 21 und :der ent- sprechenden Wand der den Ring 21 enthal tenden Nut 24 angeordnet; sie liegen mit Druck gegen den Boden der Nut 24 an, wel- ehen sie annähernd über den ganzen Umfang berühren.
Diese Ringe werden so hergestellt, dass zuerst ein offener Ring in Kreisform er- zeugt wird, der dann z. B. in einer drei Druckrollen aufweisenden Pressvorrichtung auf ovale Form ausgeweitet und anschliessend wie beim erstbeschriebenen Beispiel einer Wärmebehandlung unterworfen wird. In die sem Falle weisen die freien Enden des unge- spannten Ringes einen Abstand voneinander auf, wobei die kleinere Achse der ovalen Form des Ringes durch die Trennstelle des letzteren führt. Der in Einrichtungen der be schriebenen Art zusammen mit dem Auflage ring verwendete Dichtungsring kann auch ein Ölabstreifring sein.
Device for sealing a body movable in a bore with a sealing ring and method for producing such a device. The present invention relates to a device for sealing a movable body in a bore with a sealing ring and an open support ring for the latter, which is arranged between a side surface of the sealing ring and a side surface of the sealing ring receiving groove. Such facilities can e.g. B. in pistons of internal combustion engines, compressors and pumps or in shafts and the like can be used.
It is known that the lateral play of piston rings in their groove increases over time, namely as a result of wear on the walls of the ring grooves of the pistons, which in turn is a result of the abrasion of the piston rings. In the case of piston rings from internal combustion engines, the wear and tear mentioned is increased by the electrical or acidic effects caused by by-products of the combustion; this is particularly the case with compression ignition engines when using fuels with a high sulfur content.
The above-mentioned increase in play has the effect that, after a certain period of use, a perfect seal is no longer achieved and gas losses occur. Although it is possible to reduce the aforementioned wear and the resulting leakage losses by using heat-resistant and wear-resistant austenitic steel rings, this significantly increases the weight of the ring and the costs of piston manufacture.
It has also been proposed to reduce the wear and tear mentioned by arranging an open support ring on one or both sides of a piston ring, which is approximately circular in the untensioned state and whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the piston groove; wear-resistant metal is used as material for such a ring. These support rings are widened in their working position in the groove and then no longer have an exact circular shape.
This has the disadvantage that they are now in contact with the bottom of the groove at two approximately diametrically opposed points and thus tend to vibrate or flutter, especially when the piston experiences great acceleration during operation of the machine. Furthermore, since such on bearing rings not everywhere at the bottom of the groove. are present, gases can escape through the spaces created between the inner circumference of the rings and the groove base. Similar disadvantages are of course also present in the opposite case, where an elastic sealing ring is held in the groove of a wall delimiting a bore and presses against the circumference of a shaft.
The present invention now aims to create a sealing device which does not have the disadvantages mentioned.
According to the invention, the open bearing ring on the sealing device in the clamped state has an oval shape and touches the bottom of the groove at least at three less than 180 points apart.
According to the method for the production of the sealing device, which is also the subject of the invention, a circular, open metal ring is produced to form the support ring, which is then brought to an oval shape and then subjected to a heat treatment so that the stresses created by its deformation are Ring and the ring retains its oval shape after the heat treatment has ended.
The support rings of the type in question are expediently made of spring steel, which can be subjected to a heat treatment, or of another wear-resistant elastic metal, such as. B. bronze, herge provides. The rings can with a z. B. be provided on sprayed cover layer, which protects the bearing surface; this cover layer can consist of chrome or some other corrosion-resistant material. Such support rings can be used in both new and used pistons. In both cases, only the piston groove needs to be widened.
Some embodiments of the sealing device in accordance with the invention and the method for producing such a device, which is also the subject of the invention, are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, for example;
1 shows a view of a support ring during a first phase of its production, FIG. 2 shows a view of the ring in a further production phase, FIG. 3 shows a piston in side view with two support rings inserted, FIG. 4 shows a section along line 4 -4 in Fig. 3, Fig. 5 shows a detail of another embodiment of a support ring inserted into a piston in section, Fig. 6 shows a type of fastening of the support rings in a piston,
7 shows a variant of FIG. 6 in section and FIG. 8 shows a kind of the use of bearing rings in a sealing device in which the groove receiving the sealing ring is seen in the wall of a bore.
The first embodiment of the device with a support ring according to FIGS. 1-4 is the sealing of a piston in a cylinder of an internal combustion engine.
To produce the device having a support ring 11, an open ring is first produced from spring steel, either by means of rollers, as are customary for producing cylindrical bodies, or by cutting a ring from a corresponding tube. The ring is approximately rectangular in cross section, the edges being suitably rounded. This ring is then cut up radially at 12. Its inner diameter is equal to the diameter of the bottom of the groove 13 of the piston 14 into which groove the ring is to be inserted. The ring is now inserted into a pressing device 16, which has three pressure rollers 17 parallel to one another, which are each 120 apart from one another. are.
From the stand of the pressure rollers 17 is chosen such that the ring, when it is as shown in Fig. 2, inserted into the pressing device. is so compressed. That its free ends overlap at 18. The ring becomes slightly oval there, the longer axis of the oval leading through the separation point 18 of the ring, so it is vertical in FIG. 2.
The pressing device carrying the ring 18 (it can of course carry a plurality of such rings for treatment at the same time) is subsequently subjected to a temperature of approximately 300.degree. This heating is maintained for 30 minutes or more, depending on the size and the temperature of the metal mass to be heated, until the stresses generated in the latter by the compression of the ring are relieved.
Then the pressing device 16 is cooled with the ring clamped therein, for. B. by immersion in a suitable coolant. The ring 11 is then removed from the pressing device and now retains the oval shape given to it in the pressing device in the originally tensioned state.
Two rings 11 Herge made in the manner described are then inserted into the upper circumferential groove 13 of the piston 14 made of an aluminum alloy. The piston groove 13 is just wide enough to accommodate two support rings 13 and a cast iron piston ring 20. In the piston groove, the rings 11 are expanded to their original circular shape. It goes without saying that: the rings thereby abut at least the: three points corresponding to the position of the pressure bolts 17 in the pressing device 16 on the bottom of the groove; in practice, however, they lie with their entire circumference on the groove bottom.
The rings 11 are thus secured against fluttering.
It goes without saying that the pressing device can have more than three pressure rollers; it can also be provided with a pressure surface extending over the entire inner circumference, which is designed and arranged in such a way that the finished ring has such a shape that it rests almost over its entire circumference on the groove base. The required shape of the pressure surface can be determined through experiments.
The support ring can also be punched from sheet metal material, in the form shown in Fig. 1 or: directly in the final oval shape. The sheet metal material used for this purpose can be provided with a cover layer made of chromium or another hard material.
Furthermore, the support ring can be produced by the helical rolling of a strip, whereupon individual rings are cut off from the helically wound strip obtained in this way, which rings are further processed as described above.
The support ring can also be manufactured in such a way that: First an open ring with an exact circular shape is created, which is then pressed together so that its free ends overlap. These free ends of the ring are then held in place while the remainder of the ring is released. The ring is then subjected to heat treatment as in the first-described example. Support rings produced in this way normally rest evenly on the groove bottom over their entire circumference.
Fig. 5 shows a variant: of the support rings described above; In this variant, the ring thickness increases to one side, i.e. the outer ring side in the position of use. from .. Such support rings are used in devices for sealing a piston in a cylinder, to be precise together with piston rings whose thickness decreases in the same way.
The support rings can, if this is necessary, be fixed by spot welding, as shown in FIG. 6 at 19, to the piston on which they are used. The sweat spots can be 45 apart; this welding of the rings can of course. 3 or rings of decreasing thickness according to FIGS. 5 and 6 can also be used for all rings with a rectangular cross section.
Fig. 7 shows a variant of the fastening of the support rings shown in Fig. 6. In this embodiment, the corresponding edge of the groove is compressed at 20 on the bearing ring.
8 shows support rings of the type in question, which are arranged in a groove which is provided in the wall delimiting a bore, an elastic sealing ring 21 resting against the shaft 22 being arranged in the groove. The support rings 23 are arranged between the side walls of the sealing ring 21 and: the corresponding wall of the groove 24 containing the ring 21; they rest against the bottom of the groove 24 with pressure, which they touch almost over the entire circumference.
These rings are manufactured in such a way that first an open ring in the shape of a circle is created, which then z. B. expanded in a three pressure roller having pressing device to an oval shape and then subjected to a heat treatment as in the first example described. In this case, the free ends of the untensioned ring are at a distance from one another, the smaller axis of the oval shape of the ring passing through the separation point of the latter. The sealing ring used in facilities of the type described be together with the support ring can also be an oil control ring.