DE1089228B

DE1089228B - Kolbenringabdichtung

Info

Publication number: DE1089228B
Application number: DEP14011A
Authority: DE
Inventors: Melvin E Estey
Original assignee: Perfect Circle Corp
Current assignee: Perfect Circle Corp
Priority date: 1954-07-20
Filing date: 1955-04-25
Publication date: 1960-09-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenringabdichtting.

Es sind Kolbenringabdichtungen bekannt mit inindestens einem am Zylinder anliegenden Abdichtungsring und mit einer Spannvorrichtung, die den Abdichtungsring axial gegen die Wandung der Kolbenringnut und radial gegen die Zylinderwand anpreßt.

Es ist auch bekannt, U-förmige Spannfinge anDichtüngsleisten so angreifen zu lasseh, daß sie diese Dichtungsleisten an deren innerem Umfang berühren.

Gegenüber den bekannten Ausführungen kehnzeichnet sich die neue Kolbenringabdichtung dadurch, daß die Spannvorrichtung außer Abschnitten, die in an sich bekannter Weise an der benachbarten Umfangsfläche des Abdichtungsringes bzw, der Abdichtungsringe anliegen, einen zusätzlichen Abschnitt aufweist, der an der inneren Umfangsfläche des bzw. der Abdichtungsrittge derart unter einem Winkel in bezug auf die Achse des" bzw. der Abdichtüngsringe anliegt, daß der bzw, die Abdichtüngsringe bestrebt sind, eine Schrägstellung innerhalb der Kolbenringnut einzunehmen und die inneren Umfangsabschnitte der Abdichtungsringe gegen die benachbarte Seite der Kolbertringnut zu drücken.

Hierdurch wird ein Kolbenring geschaffen) der für die Verwendung als Ölf ing besonders geeignet ist und der beim Arbeiten in hohem Vakuum den Ölflüß zwischen den Seiten der Kolbenringnut und' dem Kolbenring verhindert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen vergrößerten radialen Querschnitt einer Kolbenringabdichtung innerhalb einer Kolbenringnüt;

Fig. 2 ist eine schaübildliche Teilänisicht der in Fig. 1 dargestellten Kolbenringabdichtung;

Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, zeigt jedoch eine andere Ausfühfuhgsförm, und

Fig. 4 ist ein Teilgrundriß der in Fig. 3 dargestellten Kolbenringabdichtung nach Linie 4-4 der Fig. 3.

Bei üblichen Kolbenringen, unabhängig davon, ob es sich um eine Bauart mit einem einzelnen Teil oder eine Zusammenstellung handelt, besteht ein geringes Spiel zwischen dem Ring und den· Seiten der Kolbennut, damit der Kolbenring freie Berührungs- undAusdehnungsmöglichkeit hat und sich der Zylinderwandung eng anpassen kann. Es ist jedoch festgestellt worden, daß bei vielen der in Kraftwagen verwendeten neueren Maschinen, bei denen ein Zustand hohen Vakuums vorkommt, sich bei Verwendung der üblichen Kolbenringart übermäßiger Ölverbrauch ergibt. Die. übliche ölringkonstruktion Sieht Schlitze oder andere Öffnungen vor, die das von den Zylinderwänden gekratzte öl in das Innere def Kölbennut laufen und von dort durch vom Bödenteil der Kolbennut aus verlaufende_s im Kolben angeordnete Kanäle zum Kurbelgehäuse zurückfließen lassen.

Kolbenringabdichtung

Anmelder:

Perfect Circle Corporation,
Hagerstown, Ind. (V. St. A.)

Vertreter: Drying. H. Rüschke, Berlin-Friedenau_t

uiid Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 2Ψ, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. V. Amerika vom 20. Juli 1954

Melvin E. Estey, Hagerstown, Ind. (V. St A.),
ist als Erfinder genannt worden

Bei genauer Prüfung diesef Schwierigkeit ist es festgestellt worden, daß der große Ölverbrauch darauf beruht, daß das auf dem Kolbennutboden hinter dem Kolbenfing befindliche Öl durch den Spielraum zwischen dem Ring und def Kolbertringnutseite, insbesondere an der oberen Seite der Kolbenringnut, durch den im Zylinder bestehenden Zustand hohen Vakuums herausgezogen wird. Erfindungsgemäß ist daher eine Kolbenringausführung geschaffen, die eine Abdichtung an den Seiten der Kolbenringnut bewirkt, insbesondere an der oberen Seite, und die dadurch das Öl daran hindert an dieser Stelle durch den erwähnten Spielraum nach außen gezögen zu werden.

Obwohl eine Abdichtung an der oberen Seite der Kolbenfingnut ausreicht, um das infolge des hohen Vakuums effolgende Fließen von Öl nach außen zu verhindern, gibt es zwei Gründe dafür, in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Abdichtung zu beiden Seiten der Rille vorzusehen. So müssen bei einem aus mehfefen Einzelteilen bestehenden Kolbenring die einzelnen Teile zur Abdichtung nur an der oberen Seite der Kolbenringnüt in einer vorbestimmten Weise-montiert werden, damit die Abdichtung eher an der oberen als an der unteren Seite der Kolbenringnut erfolgt. Falls weiterhin eine Abdichtung an der unteren Seite nicht vorgesehen wird, kann mehr Öl in den Innenteil der Kolbenringnut eindringen, als wenn der Ring eine Abdichtung an der untefen Seite vorsähe. Dadurch, daß man den Ring in bezug auf die beiden Seiten der Kolbenringnut symmetrisch macht, besteht weniger' Gefahr, daß die EIe-

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mente des Kolbenringes falsch zusammengebaut werden, und es wird eine Abdichtung an der oberen Seite der Kolbenringnut erreicht, wo sie am nötigsten ist, wie auch der Kolbenring eingesetzt sein mag. Die Abdichtung an der unteren Seite der Kolbenringnutver- hindert auch, daß übermäßig viel Öl in den hinteren Teil'der Kolbenringnut eindringt.

Die an den Seiten der Kolbenringnut erfolgende Abdichtung muß auch derartig sein, daß sie nicht so viel Reibung erzeugt, daß sich der Kolbenring im Verfolg des Umrisses, der Zylinderwandung etwa nicht leicht ausdehnen und zusammenziehen könnte. Die Teile des Kolbenringes müssen auch so geformt sein, daß sie sich ohne unnötige Reibung untereinander leicht bewegen können, je nachdem dieses durch die Zusammenziehung und Ausdehnung erforderlich wird.

Beide hier dargestellten^ Ausführungsformen verwenden ein Paar den Zylinder berührenden Abdichtungsringe. Solche normal, hergestellten Abdichtungsringe haben zwei Eigenschaften, die sie für richtige Arbeitsweise der hier offenbarten Bauteile geeignet machen. So werden die Abdichtungsringe der hier in Betracht gezogenen Art gewöhnlich mit abgerundeten Ecken hergestellt. Solche Ecken gleiten leicht entlang allen Teilen, die sie berühren, und fressen sich nidht fest, wie das bei scharfkantigen Ecken der Fall sein könnte. Bei der Herstellung von Abdichtungsringen dieser Art erhält man den-Metallrohling in der Form eines geraden Streifens, der_auf die gewünschte Länge geschnitten und dann hochkant gebogen wird, so daß er im wesentlichen einen Kreis bildet, wenn er im Zylinder eingeschlossen ist. Bei solch einem Biegen wird das Metall am inneren Umfang des Abdichtungsringes zusammengedrückt, während das Metall am äußeren Umfang gestreckt wird. Das gibt dem Abdichtungsring im allgemeinen die Tendenz, sich zu wölben. Diese Tendenz wird bei den dargestellten Ausführungen dazu verwendet, sowohl nach außen gerichteten Druck auf die Abdichtungsringe als auch Druck in axialer Richtung auszuüben, so daß sich die Abdichtungringe vorzugsweise an ihrem inneren Umfang gegen die Seiten der Kolbenringnut wölben.

In beiden hier dargestellten Ausführungen umfaßt der Kolbenring ein Paar solcher Ausführungsringe mit abstandhaltender und-ausdehnender Vorrichtung, um die Abdichtungsringe in axialem Abstand in der Nähe der Kolbenringnutseiten zu halten. Obwohl die hier dargestellten Ausführungsformen diese Konstruktion haben, ist es doch selbstverständlich, daß ein Kolbenring, der nur aus einem einzigen Abdichtungsring und einer einstellenden und ausdehnenden Vor-

■ richtung zum Halten des Abdichtungsringes an einer Seite der Kolbenringnut besteht, im Bereich der Erfindung liegt. Bei diesen Ausführungen des Kolbenringes, also mit zwei Abdichtungsringen oder mit nur einem Abdichtungsring, kann die einstellende oder abstand-

■ haltende und ausdehnende Vorrichtung entweder von der in Umfangsrichtung sich ausdehnenden Art sein oder einen gesonderten Abstandhalter oder einstellendes Element und eine Feder umfassen.

In der Zeichnung ist eine Zylinderwand 10 und ein mit einer Kolbenringnut 12 versehener Kolben 11 dargestellt. Am Boden der Nut 12 kann eine AnzaM Abflußlöcher 13 vorgesehen werden, die dazu dienen, das sich ansammelnde öl durch den Kolben zum Kurbelgehäuse der Maschine zurückzuleiten.
• Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführung weist zwei Abdichtungsringe 14 auf, die an den Seiten der Kolbenringnut angeordnet'sind und in dieser Stellung durch eine abstandhaltende und ausdehnende Spannvorrichtung 15 gehalten werden, die aus einem in Umfangsrichtung ausdehnbaren Teil besteht. In der bevorzugten Ausführung hat das Teil 15 U-Form im radialen Querschnitt und besteht aus einer Vielzahl in umfänglichem Abstand angeordneter Rippengliede;j 16, die durch zwei in axialem Abstand befindliche Reihen Segmente 17 verbunden sind. Das Teil 15 wird zwischen die beiden Abdichtungsringe 14 eingefügt und hält diese an den gegenüberliegenden Seiten der Kolbenringnut. Die axiale Höhe des Teiles 15 zuzüglich der Dicke der beiden Abdichtungsringe 14 ist so bemessen, daß normalerweise ein geringer Spielraum zwischen den Abdichtungsringen und den Seiten der Kolbenringnut bestünde, falls die Abdichtungsringe flach an den Seiten des Teiles 15 lägen.

Ein solcher Spielraum würde es normalerweise ermöglichen, daß Öl aus dem inneren Teil der Kolbenringnut über den oberen Abdichtungsring 14 herausgezogen würde, falls im Motorzylinder ein Zustand hohen Vakuums herrscht. Um dieses zu verhindern, wird die Spannvorrichtung 15 so geformt, daß sich · wenigstens der obere Abdichtungsring und vorzugsweise beide Abdichtungsringe gegen die betreffende angrenzende Seite der Kolbenringnut stützen. Vorzugsweise stützen sich die Abdichtungsringe nur an ihrem inneren Umfang gegen die Seiten der Kolbenringnut, so daß sich keine übermäßige Reibung ergibt, obwohl an diesem Punkt Abdichtung erzielt wird.

Zu diesem Zweck ist die Spannvorrichtung 15 so eingerichtet, daß sie radial nach außen als auch axial auf den inneren Umfang der Abdichtungsringe 14 drückt. Um diese Wirkung zu erzielen, sind die Segmente 17 bei beiden Abdichtungsringen so gebogen, daß sie sich axial zu den Seiten der Kolbenringnut hin unter einem Winkel zu den Seiten und den Ebenen der Abdichtungsringe 14 ausweiten, wie bei 20 angedeutet ist. Somit übt die kombinierte abtandhaltende und ausdehnende Spannvorrichtung 15 sowohl eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponente auf die Abdichtungsringe 14 aus und läßt sie sich daher dem Umriß der Zylinderwand anpassen wie auch eine axial auf den inneren Umfang der Abdichtungsringe gerichtete Kraftkomponente. Wegen der vorher beschriebenen Tendenz der Abdichtungsringe, sich zu wölben, ergibt sich durch die Spannvorrichtung 15 auf die Abdichtungsringe ausgeübte axiale Kraft ein Wölben der Abdichtungsringe, wie in Fig. 1 klar dargestellt. Daher drückt nur der innere Umfangs- oder Kantenteil der Abdichtungsringe 14 gegen die Seiten der Kolbenringnut, um die Abdichtung zu erzielen, und es ergibt sich sehr wenig Reibung, so daß sich die Abdichtungsringe frei ausdehnen und zusammenziehen können, um dem Umriß der Zylinderwände zu folgen. Die abgerundete innere, auf die Schenkel 20 der Segmente 17 drückende Kante des Abdichtungsringes bewirkt auch eine sehr geringe Reibung bietende Berührung, so daß die Spannvorrichtung 15 sich in Umfangsrichtung frei ausdehnen und daher umfänglich in bezug auf die Abdichtungsringe während der Ausdehnung und der Zusammenziehung bewegen kann. Die äußere abgerundete Kante der Abdichtungsringe bietet eine leicht gleitende, gegen die Zylinderwand sich drückende Oberfläche, unabhängig davon, ob der Abdichtungsring flach an den Seiten der Spannvorrichtung 15 liegt oder gewölbt ist, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführung ist ähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten und arbeitet in im wesentlichen der gleichen Weise, mit Ausnahme dessen, daß die abtandhaltende, ausdehnende Vorrichtung ein

Abstandhalterteil 21 umfaßt, das zwischen die beiden Leisten eingefügt ist, um diese an den Seiten der Kolbenringnut zu halten, und eineFeder 22, die eineKraft sowohl radial nach außen als auch axial gegen die Abdichtungsringe 14 ausübt. Im vorliegenden Falle ist das Abstandhalterteil 21 als ein Gußeisenring dargegestellt, der mit einer umfänglichen Nut 23 versehen ist, die zwei den Zylinder berührende Flansche 24 bildet. Von der Nut 23 aus verläuft nach innen eine Anzahl Schlitze 25., die es ermöglichen, daß das zwischen den beiden Abdichtungsringen abgekratzte öl zum inneren Teil der Nut gelangt. Die Feder 22 ist vorzugsweise eine Buckelfeder und besteht aus einer Anzahl Buckel 26, die sich gegen den Boden der Kolbenringnut stützen, und einer Anzahl Teile 27, die nach außen gebogen sind und mit den Teilen 26 abwechseln, um gegen den inneren Umfang der Abdichtungsringe 14 zu drücken.

Um sowohl nach außen auf die Abdichtungsringe 14 gerichteten Druck vorzusehen und diese Abdichtung mit den Seiten der Kolbenringnut bewirken zu lassen, sind die Teile 27 der Buckelfeder 22 unter einem Winkel zu den Abdichtungsringen 14 nach innen gebogen, wie bei 30 dargestellt. So preßt der nach außen gerichtete Druck der Feder durch ihre Winkelschenkel 30 die Abdichtungsringe nach außen und läßt die Abdichtungsringe sich auch gegen die Seiten der Kolbenringnut an ihrem inneren Umfange wölben und damit Abdichtung mit den Seiten der Kolbenringnut herstellen. Die abgerundete innere Kante der Abdichtungsringe ermöglicht es ihnen, auf den Seiten der Kolbenringnut und den Schenkeln 30 der Feder leicht zu gleiten, während die abgerundeten äußeren Kanten der Abdichtungsringe es ihnen ermöglichen, auf der Zylinderwand und den Seitenoberflächen des Abstandhalters 21 leicht zu gleiten.

In beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungen ist der Winkel der gebogenen Abschnitte 20 und 30 derartig, daß die Hauptkomponente der von der abstandhaltenden, ausdehnenden Spannvorrichtung auf die Abdichtungsringe ausgeübten Kraft in radialer Richtung verläuft. Dieses stellt guten Kontakt zwischen den Abdichtungsringen und der Zylinderwand sicher, wo die dichtende oder kratzende Wirkung des Ringes am nötigsten ist. An den Seiten der Kolbenringnut kann genügende Abdichtung mit geringerer Kraft erzielt werden, und der Winkel der Abschnitte 20 und 30 in den betreffenden Ausführungen ist entsprechend gewählt, um solch eine Kraftkomponente zu erzielen. Es ist auch festgestellt worden, daß Maschinen verschiedener Bauart verschiedene Winkel für diese Abschnitte benötigen, doch wird in allen geprüften Maschinen die Hauptkraftkomponente radial ausgeübt und die kleinere Kraftkomponente axial. Im vorliegenden Falle beträgt der Winkel der abgebogenen Abschnitte 20 und 30 in bezug auf die Kolbenachse ungefähr 15°, doch ist die Erfindung keinesfalls auf diesen Winkel beschränkt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist es offensichtlich, daß ein neuartiger Kolbenring geschaffen worden ist, der als ölring verwendet werden kann und besonders wirksam bei der Ölregelung ist. Da die Abdichtungsringe 14 beider Ausführungen gegenüber den Seiten der Kolbenringnut abdichten, wird das öl daran gehindert, durch einen Zustand hohen Vakuums vom Boden der Kolbenringnut in den Zylinder gezogen zu werden. Obwohl die Abdichtungsringe die Seiten der Kolbenringnut berühren, wird unnötige Reibung zwischen den Abdichtungsringen und den Seiten sowie zwischen den Abdichtungsringen und anderen Teilen des Kolbenringes verhindert.

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenringrabdichtung mit mindestens einem am Zylinder anliegenden Ab dichtungsring und mit einer Spannvorrichtung, die den Abdichtungsring axial gegen die Wandung der Kolbenringnut und radial gegen die Zylinderwand anpreßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (15 oder 2Ij 22) außer Abschnitten (17 oder 21), die in an sich bekannter Weise an der benachbarten Umfangsfläche des Abdichtungsringes (14) bzw. der Abdichtungsringe (14) anliegen, einen zusätzlichen Abschnitt (20 oder 30) aufweist, der an der inneren Umfangsfläche des bzw. der Abdichtungsringe (14) derart unter einem Winkel in bezug auf die Achse des bzw. der Abdichtungsringe (14) anliegt, daß der bzw. die Abdichtungsringe (14) bestrebt sind, eine Schrägstellung innerhalb der Kolbenringnut einzunehmen und die inneren Umfangsabschnitte der Abdichtungsringe (14) gegen die-benachbarte Seite der Kolbenringnut zu drücken.

2. Kolbenringabdic'htung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die am Zylinder anliegenden Abdichtungsringe (14) in an sich bekannter Weise eine abgerundete innere Umfangskante haben.

3. Kolbenringabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (21) aus einem Abstandring besteht, der den bzw. die Abdichtungsringe (14) an der Seite oder den Seiten der Kolbenringnut hält, und daß der zusätzliche Abschnitt (30) aus einer Buckelfeder (22) besteht, die sich an den Kolbenringnutenboden· und an die innere Umfangsfläche des bzw. der Abdichtungsringe (14) anlegt.

4. Kolbenringabdichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Spannvorrichtung aus einem in Umfangsrichtung ausdehnbaren, im radialen Querschnitt U-förmigen Teil besteht, dessen Schenkel sich nach innen erstrecken und den oder die Abdichtungsringe in Axialabstand halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenenden dieser Schenkel an der inneren Umfangsfläche des oder der Abdichtungsringe (14) anliegen und daß die Innenenden dieser Schenkel unter einem Winkel zu einer Axiallinie und einer Radiallinie angeordnet sind.

5. Kolbenringabdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstandring (21) nach außen im wesentlichen bis zur äußeren Umfangsfläche des bzw. der Abdichtungsringe (14) erstreckt.

6. Kolbenringabdichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die am Zylinder anliegenden Abdichtungsringe (14) in an sich bekannter Weise abgerundete Außenkanten haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 1 811 012, 2 220947,
231801, 2 245 992, 2 635 022, 2 656230.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen