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Kolbenring Die Erfindung betrifft einen Kolbenring mit einer axial
wirkenden Expanderfeder für Motoren, Kompressoren und ähnliche Maschinen sowie Dichtringe
und Ölabstreifringe.
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Damit sich die Ringe an die Wandung des Zylinders, in dem sich der
sie tragende Kollyen bewegt, gut anlegen oder andrücken, hat man bereits vorgeschlagen,
zwischen die zylindrische innere Oberfläche des Kolbenringes und ,dem Boden der
den Ring .aufnehmenden Kolbennut eine axial wirkende Expanderfeder einzufügen,,
die sich auf dem Boden ,der Kolbennut abstützt und den elastischen Kolbenring nach
außen gegen die Zylinderwandung preßt. Um die die Federwirkung dämpfende Reibung
an den Auflagestellen zu verringern, ist versucht worden, diese punktförmig zu gestalten.
Die Expanderfe,der wind zu diesem Zweck mehreckig vorgeformt und vor dem Einbau
des Ringes in eine Kolbennut im Ring eingesetzt. IX Die Federwirkung ergibt sich
durch die zwan.gläufige Verformung der Feder zu einem offenen Ring. Die beiden Enden
des offenen Federringes lasen einen Abstand offen, um ein Spiel zu ermöglichen.
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Derartige Einrichtungen haben indessen Nachteile. So m.uß praktisch
der Abstand zwischen dem Boden dieser Nut und dem Innendurchmesser des Kolbenringes
zwischen zwei ziemlich nahe beieinander befindlichen Grenzen liegen, was sehr häufig
entweder eine entsprechende Nachbearbeitung des Bodens der Kolbennut oder den Einbau
eines in radialer Dicke ziemlich schwachen Kolbenringes, oder beide Maßnahmen zugleich
erfordert. Die geringe Wandstärke der modernen Kalben läßt nun nicht immer die Vertiefung
der Nüt zu, und es ist andererseits meist noch weniger möglich, einen Kolbenring
so viel schwächer zu machen, wie es erwünscht wäre. Schließlich läßt sich, wenn
die Kolbennut zu tief ist, ein solches Aufweitelement nur unter der Bedingung verwenden,,daß
cin besonderer, dickerer und folglich weniger elastischer Ring benutzt wird.
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Weitere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Montage, insbesondere
dann, wenn die Feder und der Ring getrennt aufgezogen werden müssen.
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Bei weiterhin bekannten Lösungen weitet sich der Ring von selbst auf,
,doch ruß man dann eine tiefere als die normale Nut vorsehen, was im allgemeinen
nur mit einem Kolben mit dickerer Wandstärke als die Normalkolben möglich ist. Kolben
mit dicken Wänden sind aber schwer und werden beute nicht mehr hergestellt.
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Mit der Erfindung soll demgegenüber ein Kolbenring geschaffen werden,
der mit einem Aufweitorgan , ins, gerüstet ist, wobei das Ganze derart ausgebildet
ist, daß es in einer Kolbennut untergebracht werden ];arm, die so vorgesehen ist,
daß sie einen Kolbenring mit insbesondere in radialer Dicke herkömmlicher Abmessungen
aufnehmen kann, ohne daß es notwendig ist, irgendeine Nachbearbeitung vorzunehmen,
Dies: bringt es einerseits nun mit sich, daß der Platzbedarf des Ringes höchstens
gleich demjenigen eines herkömmlichen Ringes ohne Aufweitorgan sein darf, und andererseits,
d.aß das Aufweitorgan keine Abstützung ,gegen ,den Grund der Kolbennut zu erhalten
braucht.
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Das Ideal würde sein, zwischen den Stoßenden eines offenen Kolbenringes
ein Aufweitorgan anordnen zu können, das bestrebt eist, sie aufzuweiten. Doch ist
dies nicht zu verwirklichen, weil das zwischen den beiden Stoßenden bestehende Spiel
nicht genügend. Platz läßt, um dort ein derartiges Organ unterzubringen.
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Es wurde nun gefunden, daß sich alle geschilderten Schwierigkeiten
und Mängel in einfacher Weise beheben lassen, indem als Aufweitorgan eine axial
wirkende Expanderfeder vorgesehen wird, deren beide Enden sich kreuzen und überlappen
und derart ausgebildet sind, daß das eine Ende relativ zum anderen Ende unter Abstützung
gegen die beiden Stoßenden des Kolbenringes gleiten kann, wobei der Kolbenring elastisch
und gleichmäßig gegen die Zylinderwandung gedrückt wird. Auf diese Weise wird die
Federwirkung tatsächlich, dem Ideal sehr nahe, zwischen den Stoßenden eines offenen
Kolbenringes aufgebracht. ohne das an dieser Stelle notwendige Spiel störend zu
beeinflussen.
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Dank dieser Einrichtung wird, sobald der Kolbenring .eingebaut wird,
eine radiale Ausweitung der Expanderfeder bewirkt, die dann eine allseitige Anpressung
des
Kolbenringes an die Zylinderwandung zur Folge hat.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus
der folgenden Beschreibung. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht im Grundriß
und teilweise im Schnitt eines gemäß der Erfindung gefertigten ungespannten Kolbenringes,
Fig. 2 derselbe Ring in gespannter Stellung, d. h. wie er sich in einem Zvlinder
befindet, Fig. 3 ein Schema, welches die Kräfte zeigt, denen der Ring eingespannt
im Zylinder unterworfen ist, Fig. 4 in perspektivischer. Darstellung- .die Stoßenden
des Ringes sowie die entsprechenden Teile der Expanderfeder, Fig. 5 und 6 perspektivisch
und ausgestreckt zwei Ausführungsformen einer Expanderfeder aus RundcIraht, Fig.
7 und 8 in die Ebene abgewickelt zwei andere Ausführungsformen von Expanderfedern
aus halbflachem Draht, Fig. 9 perspektivisch die beiden Enden der Expanderfeder
nach Fig.8, wie sie in einem Ring eingerollt sein würden, Fig.10 eine abgewandelte
Ausführungsform von Fig. 8, Fi. 11 im Grundriß eine andere Ausführungsform einer'
Expanderfeder, deren Enden unmittelbar an die Stoßenden angehängt sind, Fig.12 eine
innere Ansicht, wie man sie in der Richtung des Pfeiles NII.der Fig. 11 sieht, Fig.
13 perspektivisch und ausgestreckt die Feder nach den Fig. 11 und 12, Fig. 1-1 und
15 im Grundriß zwei Ausführungsformen gemäß der Erfindung für 01:abstreifringe,
Fig. 16 einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 17. der von innen her die Ausbildung
eines Ringes gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
und Fig. 17 eine zugehörige Ansieht im Grundriß. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß ein
Kolbenring gemäß der neuen Erfindung eine Expanderfeder 1 besitzt, die unter Zusammendrücken
wirksam und an die innere, zylindrische Oberfläche des Ringes 2 gesetzt ist, wobei
die beiden Enden dieser Feder so ausgebildet sind, daß sie sich überlappen und daß
eins auf dem anderen gleiten kann, wobei sie jeweils ganz .in das betreffende Stoßende
des offenen Ringes eingehängt und aus diesem Grunde zum Beispiel zurückgebogen und
in Löcher 3 der Stoßenden eingezogen sind. Der Ring ist im freien Zustand veranschaulicht,
d. h. nicht in einen Zylinder eingebaut.
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Sobald der Ring auf einen Kolben aufgezogen wird, befindet sich die
Expanderfeder demgemäß zwischen dem Boden der entsprechenden Nut des Kolbens und
der .inneren Oberfläche des Ringes, ihre Dicke ist hinlänglich gering, daß sie hinreichend
Platz findet, ohne daß es notwendig sein würde, die genormten Abmessungen der Ringe
und der Kolbennuten zu ändern. Sobald der mit solchen Ringen ausgerüstete Kolben
in den Zylinder eingebaut ist, nähern sich diie Stoßenden des Ringes einander (Fig.2),
wobei sie die Feder zusammendrücken. Diese Expanderfeder reagiert damit, daß zwei
Gegenkräfte F, F (Fig. 3) hervorgerufen werden, die tangential zum inneren Umfang
des Ringes gerichtet sind und das eine der beiden Stoßenden vom anderen zu entfernen
suchen und den Ring demzufolge zwingen, sich gleichmäßig an die Oberfläche des Zylinders
anzulegen und abzustützen. M-it f sind hierbei diejenigen Kräfte angezeigt, welche
die Gegenkräfte des Zylinders auf den Kolbenring andeuten, diese Kräfte wirken sich
auf alle einzelnen Abschnitte der Länge des Kolbenringes aus und gewährleisten demzufolge
einen sehr dichten Abschluß des Kolbenringes im Zylinder.
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In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform eine: Expanderfeder veranschaulicht,.
die! aus einem im Querschnitt kreisförmigen elastischen Metalldraht besteht, der
in Form von Mäandern flach gewendelt ist. so daß er eine im allgemeinen bandförmige
Gestalt 5 aufweist. Damit die beiden Enden dieses Organs aufeinander gleiten können
und sich das Zusammendrükken auf die ganze Länge des Organs auswirkt, weist das
eine der Enden einen geradlinigen Teil 6 auf. Hierbei endet übrigens dieser geradlinige
Teil, um das Eindringen dieses Endes im entsprechenden Loch 3 des Stoßendes zu begrenzen,
mindestens in einem Halbmäander 7, welcher einen Anschlag bildet. Außerdem muß dieses
Ende beider Montage der Expanderfe:der zwischen dem Ring und dem anderen Ende des
Organs eingesetzt werden, um die relative Versetzung der beiden Enden -der Expanderfeder
bei seinem Einbau und seinem Arbeitsspiel zu gestatten.
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Will man von dieser Montagebedingung entbunden "ein, kann man die
in Fig.6 veranschaulichte Ausführungsform eines symmetrischen Federorgans ver-"venden,
wo jedes Ende einen geradlinigen glatten Teil 6 aufweist.
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Die Löcher 3 der Stoßenden, in welche die Enden der Expanderfeder
eingezogen sind, sind derart angeordnet, daß ihre Achsen in der Mittelebene des
Kolbenringes liegen und nach zwei Richtungen ausgerichtet sind, die sich zwischen
der Mitte des Ringes und der inneren Oberfläche desselben schneiden, derart, daß
-die beiden Enden das Bestreben haben, sich unter der Wirkung der zusammendrückender
Kräfte in die Löcher noch mehr einzudringen, und daß die Feder demzufolge ganz und
gar an ihrem Platz gehalten wird.
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Ferner ist -das Trägheitsmoment des geraden Abschnitts der Feder,
in seinem Gesamten als Band betrachtet, mit Bezug auf eine zur Achse .des Ringes
parallele Achse kleiner als mit Bezug auf eine Achse senkrecht zur ersteren, derart,
daß die Feder nur in dem Sinn abknicken kann, der es an die innere zvlindrische
Oberfläche des Ringes zu drücken sucht.
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Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Expanderfeder, und zwar
in Wellenlinie aus einem Metallband herausgeschnitten. Die Mäander sind mit 9 beziffert,
und die beiden Enden 11 und 12 haben über eine gewisse Länge geradlinige Form, um
das weiter oben erwähnte relative Gleiten zu gestatten Die Mäander enden in einem
abgekrümmten Teil 13= der mit dem betreffenden Loch der Stoßenden zusammenwirkt;
außerdem sind die Enden axial verschränkt, um sich nicht gegenseitig zu stören.
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Die Fi,g.8 und 9 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform zu derjenigen
nach der Fig.7, wobei das eine der Enden der Feder 14 die Form einer mittig -befindlichen
Zunge 15 .besitzt, die in einen Schlitz 16 entsprechender Breite nahe dem anderen
Ende eingesteckt werden kann, bevor sie in das Loch des entsprechenden Stoßendes
gesteckt wird, wobei der den Schlitz aufweisende Teil in gleicher Weise in eine
Zunge 17 zum Einstecken in das Loch des anderen Stoßendes ausläuft.
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Fig. 10 läßt eine weitere Ausführungsform erkennen, die sich von derjenigen
nach den Fig. 8 und 9 lediglich dadurch unterscheidet, daß der vorerwähnte
Schlitz
durch -den Zwischenraum zwischen den zwei Schenkeln 18 einer in das Band eingeschnittenen
Gabel ersetzt ist, deren beide Enden 19 abgebogen sind, um sich entweder in zwei
Öffnungen des @entsprechenden Endes des Ringes oder in einer einzigen Öffnung genügender
Höhe oinstecken lassen zu können.
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Bei dem Vorangegangenen ist vorausgesetzt worden, daß die Enden der
Feder in Löcher der Stoßenden eingesteckt sind, doch ist auch, wie es die Fig. 11
und 12 zeigen, eine Feder möglich, deren beide Enden, rechtwinklig abgebogen, sich
unmittelbar gegen die Enidflächen der Stoßenden abstützen, zum Beispiel gegen eine
in dieser Fläche vorgesehenen Vertiefung Die Erfindung ist in gleicher Weise auf
Olabstreifsegmentringe anwendbar, etwa wie spie in den Fig. 14 und 15 veranschaulicht
sind. Nach der Fig. 14 ist der Ring 25 rechtwinklig zu einem Schlitz 26 und nach
der Fi.g. 15 rechtwinklig zu einem vollwandigen Teil unterbrochen, wobei die Schlitze
mit 28 beziffert sind. In beiden Fällen ist jedes Ende der Expaniderfeder in Form
eines »Z« ,gefaltet, dessen äußere Kehre sich unmittelbar in Aden Rand des letzten,
dem entsprechenden Ende des Ringes nächstliegenden Schlitzes einhängt. Die Ausbildung
der Expanderfeder für Abstreif-, z. B. ölabstreifringe, kann jedem gängigen gewünschten
Typ entsprechen, insbesondere .einem der weiter oben beschriebenen Typen für gewöhnliche
Kolbenringe.
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Bei der in den Fig.16 und 17 veranschaulichten Ausführungsform ist
der Ring mit 31 beziffert und weist an jedem seiner offenen Enden eine radiale Aussparung
32 auf, die sich in axialer Richtung in eine Tiefe mindestens gleich der Hälfte
der axialen Höhe des Ringes erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispielerstreckt sich,die
Aussparung 32 auf die ganze radiale Dicke des Ringes, d. h. von der inneren zylindrischen
Oberfläche des Ringes bis zu dessen äußerer zylindrischer Oberfläche.
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Die Expanderfeder 33 hat im allgemeinen die Form eines Bandes und
wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Klaviersaitendraht gebildet, der
zickzackförmig gebogen an den Innendurchmesser des Ringes angedrückt ist, wobei
die zwei Enden jeweils einen zickzackfraien Teil 34 besitzen, der in einem kleinen
Haken 35 radialer Richtung endet, der von innen her in die entsprechende Aussparung
,des Rin-@eseingreift. Die Länge des Hakens 35 ist kleiner als die radiale Dicke
des Ringes, damit das Ende des Hakens nicht während des Betriebes an die Bohrung
des Zylinders streift.
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Die Einrichtung läßt sich auf dem Kolben sehr leicht anbringen: Zuerst
wird die Expanderfeder in die Kolhennut eingesetzt, dann steckt man dort, wenn es
soweit ist, den Ring zuerst mit seinem der Öffnung entgegengesetzten Teil hinein,
hängt dann nacheinander die beiden Enden der Expanderfe@der in die entsprechenden
Aussparungen der Stoßenden ein, die man vorübergehend aus der Kolbennut herausnimmt
Die Nachgiebigkeit des Ringes zwingt diesen, sich in ausreichendem Maß wieder zu
schließen, damit seine Enden in die Nut dies Kolbens eingreifen und daß demzufolge
der Haken jedes Endes der Feder sicher in den Raum eingeschlossen ist, der einerseits
von den Wandungen der Aussparung,des Ringes und andererseits von der entsprechenden
seitlichen Fläche der Kolbennut begrenzt wird.
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Ein solcher Ring arbeitet wie die weiter oben geschriebenen, nämlich
daß der vorbestimmte Einsbau des mit Ringen versehenen Kolbens in den Zylinder eine
Zusammendrückung der Feder hervorruft, deren Elastizität den Ring gleichmäßig gegen
die Bohrung des Zylinders zu drücken sucht.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die veranschaulichten
und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, die nur Beispiele sind, sie läßt
sich vielmehr noch in zahlreichen Abwandlungen verwirklichen, wie sie für den Durchschnittssachverständigen
möglich sind, ohne hierbei den allgemeinen Gedanken der Erfindung zu verlassen.