DE1198627B

DE1198627B - Piston ring

Info

Publication number: DE1198627B
Application number: DE1953P0009428
Authority: DE
Inventors: John F Shirk
Original assignee: Perfect Circle Corp
Current assignee: Perfect Circle Corp
Priority date: 1953-03-20
Filing date: 1953-03-20
Publication date: 1965-08-12

Description

Kolbenring _ Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring, und betrifft einen derartigen Kolbenring, der aus einem unteren und einem oberen flachen Scheibenring und einem zwischen beiden liegenden als in Umfangsrichtung wirkende Druckfeder vom Ringnutboden frei liegenden Tragring besteht, der die Scheibenringe axial in Abstand hält und sie radial nach außen drückt.Piston ring _ The invention relates to a piston ring, in particular Oil control ring, and relates to such a piston ring, which consists of a lower and an upper flat disk ring and one between the two as in Compression spring acting in the circumferential direction consists of the support ring exposed at the bottom of the ring groove, which holds the disc rings axially at a distance and pushes them radially outwards.

Kolbenringe müssen, um eine Abdichtung zu erreichen, nach außen gegen die Zylinderwand, d. h. aus der Ringnut heraus, im Sinne einer Umfangsvergrößerung vorgespannt sein. Sie müssen außerdem, auch bei relativ starker Anpressung an eine Seitenwand der Nut durch die Kolbenbewegung, an dieser Seitenwand gut gleiten können, um die seitliche Kolbenbewegung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und der Belastung des Kolbens ohne Abheben einzelner Abschnitte aus der dichten Anlage an der Zylinderwand auszugleichen. Die Bewegung der Kolbenringe in der Kolbennut ist zwar an sich sehr geringfügig und beträgt in der Regel nur wenige Hundertstel Millimeter, jedoch sind die Auswirkungen der Reibung infolge der hohen Drücke und der häufigen Lastwechsel bei gleichzeitigen extrem schwierigen Temperaturbedingungen außerordentlich stark.Piston rings must, in order to achieve a seal, against the outside the cylinder wall, d. H. out of the ring groove, in the sense of an enlargement of the circumference be biased. You must also, even with relatively strong pressure on a Side wall of the groove due to the piston movement, can slide easily on this side wall, about the lateral piston movement depending on the direction of movement and the Loading of the piston without lifting individual sections from the tight system equalize the cylinder wall. The movement of the piston rings in the piston groove is very slight in itself and is usually only a few hundredths of a millimeter, however, the effects of friction are due to the high pressures and frequent Load changes with extremely difficult temperature conditions at the same time are extraordinary strong.

Die allgemein bekannten geschlitzten Kolbenringe mit massivem Querschnitt erfüllen die Forderungen nur in geringem Umfang, da sich die Krümmung des Ringes mit zunehmendem Verschleiß und damit größerer Aufspreizung und/oder mit Temperaturwechsel ändert und der Ring sich dabei mit Teilen seines Umfanges von der Zylinderwand etwas anhebt, da das Krümmungsmaß des Kolbenringes dann nicht mehr genau mit dem Krümmungsmaß der Zylinderwand übereinstimmt.The well-known slotted piston rings with a solid cross-section meet the requirements only to a small extent, since the curvature of the ring with increasing wear and thus greater spreading and / or with temperature changes changes and the ring with parts of its circumference moves slightly from the cylinder wall increases, since the degree of curvature of the piston ring then no longer exactly matches the degree of curvature matches the cylinder wall.

Um diesen Mangel zu vermeiden, ist es bekannt, den Kolbenring mit einem U-förmigen Querschnitt auszubilden und im Inneren einen Spreizfederring einzulegen, der den Kolbenring gegen die Zylinderwand anpreßt. Durch den verminderten Querschnitt und da das Material des Kolbenringes selbst nicht mehr die Federkraft für die Anlage aufbringen muß und daher nachgiebiger sein kann, erfolgt eine verbesserte Anpassung der Kolbenringkrümmung an die Zylinderwandkrümmung. Aber auch bei diesem bekannten Kolbenring ist der Anpreßdruck gegen- die Zylinderwand um den Umfang des Kolbenringes unterschiedlich. Auch eine andere.Ausführungsform derartiger nicht mit massivem Querschnitt ausgebildeter Kolbenringe, die ein U-förmiges Profil mit einer Umfangsmittelrippe im Steg des U-Profils zur Erhöhung der Federkraft -aufweisen, die sich jedoch mit den freien Enden der Schenkel des U-Profils an die Zylinderwand anlegen, ermöglichen keinen besseren Ausgleich des Anpreßdruckes am Umfang, da sie bei gleicher Federkraft auch gleiche Elastizitätseigenschaften aufweisen wie Ringe mit massivem Querschnitt.In order to avoid this deficiency, it is known to use the piston ring to form a U-shaped cross-section and to insert an expanding spring washer inside, which presses the piston ring against the cylinder wall. Due to the reduced cross-section and because the material of the piston ring itself no longer provides the spring force for the system must apply and can therefore be more resilient, there is an improved adaptation the piston ring curvature to the cylinder wall curvature. But also with this well-known Piston ring is the contact pressure against the cylinder wall around the circumference of the piston ring different. Another embodiment of this type not with massive Cross-section of formed piston rings that have a U-shaped profile with a circumferential central rib in the web of the U-profile to increase the spring force, but with place the free ends of the legs of the U-profile on the cylinder wall, allow no better compensation of the contact pressure on the circumference, because they are with the same spring force also have the same elasticity properties as rings with a solid cross-section.

Um einen gleichförmigeren Anpreßdruck zu erreichen, ist es bekannt, den Kolbenring selbst durch entsprechende Einschnitte leicht biegbar und damit in seiner Krümmung leicht anpreßbar zu machen und durch eine sich wellenförmig einerseits gegen den Nutgrund und andererseits gegen die Innenseite des Kolbenringes abstützend umlaufende Feder den Ring an einer Vielzahl von Punkten am Umfang nach außen anzupressen. Ein Mangel dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß das Federelement bei der seitlichen Bewegung des Kolbenringes, in Abhängigkeit von der seitlichen Bewegung des Kolbens im Zylinder, am Nutgrund und an der Innenseite des Kolbenringes reibt, was, insbesondere bei Leichtmetallkolben, sehr schnell zu Verschleißerscheinungen führt. Dieser Verschleiß tritt auch bei einer bekannten Abwandlungsform auf, deren Kolbenring aus einem Stützelement mit U-förmigem Querschnitt mit nach außen abgewinkelten Enden der Schenkel und zwischen den Außenseiten der Schenkel des Stützprofils und den Seitenwänden der Nut eingelegten Scheibenringen als eigentliches Dichtungselement besteht, wobei die offene Seite des Querschnittes gegen den Nutgrund gerichtet ist. Der Anpreßdruck wird dabei durch eine sich polygonartig abwechselnd am Nutgrund und an der Innenseite des Stützringes abstützende Feder aufgebracht. Der Stützring ist mit radialen Schlitzen versehen, um eine bessere Biegbarkeit und damit eine gleichförmigere Verteilung des Anpreßdruckes auf den Umfang zu ermöglichen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Verschleiß, insbesondere am Nutgrund, erheblich. Dieser Verschleiß fällt im Hinblick auf die bei neuzeitlichen Motoren geforderte hohe Lebensdauer besonders stark ins Gewicht. Außerdem muß die Nut tiefer als normal ausgebildet sein, um Platz für eine ausreichend starke Stützfeder zwischen dem eigentlichen Kolbenring und dem Nutgrund zu schaffen, und außerdem eine innerhalb eines engen Toleranzbereiches genaue Tiefe aufweisen, da die Nuttiefe die Zusammenpressung und damit die Federkraft der Feder bestimmt: Um den Anpreßdruck des Kolbenringes ohne Abstützung am Nutgrund bei besserer Verteilung des Anpreßdruckes um den Umfang zu erreichen, ist es bekannt, den Kolbenring mit einer umlaufenden Schrauben-Druckfeder, Wellen-Bandfeder od. dgl. zu versehen und als Dichtungselemente des Kolbenringes Scheibenringe zwischen die umlaufende Druckfeder und die Seitenwände der Nut einzulegen, wobei der Druckfederring sich an entsprechende Auskragungen des Querschnittes der Scheibenringe anlegt, und diese durch seine in Längsrichtung, d. h. im Sinne einer Verlängerung, entsprechend einer Umfangsvergrößerung, wirkende Federkraft nach außen gegen die Zy- linderwand anpreßt.In order to achieve a more uniform contact pressure, it is known to make the piston ring itself easily bendable by means of appropriate incisions and thus to make its curvature easily compressible and to attach the ring to the ring by means of a corrugated spring that supports itself against the groove base on the one hand and against the inside of the piston ring on the other hand a multitude of points on the circumference to be pressed outwards. A shortcoming of this known arrangement is that the spring element rubs against the bottom of the groove and the inside of the piston ring during the lateral movement of the piston ring, depending on the lateral movement of the piston in the cylinder, which very quickly leads to signs of wear, especially in the case of light metal pistons . This wear also occurs in a known modification, the piston ring of which consists of a support element with a U-shaped cross section with outwardly angled ends of the legs and disc rings inserted between the outer sides of the legs of the support profile and the side walls of the groove as the actual sealing element, the open Side of the cross section is directed against the groove bottom. The contact pressure is applied by a spring which alternately supports itself in a polygonal manner on the groove base and on the inside of the support ring. The support ring is provided with radial slots to allow better flexibility and thus a more uniform distribution of the contact pressure on the circumference. In this embodiment, too, the wear, in particular on the groove base, is considerable. This wear is particularly important in view of the long service life required for modern engines. In addition, the groove must be made deeper than normal to create space for a sufficiently strong support spring between the actual piston ring and the groove base, and also have an exact depth within a narrow tolerance range, since the groove depth determines the compression and thus the spring force of the spring : To achieve the contact pressure of the piston ring without support on the groove base with better distribution of the contact pressure around the circumference, it is known to provide the piston ring with a circumferential helical compression spring, wave band spring or the like and to provide disk rings as sealing elements for the piston ring insert the circumferential compression spring and the side walls of the groove, the compression spring ring resting on corresponding projections of the cross-section of the disk rings and pressing them outward against the cylinder wall through its longitudinal spring force, i.e. in the sense of an extension, corresponding to an increase in circumference .

Diese bekannte Anordnung ergibt zwar eire gleichförmige Verteilung des Anpreßdruckes am Umfang der Zylinderwand, jedoch ist es schwierig, das Federelement aus Draht mit rundem Querschnitt (Schraubenfeder) oder aus quer zur Längsrichtung gebogenem Federband (Wellenfeder) wegen der entsprechend dem Umfang des Kolbenringes großen Wirklänge der Feder so stark auszubilden, daß der erforderliche hohe Anpreßdruck auch bei den z. $. bei Brennkraftmaschi= nen herrschenden hohen Betriebstemperaturen sicher erreicht wird. Außerdem ist es schwierig, die Kolbenringe, die in der Regel aus Gußwerkstoff bestehen und an den Stirnflächen überschliffen werden, mit der rela= tiv komplizierten Querschnattsform herzustellen, wobei außerdem die Auflageftäche des Kolbenringes an der Seitenwand der Nut durch die Auskragung vermindert wird und der Kolbenring daher bei der Kolbenbewegung leicht schräg gestellt wird.This known arrangement results in a uniform distribution the contact pressure on the circumference of the cylinder wall, but it is difficult to use the spring element made of wire with a round cross-section (helical spring) or transverse to the longitudinal direction curved spring band (wave spring) because of the corresponding to the circumference of the piston ring large effective length of the spring so strong that the required high contact pressure also with the z. $. high operating temperatures prevailing in internal combustion engines is achieved safely. Also, it is difficult to make the piston rings that usually consist of cast material and are ground on the end faces with the Rela = tiv to produce complicated cross-sectional shape, and also the support surface of the piston ring on the side wall of the groove is reduced by the projection and the piston ring is therefore slightly inclined when the piston moves.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Kolbenring zu schaffen, der eine möglichst weitgehende, gleichförmige Verteilung des Anpreßdruckes über den Umfang ermöglicht und der gleichzeitig auch bei relativ kleinem Querschnitt eine ausreichend große Federkraft zur Erzielung eines ausreichenden Anpreßdruckes abgibt, Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Tragring in an sich bekannter Weise U-förmig mit am Innenumfang liegenden, nach auswärts gebogenen Schenkelenden und am Außenumfang des Ringes liegenden geschlitzten Stegen aus einem Bandzuschnitt, der in einer Mäanderlinie verläuft, gelogen ist.It is the object of the invention to provide a piston ring to create the most extensive possible, uniform distribution of the contact pressure made possible over the circumference and at the same time also with a relatively small cross-section a sufficiently large spring force to achieve sufficient contact pressure releases, According to the invention, this is achieved in that the support ring in itself as is known, U-shaped with outwardly curved leg ends lying on the inner circumference and on the outer circumference of the ring slotted webs made from a tape blank, that runs in a meander line is a lie.

Durch die Verwendung dieser m4anderartig gebogenen Feder als Stützring wird in Biegerichtung das Querschnittsprofil hochkant zur Biegeachse gelegt und daher bei gleichem Querschnitt ein wesentlich größeres Widerstandsmoment und damit eine wesentlich größere Federkraft als bei quer zur Längsachse des Bandes gebogenen Federn (Wellenfedern) erreicht. Es kann daher der bekannte U-förmige Stützring, an dessen Außenseiten der Schenkel Scheibenringe als Dichtringe liegen, die durch die erfindungsgemäße Abwandlung ohne Druckfeder zwischen Nutgrund und Stützring eine für eine einwandfreie Abdichtung über den ganzen Umfang notwendige hohe Anpressung bewirken. Die bei Scheibenringen gegenüber Kolbenringen mit breiter Anlagefläche über die ganze Nuthöhe an sich größere Neigung zum Schrägstellen durch die Kolbenbewegung und der damit verbundenen Kantenpressung wird durch Anlage der Scheibenringe fast über die ganze Breite auf beiden Seiten weitgehend ausgeglichen.By using this m4ander-like bent spring as a support ring the cross-sectional profile is placed upright to the bending axis in the bending direction and therefore, with the same cross-section, a significantly greater section modulus and thus a much greater spring force than when bent transversely to the longitudinal axis of the belt Springs (wave springs) reached. It can therefore use the well-known U-shaped support ring, on the outer sides of the legs are disc rings as sealing rings, which through the modification according to the invention without a compression spring between the groove base and the support ring a high pressure necessary for a perfect seal over the entire circumference cause. The one with disc rings compared to piston rings with a wide contact surface over the entire height of the groove greater tendency to tilt due to the piston movement and the associated edge pressure is almost due to the contact between the washer rings Largely balanced across the entire width on both sides.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g, 1 einen Zuschritt für den Stützring, F i g. 2 eine Schrägansicht eines Teils eines aus dem in F i g. 1 dargestellten Zuschnitt fertiggebogenen Stützringes, F i g. 3, eine Draufsicht auf den in F i g. 2 dargestellten Ringteil, und F i g. 4 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 3.The invention is illustrated below with reference to the drawing using an exemplary embodiment explained in more detail. In the drawing, F i g, 1 shows a step for the support ring, F i g. FIG. 2 is an oblique view of part of one of the types shown in FIG. 1 shown Cut of finished bent support ring, F i g. 3, a top view of the FIG G. 2 shown ring part, and F i g. 4 shows a section on an enlarged scale along line 3-3 in FIG. 3.

Der Kolbenring hat zwei axial im Abstand liegende Scheibenringe 60, die an der Oberseite und an der Unterseite der Ringnut des Kolbens anliegen und mit ihrer Außenkante an der .Zylinderwandung anliegen. Jeder Scheibenring 60 ist aus einem flachen Metallstreifen, beispielsweise aus Stahl, hergestellt, und wie üblich radial geschlitzt, Jeder Scheibenring hat eine Eigenelastizität, so daß er von sich aus etwas Druck nach außen auf die Zylinderwand ausübt.The piston ring has two axially spaced disc rings 60, which rest on the top and bottom of the annular groove of the piston and with their outer edge in contact with the cylinder wall. Each disc ring 60 is made from a flat strip of metal such as steel, and how Usually radially slotted, each disc ring has its own elasticity, so that it exerts some outward pressure on the cylinder wall of its own accord.

Der sich federnd aufweitende Stützring übt einen Druck nach außen auf den Innenumfang der Scheibenringe 40 aus und wirkt gleichzeitig als Abstandhalter für diese Scheibenringe. Der Zuschnitt, aus dem der Stützring hergestellt ist, hat die in F i g. 1 gezeigte Mäanderform, die durch Ausschneiden von Querschlitzen 61 aus einem Band gebildet wird. Die Schlitze 61 erstrecken sich abwechselnd von den gegenüberliegenden Rändern des Bandes nach innen.The resiliently expanding support ring exerts an outward pressure on the inner circumference of the disk rings 40 and at the same time acts as a spacer for these disk rings. The blank from which the support ring is made has the configuration shown in FIG. 1 shown meander shape, which is formed by cutting out transverse slots 61 from a tape. The slots 61 extend alternately inward from opposite edges of the tape.

Das Band wird dann entlang der gestrichelt in F i g. 1 angedeuteten Längslinien zu einem U-förmigen Querschmitt (F i g. 4.) gebogen, Durch das Stanzen und Biegen entstehen sa zwei Reihen von Stegen 62, die an der Oberseite und an der Unterseite des Tragringen versetzt angeordnet und durch Axialstege 63 verbunden sind. Der durch die Umfangsstege 62 und die Axialstege 63 gebildete U-förmige Querschnitt liegt zwischen den Scheibenringen 60 und ist so bemessen,, daß er die Scheibenringe in genauem axialem Abstand voneinander an der oberen und unteren Seitenwand der Kolbenringnut in Anlage hält, Zur übertragung des Radialdruckes auf die Scheibenringe 60 sind die Umfangsstege 62 an ihrer Innenkante rechtwinklig nach außen aufgebogen und bilden Flansche 64, die am Innenumfang der Scheibenringe 60 anliegen, Der Stützring ist in Ringform gekrümmt.The tape is then dotted along the line in FIG. 1, bent into a U-shaped Querschmitt (Fig. 4), the punching and bending result in two rows of webs 62, which are offset on the top and bottom of the support ring and connected by axial webs 63 . The U-shaped cross-section formed by the circumferential webs 62 and the axial webs 63 lies between the disk rings 60 and is dimensioned so that it holds the disk rings at an exact axial distance from one another on the upper and lower side walls of the piston ring groove, for the transmission of the radial pressure On the disk rings 60 , the circumferential webs 62 are bent outwards at right angles at their inner edge and form flanges 64 which rest on the inner circumference of the disk rings 60. The support ring is curved in the shape of a ring.

Claims

Patent claim: Piston ring, in particular an oil control ring, which consists of a lower and an upper flat disk ring and a support ring lying between the two as a compression spring acting in the circumferential direction, which is exposed from the ring groove base, -which keeps the disk rings axially at a distance and presses them radially outwards, characterized that the support ring is U-shaped in a known manner with outwardly curved leg ends (64) on the inner circumference and slotted webs (63) on the outer circumference of the ring made of a tape blank (F i g. 1), which is in a meander line runs, is curved. Contemplated publications: British Patent No. 538 685 555 348;. U.S. Patent Nos. 1595 855, 2220947, 2229578, 2303798, 2343919, 2343942, 2346 899, 2387084, 2609259, 2631908.