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Abstands- und Spreizring für Kolbenringanordnung Die Erfindung bezieht
sich auf einen Abstands-und Spreizring für eine Kolbenringanordnung mit zwei durch
Verbindungsstege axial in Abstand gehaltenen, unabhängig voneinander wirkenden Spreizfedern,
die Anlageflächen aufweisen, an denen die flachen Kolbenringe in axialer Richtung
und in Richtung radial nach außen abgestützt sind.
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Abstands- und Spreizringe für Kolbenringanordnungen, die aus in axialem
Abstand gehaltenen, unabhängig voneinander wirkenden Spreizfederelementen bestehen,
sind bekannt. Die Spreizfedern eines bekannten Abstands- und Spreizringes bestehen
aus Federelementen, die so angeordnet sind, daß sie sich in axialer Richtung zu
den Kolbenringen nach auswärts erstrecken und damit zwischen den Kolbenringen und
den axial verlaufenden Wänden der Kolbenringnut verlaufen.
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Wenn bei dieser Anordnung Verbrennungsgase in die Zwischenräume zwischen
Kolben und Zylinderwandung gelangen, müssen sie an den Federelementen vorbeistreichen,
bevor sie den Kolbenring erreichen. Da die Federelemente zahlreiche Schlitze aufweisen,
die in radialer Richtung vom Umfang nach innen verlaufen, können die Verbrennungsgase
sehr tief in die Kolbennut eindringen. Obwohl jeder Schlitz in den Federelementen
der bekannten Abstands- und Spreizringanordnung am Umfang des Federelementes offen
ist und nicht vollständig bis zum inneren Umfang reicht, erstrecken sich die Schlitze
fast bis zum inneren Teil der Federelemente, wo diese nach innen gebogen sind. Die
Verbrennungsgase können auf diese Weise ganz leicht über das Kopfende der Federelemente
hinaus entweichen, aber auch nach unten in das Kurbelgehäuse vordringen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Abstands- und Spreizring
für Kolbenringanordnungen zu schaffen, der eine verbesserte Federwirkung in Umfangsrichtung
gewährleistet und damit eine wirksame Abdichtung der Kolbenringe gegen Verbrennungsgase
ergibt. Insbesondere soll die auf die Kolbenringe in Umfangsrichtung ausgeübte Federkraft
durch eine besondere Ausbildung des Abstands- und Spreizringes nicht durch die die
beiden Spreizfedern in axialem Abstand haltenden Stege beeinflußt werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Spreizfedern in an sich
bekannter Weise aus in Umfangsrichtung durch Federelemente miteinander verbundenen
Stützgliedern bestehen und die Stützglieder in an sich bekannter Weise am Innenumfang
des Kolbenringes anliegende, axial nach außen gerichtete Auskröpfungen aufweisen
und je zwei in beiden Spreizfedern gegenüberliegende Stützglieder an der Außenseite
der Kolbenringanordnung mittels eines Steges verbunden sind.
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Die die Stützglieder verbindenden Federelemente können U-förmig als
Haarnadelfedern ausgebildet sein, und die Enden der Schenkel jedes U-förmigen Federelementes
können nach außen abgebogen und seitlich mit den Stützgliedern verbunden sein.
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Die Stützglieder sind daher so angeordnet, daß sie, in axialer Richtung
gesehen, zwischen den Kolbenringen derart liegen, daß die Federelemente die Kolbenringe
nicht nur in Richtung radial nach außen, sondern auch in axialer Richtung beeinflussen.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Kolbenringanordnung, wobei
ein Teil der Kolbenringe weggeschnitten wurde, F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt
nach der Linie 2-2 in der F i g. 1., der die Ringanordnung in einen Kolben und einen
Zylinder eingesetzt zeigt, F i g. 3 eine vergrößerte schaubildliche Darstellung
eines Teils des Abstands- und Spreizringes der in den F i g. 1 und 2 dargestellten
Ringanordnung, F i g. 4 einen Teil einer vergrößerten Darstellung eines Blechstreifens,
der so ausgestanzt ist, daß aus diesem der in der F i g. 3 dargestellte Abstandsring
hergestellt werden kann,
F i g. 5, 6, 7 und 8 den F i g. 1 bis 4
entsprechende Darstellungen einer anderen Ausführungsform der Ringanordnung, F i
g. 9, 10, 11 und 12 den F i g. 1 bis 4 entsprechende Darstellungen einer weiteren
Ausführungsform der Ringanordnung, F i g. 13 einen Teil einer vergrößerten Darstellung
eines von der F i g. 4 abweichend ausgestanzten Metallblechstreifens für noch eine
weitere Ausführungsform des Abstandsringes und die F i g. 14 eine vergrößerte schaubildliche
Darstellung eines Teiles des aus dem in der F i g. 13 dargestellten Blechstreifens
hergestellten Abstandsringes.
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Die F i g. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, wobei
die F i g. 2 die in einer Nut 20 eines bei 21 teilweise dargestellten Kolbens eingebaute
Kolbenringanordnung zeigt. Die Kolbenringanordnung dieser Ausführungsform besteht
aus zwei am Zylinder 22 anliegenden Kolbenringen 23 und einem allgemein mit 24 bezeichneten
expandierenden Abstandsring. Die Kolbenringe 23 weisen die bei derartigen Ringanordnungen
übliche Ausführung auf und sind insbesondere mit abgerundeten Kanten versehen.
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Der Abstands- und Spreizring 24 weist zwei flache Spreizfedern 25
auf, die mit axialem Abstand von einander die Kolbenringe 23 in der Nähe der entsprechenden
Seiten der Nut 20 halten. Die beiden Spreizfedern 25 werden in diesem Abstand von
einander durch mehrere, am Umfang in Abständen angeordnete, axial verlaufende Stege
26 gehalten, die sich am Außenrand an die Spreizfedern anschließen und mit diesen
aus einem Stück bestehen. Die Spreizfedern 25 wirken unabhängig voneinander und
sind mit Mitteln versehen, die am Innenrand der Kolbenringe angreifen und diese
nach außen gegen die Zylinderwandung mit dem gewünschten Druck drücken.
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Jede Spreizfeder 25 besteht aus einer Anzahl von radial verlaufenden,
die Kolbenringe abstützenden Stützgliedern 30, die am Außenende in die Stege 26
übergehen. Die Stützglieder 30 sind umfangsmäßig durch eine Anzahl von Federelementen
31 miteinander verbunden, die in derselben Ebene liegen wie die Stützglieder 30.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Federelemente U-förmig als Haarnadelfedern
ausgebildet und öffnen sich nach außen, wobei die Enden 32 der Schenkel jedes U-förmigen
Federelementes nach außen abgebogen und seitlich mit den Stützgliedern 30 verbunden
sind. Durch Abbiegen des Stützgliedes 30 wird eine nach außen weisende Auskröpfung
33 gebildet, die am Innenrand des Kolbenringes anliegt und diesen nach außen drückt.
Die Schulter 33 bildet mit einer axial verlaufenden Linie einen kleinen Winkel,
so daß eine Kraftkomponente erzeugt wird, die den Innenrand des Kolbenringes gegen
die Seite der Nut drückt und diese an dieser Stelle abdichtet. Der innenliegende
Teil eines jeden Stützgliedes 30 erstreckt sich von der Auskröpfung 33 aus genügend
weit nach innen, so daß die Ringanordnung genügend radiale Breite aufweist, die
verhindert, daß die Kolbenringe aus der Nut herausgleiten, wenn der Kolben in den
Zylinder eingesetzt wird.
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Der Abstands- und Spreizring 24 ist aus einem Metallblechstreifen
ausgestanzt oder ausgeschnitten, wie in der F i g. 4 dargestellt. Danach erhält
der Streifen einen U-förmigen Querschnitt durch Umbiegen längs der unterbrochenen
Linien 34, an denen die Stützglieder 30 mit den Stegen 26 verbunden sind. Bei der
Formung der Auskröpfungen 33 werden die Stützglieder 30 längs der unterbrochenen
Linien 35 umgebogen. Wird der in dieser Weise zurechtgebogene Streifen auf eine
Länge zugeschnitten, die für einen Ring mit einem gewünschten Durchmesser ausreicht,
so ist darauf zu achten, daß der Zuschnitt an einer Stelle des Ringes erfolgt, an
der die größtmögliche Stirnfläche erhalten wird, so daß die Enden des Abstandringes
eine möglichst große gegenseitige Anlagefläche besitzen. Im vorliegenden Fall wird
ein solcher Schnitt längs der Querlinien 36 in der F i g. 4 vorgenommen.
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Bei der in den F i g. 5 bis 8 dargestellten abgeänderten Ausführungsform
handelt es sich um einen dem Abstandsring 24 ähnlichen, allgemein mit 40 bezeichneten
Abstandsring. Dieser Ring besteht aus zwei unabhängig voneinander wirkenden flachen
Spreizfedern 41, die am Außenrand durch axial verlaufende Stege 42 miteinander verbunden
sind. Jede Spreizfeder 41 weist eine Anzahl von die Kolbenringe abstützenden Stützgliedern
43 auf mit einem radial verlaufenden Teil, der sich in einem Steg 42 fortsetzt,
und mit einem umfangsmäßig versetzten Teil, der in der Nähe des inneren Endes eine
der Auskröpfung 33 entsprechende Auskröpfung 44 aufweist.
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Die Stützglieder 43 sind durch U-förmige Federelemente 45 miteinander
verbunden. Der eine Schenkel jedes Federelementes 45 steht mit dem innenliegenden
Ende desjenigen Teiles eines Stützgliedes 43 in Verbindung, der auf den Steg ausgerichtet
ist, während der andere Schenkel des U-förmigen Federelementes bei 46 rückläufig
wird und sich in dem äußeren Ende des umfangsmäßig versetzten Teiles eines benachbarten
Stützgliedes 43 fortsetzt. Die umkehrenden Teile 46 springen radial nach außen über
die Stege 42 hinaus vor und stützen die Kolbenringe in der Nähe deren Außenrandes
ab, wodurch die Vibration der Kolbenringe vermindert wird, während die Stege 42
in einer beträchtlichen Entfernung von der Zylinderwand gehalten werden, so daß
die Gefahr einer Verstopfung vermieden wird.
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Der Abstandsring 40 ist wie die beschriebene erste Ausführungsform
aus einem langgestreckten Metallblechstreifen hergestellt. Der Streifen wird, wie
in der F i g. 8 dargestellt, ausgestanzt oder ausgeschnitten und längs der in der
F i g. 8 dargestellten unterbrochenen Längslinien zurechtgebogen, so daß sich die
in der F i g. 7 gezeigte Form ergibt. Ein derartig geformter Streifen wird dann
zu einem Ring gebogen und auf die gewünschte Länge längs der Punkt-Strich-Linien
47 in der F i g. 8 zu dem bei der ersten Ausführungsform genannten Zweck zugeschnitten.
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Die F i g. 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform eines allgemein
mit 50 bezeichneten Abstands-und Spreizringes, der zwei axial auf Abstand stehende,
flache und unabhängig voneinander wirkende Spreizfedern 51 aufweist. Die beiden
Spreizfedern 51 setzen sich in der Nähe des Außenrandes des Abstandsringes in den
axial verlaufenden Stegen 52 fort. Jede Spreizfeder 51 weist eine Anzahl von die
Kolbenringe abstützenden Stützgliedern 53 auf mit einem Teil, der sich radial in
einem Steg 52 fortsetzt, und mit einem umfangsgemäß versetzten Teil, der in der
Nähe des innenliegenden Endes eine der Auskröpfung 33 entsprechende Auskröpfung
54 aufweist, die am Innenrand eines zugehörigen Kolbenringes angreift und diesen
nach außen drückt. Die beiden Teile
eines jeden Stützgliedes 53
sind den beiden Teilen der nächsten angrenzenden Stützglieder 53 spiegelgleich.
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Die die Kolbenringe abstützenden Stützglieder 53 sind miteinander
durch U-förmige Federelemente 55 verbunden, die in derselben Ebene liegen wie die
Stützglieder 53. Die Federelemente 55 öffnen sich abwechselnd nach innen und nach
außen. Die Enden der Schenkel jedes Federelementes 55 kehren nach außen um und verbinden
die Federelemente mit den Stützgliedern 53. Daher weist jedes sich nach außen öffnende
Federelement 55 umkehrende Enden 56 auf, die mit den Außenenden der umfangsmäßig
versetzten Teile von zwei benachbarten Stützgliedern verbunden sind, während jedes
sich nach innen öffnende Federelement 55 umkehrende Enden 57 aufweist, die mit den
inneren Enden der auf die Stege 52 ausgerichteten Teile zweier benachbarter Stützglieder
53 verbunden sind. Die Basisteile der sich nach innen öffnenden Federelemente 55
und die umkehrenden Enden 56 der Schenkel der sich nach außen öffnenden Federelemente
55 springen radial nach außen über die Stege 52 hinaus vor und stützen die Kolbenringe
in der Nähe deren Außenränder ab, wodurch die Vibration der Kolbenringe vermindert
wird, während die Stege 52 in einer bestimmten Entfernung von der Zylinderwandung
gehalten werden, und wobei die Gefahr einer Verstopfung beseitigt wird.
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Der Abstandsring wird wie die anderen Ausführungsformen aus einem
langgestreckten Metallblechstreifen ausgestanzt oder ausgeschnitten, wie in der
F i g. 12 dargestellt, längs bestimmter Längslinien U-förmig zurechtgebogen und
danach zu einem Ring gebogen und auf die gewünschte Länge längs der Punkt-Strich-Linien
58 in der F i g. 12 zugeschnitten.
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Bei jeder der bisher beschriebenen drei Ausführungsformen der Erfindung
sind die beiden Spreizfedern an den entsprechenden Seiten des Abstandsringes so
dimensioniert, daß sie auf die betreffenden Kolbenringe gleiche Drücke ausüben.
Bei einigen Motoren kann es erwünscht sein, wegen besonderer Verhältnisse bei der
Zylinderschmierung, wegen ungewöhnlicher oder unerwarteter Abnutzung einer der Kolbenringe
oder aus anderen Gründen, die entsprechenden Spreizfedern so auszubilden, daß sie
auf die Kolbenringe verschiedene Drücke ausüben. Die F i g. 13 und 14 zeigen einen
Abstandsring 60, der wie der in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Abstandsring
24 durch Ausstanzen hergestellt ist, der jedoch auf die Kolbenringe verschiedene
Drücke ausübt.
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Der in den F i g. 13 und 14 dargestellte Abstandsring 60 weist
zwei flache Spreizfedern 60 und 61 auf, die durch die Stege 62 miteinander
verbunden sind. Jede Spreizfeder weist eine Anzahl von radial verlaufenden, die
Kolbenringe abstützenden Stützgliedern 63 auf, die sich radial in den Stegen 62
fortsetzen. Die Stützglieder 63 der Spreizfeder 60 sind miteinander durch
die U-förmigen Federelemente 64 verbunden, während die Stützglieder 63 der Spreizfeder
61 miteinander durch die U-förmigen Federelemente 65 verbunden sind. Die Stützglieder
63 beider Spreizfedern weisen den Auskröpfungen 33 entsprechende Auskröpfungen 66
auf.
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Die beiden Spreizfedern 60 und 61 sind so ausgebildet, daß sie auf
die zugehörigen Kolbenringe verschiedene Drücke ausüben. Nach der Darstellung ist
die obere Spreizfeder 60 etwas schwächer ausgebildet als die untere Spreizfeder
61, so daß die obere Spreizfeder 60 auf den zugehörigen Kolbenring einen etwas schwächeren
Druck ausübt als die untere Spreizfeder 61 auf den zugehörigen Kolbenring. Zu diesem
Zweck sind die Schenkel der U-förmigen Federelemente 64 der oberen Spreizfeder 60
mit schmalerem Querschnitt versehen als die Schenkel der U-förmigen Federelemente
65 der unteren Spreizfeder 61. Eine solche unterschiedliche Breite
kann leicht dadurch erreicht werden, daß der Streifen, wie in der F i g. 13 dargestellt,
ausgestanzt wird.
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Während nach den F i g. 13 und 14 die obere Spreizfeder
60 die schwächere ist, kann es bei manchen Motoren erwünscht sein, einen
Abstandsring zu verwenden, dessen untere Spreizfeder 61 die schwächere von beiden
ist. Die Spreizfedern nach den F i g. 5 bis 8 und 9 bis 12 können ebenfalls so ausgebildet
werden, daß sie verschiedene Drücke ausüben.