DE1240351B - Piston ring assembly - Google Patents

Piston ring assembly

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DE1240351B DE1962M0054806 DEM0054806A DE1240351B DE 1240351 B DE1240351 B DE 1240351B DE 1962M0054806 DE1962M0054806 DE 1962M0054806 DE M0054806 A DEM0054806 A DE M0054806A DE 1240351 B DE1240351 B DE 1240351B
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George C Mayfield
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Description

Kolbenringanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenringanordnung mit einem muldenförmigen Abstandring, der an seinem Innenumfang offen ist und an seinem Außenumfang eine Anzahl von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten und geneigten Stegen aufweist, wobei eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spiralfeder in die Mulde des Abstandrings eingesetzt ist.Piston ring assembly The invention relates to a piston ring assembly with a trough-shaped spacer ring that is open on its inner circumference and on its outer circumference a number of circumferentially spaced and has inclined webs, wherein a spiral spring extending in the circumferential direction is inserted into the recess of the spacer ring.

Abstandringe haben die Aufgabe, im Betrieb stets eine einwandfreie Anpressung der Kolbenringe der Kolbenringanordnung an die Zylinderwand zu gewährleisten.Spacer rings have the task of always working properly To ensure that the piston rings of the piston ring assembly are pressed against the cylinder wall.

Zu diesem Zweck sind Abstandringe bekannt, bei denen in der Mulde des U-förTnigen Ringkörpers eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spiralfeder eingesetzt ist. Bei anderen Kolbenringanordnungen wird die nach außen drängende Federkraft von dem elastischen Ringkörper des Abstandrings selbst aufgebracht. Hierbei hat es sich aber gezeigt, daß die Federkraft oftmals nicht ausreichend ist, während bei Verwendung einer Spiralfeder in der Mulde des Abstandrings diese durch die an einem Außenumfang angeordneten Stege oft in ihrer Bewegung behindert wird, da sich einzelne Windungen der Spiralfeder an den Stegrändern festklemmen können.For this purpose, spacer rings are known in which a spiral spring extending in the circumferential direction is inserted in the trough of the U-shaped ring body. In other piston ring arrangements, the outwardly urging spring force is applied by the elastic ring body of the spacer ring itself. However, it has been shown that the spring force is often insufficient, while when a spiral spring is used in the trough of the spacer ring, its movement is often hindered by the webs arranged on an outer circumference, since individual turns of the spiral spring clamp on the web edges can.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abstandring für eine Kolbenringanordnung zu schaffen, bei dem die eingesetzte Spiralfeder sich ungehindert gegenüber dem Ringkörper bewegen kann.In contrast, the object of the invention is to provide a spacer ring to create a piston ring assembly in which the coil spring used is can move freely with respect to the ring body.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stege entgegengesetzt zur Schräglage der Federabschnitte geneigt sind.This object is achieved according to the invention in that the webs are opposite are inclined to the inclination of the spring sections.

Um ein die Wirkung der Spiralfeder ebenfalls behinderndes Verklemmen der Feder zwischen den Schenkeln des muldenförmigen Abstandrings zu verhindern, kann vorteilhafterweise der Windungsdurchmesser der Spiralfeder in an sich bekannter Weise kleiner ausgeführt werden als der axiale Abstand der horizontalen Schenkel des Abstandrings.To prevent jamming, which also hinders the action of the spiral spring to prevent the spring between the legs of the trough-shaped spacer ring, can advantageously the winding diameter of the spiral spring in a known per se Way smaller than the axial distance between the horizontal legs of the spacer ring.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Teil des Abstandrings der erfindungsgemäßen Kolbenringanordnung vor dem Biegen zu einem Ring.An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows a plan view of part of the spacer ring of the piston ring assembly according to the invention before it is bent into a ring.

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, F i g. 3 eine Aufsicht auf den Abstandring nach dem Biegen zu einem Ring, F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ab- schnitts des Rings gemäß F i g. 3, F i g. 5 eine Aufsicht auf eine ringförmige Spiralfeder mit Mitteln zur Verbindung ihrer beiden Enden, F i g. 6 eine Aufsicht auf das Verbindungsglied gemäß F i g. 5, F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer Kolbenringanordnung mit den Merkmalen der Erfindung, in der zwecks Verdeutlichung der Verhältnisse zwischen den einzelnen Teilen bestimmte Teile weggebrochen sind, F i g. 8 einen lotrechten Teilquerschnitt durch einen Abschnitt eines Kolbens und einer Zylinderwand, der eine andere Art der Anwendung des erfindungsgemäßen Stützrings erläutert.F i g. 2 shows a cross section along the line 2-2 in FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view of the spacer ring after it has been bent into a ring, FIG . 4 is a perspective view g of a waste section of the ring according to F i. 3, fig. 5 shows a plan view of an annular spiral spring with means for connecting its two ends, FIG. 6 shows a plan view of the connecting link according to FIG. 5, Fig. 7 shows a perspective view of a piston ring arrangement with the features of the invention, in which certain parts have been broken away in order to clarify the relationships between the individual parts, FIG . 8 shows a vertical partial cross section through a section of a piston and a cylinder wall, which explains another type of application of the support ring according to the invention.

Der in F i g. 1 dargestellte Teil eines noch nicht gebogenen Abstandrings 10 besteht aus Federmetall und ist zwecks Ausbildung einer Anzahl auf Ab- stände verteilter schräger Schlitze ausgestanzt. Zwischen diesen mit ungeraden Bezugsziffern 11, 13, 15, 17 usw. bezeichneten schrägen Schlitzen verbleiben durch die geraden Bezugsziffern 12, 14, 16 usw. gekennzeichnete schräge Stege. Nach dem Stanzen wird der Streifen waf eine Muldenforin gemäß den F i g. 1 und 2 ausgewalzt, so daß die Stege 12 bis 16 usw. den Boden 30, und die Schenkel 32 und 34 die Seiten der Mulde bilden. Im Anschluß hieran werden die Enden der Schenkel 32 und 34 zu Rändern 36 und 38 umgebogen, die praktisch parallel zu der durch die Stege 12 bis 16 usw. festgelegten Fläche 30 liegen können.The in F i g. Part of a not yet bent spacer ring 10 1 consists of spring metal and is punched out for the purpose of forming a plurality of oblique slots distributed spacings. Between these inclined slots, denoted by the odd reference numbers 11, 13, 15, 17 , etc., there remain inclined webs denoted by the even reference numbers 12, 14, 16, etc. After punching, the strip becomes a hollow shape as shown in FIGS . 1 and 2 rolled out so that the webs 12 to 16 etc. form the bottom 30 and the legs 32 and 34 form the sides of the trough. Following this, the ends of the legs 32 and 34 are bent over to form edges 36 and 38 , which can be practically parallel to the surface 30 defined by the webs 12 to 16 , etc.

Bei nachfolgenden Formvorgängen wird der Streifen 10 auf die entsprechende Länge geschnitten und in die Form gemäß F i g. 3 gebogen, so daß er einen Abstandring 40 für eine Kolbenringanordnung bildet. Da der Abstandring 40 aus Federmetall besteht, ist auf Grund des Zwischenraums zwischen den Enden 41 und 42 ein Ausdehnen und begrenztes Zusammenziehen des Abstandrings 40 möglich. Gemäß den F i g. 3 und 4 erstrecken sich die Schlitze 11 bis 15 usw. über die zylindrische Fläche 30 und in die oberen und unteren Schenkel 32 bzw. 34 des Abstandrings 40 hinein. Die Federkonstante des Abstandrings 40 wird durch das jeweils angewandte Ausmaß der Ausdehnung der Schlitze in die Schenkel hinein bestimmt. Auf jeden Fall ist es ungeachtet der Form der Ausbildung der Schlitze bzw. der durch diese gebildeten Stege beabsichtigt, daß sich mindestens einige Schlitze über die Ecken 44 und 46 des Abstandrings hinaus erstrecken, um die durch die Biegungen an diesen Ecken hervorgebrachte Steifheit zu beseitigen. Eine in die Mulde des Abstandrings eingesetzte Spiralfeder 50 weist eine herkömmliche Konstruktion auf und besteht aus auf Abstände verteilten Spiralwindungen bzw. -wicklungen aus Federstahldraht. Die Drahtstärke ist im Verhältnis zur Spiralen- bzw. Windungsgröße verhältnismäßig groß gewählt. Die beiden Enden der Spiralfeder 50 sind durch eine beispielsweise in der F i g. 6 dargestellten Vorrichtung miteinander verbunden. Das allgemein mit 55 bezeichnete Verbindungsglied weist gekrümmte Enden 56 und 57 auf, die durch eine oder mehrere, zwischen den ausgestreckten Enden 56 und 57 liegende Wicklungen 58 miteinander verbunden sind, welche vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Spiralfeder 50 besitzen. Die Enden 56 und 57 werden in die Windungen der Spiralfeder 50 eingesetzt und von dieser locker aufgenommen, so daß ihre aneinanderstoßenden Enden 51 und 52 an den beiden Enden der Wicklung 58 des Verbindungsglieds 55 anliegen, wodurch eine stabile Abstützung für die Enden der Spiralfeder 50 an den beiden Seiten der Wicklung 58 gewährleistet ist.In subsequent molding operations, the strip 10 is cut to the appropriate length and shaped in accordance with FIG. 3 bent so that it forms a spacer ring 40 for a piston ring assembly. Since the spacer ring 40 is made of spring metal, expansion and limited contraction of the spacer ring 40 is possible due to the space between the ends 41 and 42. According to FIGS. 3 and 4, the slits 11 extend up to 15, etc. over the cylindrical surface 30 and in the upper and lower legs 32 and 34 of the spacer ring 40 inside. The spring constant of the spacer ring 40 is determined by the extent of expansion of the slots into the legs that is used in each case. In any event, regardless of the shape of the slots or the ridges formed by them, it is intended that at least some slots extend beyond corners 44 and 46 of the spacer ring to remove the stiffness introduced by the bends at those corners. A coil spring 50 inserted into the trough of the spacer ring is of conventional construction and consists of spaced-apart spiral turns of spring steel wire. The wire thickness is selected to be relatively large in relation to the size of the spiral or coil. The two ends of the spiral spring 50 are connected, for example, in FIG. 6 connected to one another. The connecting member, generally designated 55 , has curved ends 56 and 57 which are connected to one another by one or more windings 58 located between the extended ends 56 and 57 and which preferably have the same diameter as the coil spring 50 . The ends 56 and 57 are inserted into the turns of the spiral spring 50 and loosely received by this so that their abutting ends 51 and 52 rest against the two ends of the winding 58 of the connecting link 55 , whereby a stable support for the ends of the spiral spring 50 the two sides of the winding 58 is guaranteed.

Gemäß F i g. 7 nehmen der Abstandring 40 und insbesondere seine durch die Stege 12, 14 usw. gebildete zylindrische Wand 30 unmittelbar den Druck von der Außenfläche der Spiralfeder 50 auf, wenn diese gemäß F i g. 7 innerhalb der Kolbenringanordnung in Umfangsrichtung zusammengepreßt ist. Die Schenkel 32 und 34 bilden die Abstützung für die Kolbenringe 60 und 61. Die Ränder 36 und 38 liegen unmittelbar am inneren Umfang der Kolbenringe 60 bzw. 61 an und übertragen somit alle radial gerichteten Ausdehnungskräfte unmittelbar auf die Kolbenringe 60 und 61. Der Durchmesser der Spiralfeder 50 ist derart bemessen, daß zwischen der Spiralfeder 50 und der Innenfläche der Schenkel 32 und 34 ein beträchtlicher Zwischenraum vorhanden ist, um ein Abrollen der Feder auf der Zylinderfläche 30 zu gestatten. Ebenso ist der Durchmesser des Federdrahts gegenüber der Stärke der Spirale derart bemessen, daß die Spiralfeder genügend Umfangssteifigkeit besitzt, um zu verhindern, daß die Feder in merklichem Ausmaß in die Schlitze 11 bis 15 usw. wandert. Der Drahtstärke kommt außerdem eine wesentliche Bedeutung hinsichtlich der Fähigkeit der Windungen der Spiralfeder 50 zu, sich frei über die Innenfläche der durch die Stege 12 bis 16 usw. gebildeten zylindrischen Wand 30 bewegen zu können. Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß die Neigung des Drahts in den Windungen der Spiralfeder 50 entgegengesetzt zur Neigung der Stege 12 bis 16 usw. liegt. Die auf diese Weise angeordneten Federwicklungen vermögen leicht und mit einem Mindestmaß an Reibung über die Stegränder hinwegzugleiten.According to FIG. 7 , the spacer ring 40 and in particular its cylindrical wall 30 formed by the webs 12, 14, etc., directly absorb the pressure from the outer surface of the spiral spring 50 when it is shown in FIG. 7 is compressed within the piston ring assembly in the circumferential direction. The legs 32 and 34 form the support for the piston rings 60 and 61. The edges 36 and 38 lie directly on the inner circumference of the piston rings 60 and 61 and thus transmit all radially directed expansion forces directly to the piston rings 60 and 61. The diameter of the Coil spring 50 is dimensioned such that there is a substantial gap between coil spring 50 and the inner surface of legs 32 and 34 to allow the spring to roll on cylindrical surface 30. Likewise, the diameter of the spring wire compared to the thickness of the spiral is dimensioned so that the coil spring has sufficient circumferential stiffness in order to prevent that the spring moves to an appreciable extent in the slots 11 to 15 and so on. The wire thickness is also of great importance with regard to the ability of the turns of the spiral spring 50 to move freely over the inner surface of the cylindrical wall 30 formed by the webs 12 to 16, etc. From Fig. 7 it can be seen that the inclination of the wire in the turns of the spiral spring 50 opposite to the inclination of the webs 12 to 16 is like. The spring windings arranged in this way are able to slide over the web edges easily and with a minimum of friction.

Die erfindungsgemäße Kolbenringanordnung arbeitet wie folgt: Bei der Kolbenringanordnung wird die Länge der Spiralfeder 50 so bemessen, daß die Feder, wenn sie innerhalb des Stützrings 40 zusammengepreßt ist, fortlaufend eine auswärtsgerichtete Radialkraft gegen die durch die Stege 12, 14, 16 usw. gebildete zylindrische Wand 30 ausübt. Diese Radialkraft wird dann über die Ränder 36 und 38 auf die Kolbenringe 60, 61 übertragen. Durchmesseränderungen des Zylinders der Brennkraftmaschine werden je nach dem Einzelfall durch das Ausdehnen bzw. Zusammenziehen der Kolbenringe 60 und 61 und des Abstandrings 40 ausgeglichen. Die Bewegungen des Abstandrings werden auf die Spiralfeder 50 übertragen, wodurch diese sich in Umfangsrichtung ausdehnt bzw. zusammenzieht. Dadurch, daß die Spiralfeder 50 zwischen den Schenkeln 32 und 34 Bewegungsfreiheit hat, wird die Gleitreibung an den Lagerstellen zwischen der zylindrischen Wand 30 des Abstandrings und dem Außenumfang der ringförmigen Spiralfeder 50 herabgesetzt. Die Spiralfeder 50 kann sich deshalb frei bewegen und dabei eine gleichmäßige Radialkraft am Abstandring 40 aufrechterhalten.The piston ring assembly according to the invention works as follows: In the piston ring assembly, the length of the spiral spring 50 is dimensioned so that the spring, when compressed within the support ring 40, continuously exerts an outward radial force against the cylindrical formed by the webs 12, 14, 16, etc. Wall 30 exercises. This radial force is then transmitted to the piston rings 60, 61 via the edges 36 and 38. Changes in the diameter of the cylinder of the internal combustion engine are compensated for by the expansion or contraction of the piston rings 60 and 61 and the spacer ring 40 , depending on the individual case. The movements of the spacer ring are transmitted to the spiral spring 50 , as a result of which it expands or contracts in the circumferential direction. Because the spiral spring 50 has freedom of movement between the legs 32 and 34, the sliding friction at the bearing points between the cylindrical wall 30 of the spacer ring and the outer circumference of the annular spiral spring 50 is reduced. The coil spring 50 can therefore move freely while maintaining a uniform radial force on the spacer ring 40.

Der Abstandring kann gemäß F i g. 7 mit zwei ölabstreifringen 60 und 61 und gemäß F i g. 8 mit zwei ungleichen Kolbenringen 61 und 102 verwendet werden. In beiden Fällen können die Kolbenringe eine geringfügige relative Radialbewegung durchführen, ohne daß hierdurch die durch die Spiralfeder 50 auf jeden Kolbenring ausgeübte Steuerkraft beeinträchtigt wird.The spacer ring can according to FIG . 7 with two oil control rings 60 and 61 and according to FIG. 8 can be used with two dissimilar piston rings 61 and 102. In either case, the piston rings can perform a slight relative radial movement without affecting the control force exerted by the coil spring 50 on each piston ring.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach F i g. 8, bei der ein Kompressionsring und ein ölabstreifring in einer einzigen Kolbenringanordnung kombiniert sind, unterscheidet sich nicht von derjenigen mit zwei gleichen Kolbenringen.The mode of operation of the embodiment according to FIG. 8, in which a compression ring and an oil control ring are combined in a single piston ring assembly, is no different from that with two identical piston rings.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Kolbenringanordnung mit einem muldenförmigen Abstandring, der an seinem Innenumfang offen ist und an seinem Außenumfang eine Anzahl von in Umfangsrichtung in Abständen angeordneten und geneigten Stegen aufweist, wobei eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spiralfeder in die Mulde des Abstandrings eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege(12, 14, 16usw.) entgegengesetzt zur Schräglage der Federabschnitte(59) geneigt sind. Claims: 1. Piston ring arrangement with a trough-shaped spacer ring which is open on its inner circumference and on its outer circumference has a number of circumferentially spaced and inclined webs, a spiral spring extending in circumferential direction being inserted into the trough of the spacer ring, characterized that the webs (12, 14, 16, etc.) are inclined opposite to the inclined position of the spring sections (59). 2. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsdurchmesser der Spiralfeder (50) in an sich bekannter Weise kleiner ist als der axiale Abstand der horizontalen Schenkel (32, 34) des Abstandrings (40). In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 445 090, 2 779 647, 2837386. 2. Piston ring arrangement according to claim 1, characterized in that the winding diameter of the spiral spring (50) is smaller in a known manner than the axial distance between the horizontal legs (32, 34) of the spacer ring (40). Contemplated publications: USA. Patents No. 2,445,090, 2,779,647, the 2,837,386th.
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