DE1272654B

DE1272654B - One-piece, slotted piston ring

Info

Publication number: DE1272654B
Application number: DE1965M0065715
Authority: DE
Inventors: Douglas William Hamm; Kenneth John Nisper
Original assignee: Muskegon Piston Ring Co
Current assignee: Muskegon Piston Ring Co
Priority date: 1965-06-25
Filing date: 1965-06-25
Publication date: 1968-07-11

Description

Einstückiger, geschlitzter Kolbenring Die Erfindung bezieht sich auf einen einstückigen, geschlitzten Kolbenring, bestehend aus einem W-förmig gefalteten und gerundeten Metallblechstreifen, dessen äußere, in dichtender Berührung mit der Zylinderwand stehende Schenkel durch parallele oder annähernd parallele Streben miteinander verbunden sind, wobei die Streben ihrerseits durch in Umfangsrichtung verlaufende Stege verbunden sind.One-piece, slotted piston ring The invention relates to a one-piece, slotted piston ring, consisting of a folded W-shape and rounded sheet metal strips, the outer, in sealing contact with the Cylinder wall standing legs by parallel or nearly parallel struts are connected to each other, the struts in turn by in the circumferential direction running webs are connected.

Es ist bereits ein derartiger Kolbenring bekannt, bei dem aber die Stege in den Bereichen des »W«, die etwa parallel zur Kolbenachse verlaufen, angeordnet sind. Dadurch können die Federungseigenschaften einschließlich der Radialspannungscharakteristik nur durch Verbreiterung der Streben und der Stege geringfügig geändert werden. In diesem Fall ist nämlich die Wandstärke der Stege für die Radialspannungscharakteristik wesentlich. Durch eine Verbreiterung der bekannten Stege kann dagegen die Radialspannung nur sehr unbedeutend verändert werden. Man hat daher die bekannten Stege in einem Fall aus besonders steifem Material hergestellt, wodurch die Fertigungskosten erheblich ansteigen.Such a piston ring is already known, but in which the Lands are arranged in the areas of the "W" which run approximately parallel to the piston axis are. This allows the suspension properties, including the radial tension characteristics can only be changed slightly by widening the struts and the webs. In In this case the wall thickness of the webs is namely for the radial stress characteristic essential. By widening the known webs, on the other hand, the radial stress can be reduced can only be changed very insignificantly. You therefore have the well-known bridges in one Case made of particularly stiff material, reducing manufacturing costs significantly increase.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform ist ein Blechstreifen nicht W-förmig gefaltet, sondern etwa in Form eines U, wobei die Stege wieder parallel zur Zylinderachse des Kolbens verlaufend angeordnet sind. Hier zeigt sich der Vorteil der einstückig ausgebildeten Form, wozu ein Blechstreifen mit gleichbleibender Wandstärke verwendet ist. Eine Verbreiterung dieser bekannten Streben wirkt sich hierbei nur unbedeutend auf die Änderung der Radialspannungscharakteristik aus; denn sie hätte nur insofern Bedeutung, als die axiale Breite der bekannten Stege durch Verbreiterung der Streben eine gewisse Versteifung erfährt.In a further known embodiment is a sheet metal strip not folded in a W-shape, but rather in the shape of a U, with the webs parallel again are arranged to run to the cylinder axis of the piston. This shows the advantage the one-piece shape, including a sheet metal strip with constant wall thickness is used. A broadening of these known struts only has an effect here insignificant on the change in the radial stress characteristic; because she would have meaning only insofar as the axial width of the known webs due to widening the strut experiences a certain stiffening.

Es ist weiter ein im Querschnitt etwa U-förmig durch Verdrehen entstandener Kolbenring bekannt, bei dem das eine Ende des schmal gehaltenen Verbindungssteges mit dem oberen Bereich eines rechteckigen Blechstückes und das andere Ende mit dem unteren Bereich eines solchen rechteckigen Blechstückes verbunden ist. Dadurch ergeben sich nach der Verformung hoch beanspruchte Teile der Verbindungsstege, die sehr schnellen Ermüdungserscheinungen unterliegen und darüber hinaus auch nicht in der Lage sind, eine größere Härte des bekannten Kolbenringes zu erzeugen.It is also an approximately U-shaped cross-section produced by twisting Piston ring known in which one end of the connecting web is kept narrow with the upper area of a rectangular piece of sheet metal and the other end with the the lower area of such a rectangular sheet metal piece is connected. Result from this After the deformation, highly stressed parts of the connecting webs, which are very are subject to rapid signs of fatigue and, moreover, not in the Are able to produce a greater hardness of the known piston ring.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kolbenring der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß durch die Verbreiterung der Stege ein erheblicher Einfluß auf die Radialspannungscharakteristik genommen werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe durch die. Erfindung besteht darin, daß die Stege in den geraden Bereichen der inneren Schenkel des »W« angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß die Verbreiterung der Stege in radialer Richtung zur Auswirkung kommen muß, so daß es nicht erforderlich ist, besonders steife Materialien zu verwenden, um eine besonders große Steifigkeit in dieser Richtung zu erzielen.The invention is based on the object, the piston ring of the opening to improve mentioned type so that by widening the webs a considerable Influence on the radial stress characteristics can be taken. The solution to this Task by the. Invention is that the webs in the straight areas the inner leg of the "W" are arranged. This ensures that the broadening the webs must come into effect in the radial direction, so that it is not necessary is to use particularly stiff materials in order to achieve a particularly high level of rigidity to achieve in this direction.

Darüber hinaus wird der Vorteil erzielt, daß die Materialermüdung nicht so schnell eintritt. Es kann somit bei gleichbleibender verhältnismäßig geringer Wandstärke eine weit größere Steifigkeit als bisher erreicht werden. Außerdem kann auch schon durch die Lage der erfindungsgemäß angeordneten Stege die Flexibilität des Kolbenringes geändert werden. Hierzu ist es nur erforderlich, die Stege, zumeist nur sehr geringfügig, nach innen oder außen zu biegen, damit eine mehr oder weniger radiale Lage der Stege eingenommen wird. Hierdurch läßt sich mit sehr einfachen Mitteln eine außerordentlich feine Einstellung der Federcharakteristik des erfindungsgemäßen Ringes erreichen, was durch keinen der zahlreichen bekannten Kolbenringe möglich ist.In addition, the advantage is achieved that the material fatigue does not occur so quickly. It can thus be relatively less while remaining the same Wall thickness a far greater rigidity than before can be achieved. Also can the flexibility already through the position of the webs arranged according to the invention of the piston ring can be changed. For this it is only necessary to use the webs, mostly only very slightly, bending inwards or outwards so that one more or less radial position of the webs is assumed. This can be used with very simple Means an extremely fine adjustment of the spring characteristics of the invention Ring, which is not possible with any of the numerous known piston rings is.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die radiale Breite der Stege größer als deren Wandstärke ist. Durch Vergrößerung der radialen Breite der Stege läßt sich die Radialspannung vergrößern, ohne däß das Erfordernis besteht, die Wandstärke zu erhöhen odergar andere Materialien mit erhöhter Steifigkeit zu verwenden.In a further embodiment of the invention it is provided that the radial Width of the webs is greater than their wall thickness. By enlarging the radial Width of the webs, the radial stress can be increased without the requirement consists of increasing the wall thickness or even other materials with increased rigidity to use.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine Teilansicht eines Rohlings zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbenringes, F i g. 2 eine Teildraufsicht auf den fertigen Ring, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.2, F i g. 4 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ring, F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf einen Rohling zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform, F i g. 6 eine Teilansicht von vorn des aus dem Rohling nach F i g.1 hergestellten Ringes, F i g. 7 eine Teilansicht von vorn eines aus dem Rohling nach F i g. 5 hergestellten Ringes.The invention is explained in more detail using a few exemplary embodiments, namely, FIG. 1 is a partial view of a blank for producing the inventive Piston ring, F i g. 2 a partial top view of the finished ring, F i g. 3 shows a section along the line III-III of FIG. 2, F i g. 4 a schematic Top view of a ring according to the invention, FIG. 5 is a schematic plan view on a blank for producing a further embodiment, FIG. 6 one Partial view from the front of the ring produced from the blank according to FIG. 1, F i G. 7 is a partial front view of one of the blank according to FIG. 5 manufactured Ring.

In F i g. 1 ist der Rohling 10 mit einem Paar durchgehender Seitenstreifen -11 veranschaulicht, die in gleichen Abständen durch Bänder 12 verbunden sind. Diese Bänder 12 sind paarweise zu jeweils einer Strebe 13 zusammengestellt. Die Bänder 12 jeder Strebe 13 konvergieren zur Mitte des Rohlings hin und sind auf jeder Seite der Rohlingsmittellinie durch ein Paar Stege 14 verbunden. Die Bänder 12 jeder Strebe 13 sind in der Mitte durch eine Öffnung 14 und an jeder Seite der Stege 14 durch etwa keilförmige Öffnungen 16 getrennt.In Fig. 1, the blank 10 is illustrated with a pair of continuous side strips -11, which are connected by bands 12 at equal intervals. These bands 12 are put together in pairs to form a strut 13 each. The bands 12 of each strut 13 converge towards the center of the blank and are connected by a pair of webs 14 on each side of the blank centerline. The bands 12 of each strut 13 are separated in the middle by an opening 14 and on each side of the webs 14 by approximately wedge-shaped openings 16.

Zwischen zwei Streben 13 ist ein länglicher Querschlitz 17 angeordnet, der auf jeder Seite der Rohlingsmittellinie konvergiert. Der gesamte Rohling ist mit Bezug auf seine Mittellinie symmetrisch gehalten.An elongated transverse slot 17 is arranged between two struts 13, which converges on either side of the blank centerline. The entire blank is kept symmetrical with respect to its center line.

Am Ende jeder keilförmigen Öffnung 16 ist eine Anreißlinie 18 über jeden Streifen 11 bis annähernd zu der Endkante des Rohlings 10 angeordnet. Diese Anreißlinien können nur auf einer oder auch auf beiden Seiten des Rohlings 10 vorgesehen sein.At the end of each wedge-shaped opening 16, a scribe line 18 is arranged over each strip 11 up to approximately the end edge of the blank 10. These scribing lines can only be provided on one or also on both sides of the blank 10 .

Die Herstellung eines Ringes aus dem in F i g. 1 wiedergegebenen Rohling 10 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Derartige Verfahren sind bereits bekannt.The production of a ring from the in F i g. 1 reproduced blank 10 can be done in a number of ways. Such processes are already known.

Der aus dem erwähnten Rohling hergestellte Ring ist in den F i g. 2 und 7 veranschaulicht. Dabei sind die Seitenstreifen 11 des Rohlings 10 zu den Seiten des Ringes geworden, wobei die Randkanten zu den äußeren Randteilen werden. Die Seitenstreifen 11 werden wegen des Bruches 19 an den Anreißlinien 18 an den Enden der -Öffnungen 16 in eine Vielzahl bogenförmiger Segmente 22 unterteilt (s. F i g. 2). Da die Anreißlinien an den entgegengesetzten Enden der Öffnungen 16 aufgebrochen sind, liegen die Segmente 22 auf einer Seite des Ringes in Flucht mit den Segmenten 22a auf der anderen Ringseite. Die Segmente 22 auf der einen Ringseite sind mit den entsprechenden Segmenten 22a auf der anderen Ringseite durch die Streben 13 verbunden.The ring produced from the aforementioned blank is shown in FIGS. 2 and 7 illustrated. The side strips 11 of the blank 10 have become the sides of the ring, the marginal edges becoming the outer marginal parts. The side strips 11 are divided into a plurality of arcuate segments 22 because of the break 19 at the scribe lines 18 at the ends of the openings 16 (see FIG. 2). Since the scribe lines are broken at the opposite ends of the openings 16, the segments 22 on one side of the ring are in alignment with the segments 22a on the other side of the ring. The segments 22 on one side of the ring are connected to the corresponding segments 22a on the other side of the ring by the struts 13.

Das radial außen liegende Ende des Schlaufenteils 23 bildet einen geraden Pfeiler 24, welcher sich zwischen den Segmenten 22 und 22 a in der Nähe der radial außen liegenden Enden dieser Segmente erstreckt.The radially outer end of the loop part 23 forms a straight pillar 24, which is located between the segments 22 and 22 a in the vicinity the radially outer ends of these segments extends.

Die Stege 14 sind an denjenigen Teilen der Streben angeordnet, die sich -radial erstrecken, und liegen vorzugsweise in der Nähe der Radien am Ober- und Unterteil der Pfeiler 24. Somit befinden sie sich in der radial außen liegenden Ringfläche und sind im wesentlichen parallel zum Radius des Ringes, also etwa rechtwinklig zur Ringachse, angeordnet Jedes Segment 22 und 22a ist einstückig mit einem Streifen jeder Strebe ausgebildet. Somit bilden die Stege 14 die einzige Verbindung benachbarter Segmente .Die Breite der Stege beeinflußt wesentlich die Größe der erzeugten radialen Zugspannung. Der Abstand zwischen den Segmenten und den Stegen 14 ist ein zweiter bedeutender Faktor, da er die tatsächliche Länge der durch die Form des Ringes entstehenden Feder bestimmt. Dies ist von besonderer Bedeutung, weil das Ausmaß der entwickelten radialen Zugspannung wesentlich den Nutzeffekt des Ringes beeinflußt.The webs 14 are arranged on those parts of the struts that extend radially, and are preferably near the radii on the upper and lower part of the pillars 24. Thus, they are located in the radially outer Ring surface and are essentially parallel to the radius of the ring, ie approximately at right angles to the ring axis, each segment 22 and 22a is integral with a strip each strut formed. The webs 14 thus form the only connection between adjacent ones Segments. The width of the webs has a significant impact on the size of the generated radial Tensile stress. The distance between the segments and the webs 14 is a second significant factor as it is the actual length of the ring resulting from the shape of the ring Spring determined. This is of particular importance because of the extent of the developed radial tensile stress significantly influences the efficiency of the ring.

Bei bekannten Ringkonstruktionen, bei denen die Breitenabmessungen der Stege im wesentlichen parallel zur Ringachse verlaufen, schwankt die radiale Spannung des Ringes mit dem Quadrat der Breite des Streifens und der dritten Potenz der Materialstärke. Um somit irgendeinen tatsächlich wirksamen Einfluß auf die Radialspannung des Ringes zu haben, ist es erforderlich, die Materialstärke zu ändern. Da bei modernen Maschinenkonstruktionen die Breite der Ringnut reduziert ist und das Massen-Gewichts-Verhältnis einen kritischen Faktor darstellt, ist die Änderung der Radialspannung durch Änderung der Materialstärke ohne Verringerung der Notwendigkeit für entsprechend große offene Breite in der Ringkonstruktion nachteilig.In known ring constructions in which the width dimensions the webs run essentially parallel to the ring axis, the radial one fluctuates Tension of the ring with the square of the width of the strip and the third power the material thickness. Thus any actually effective influence on the radial stress of the ring, it is necessary to change the material thickness. As with modern Machine designs the width of the annular groove is reduced and the mass-to-weight ratio A critical factor is the change in radial stress due to change the thickness of the material without reducing the need for correspondingly large open spaces Width in the ring construction disadvantageous.

Durch die Erfindung ist es infolge der Anordnung der Stege in den geraden Bereichen des inneren Schenkels des »W« möglich, die Änderung der Ringspannung in der ersten Potenz der Materialstärke und der dritten Potenz der Breite der überbrückungsstege zu halten. Somit kann man durch geringfügige Vergrößerung der Stegbreite wirksam die Radialspannungscharakteristik des Ringes ändern. Man kann dünnes Ausgangsmaterial gleichmäßiger Breite zur Herstellung des Ringes mit geringem Massen-Gewichts-Verhältnis für verschiedene Ringe verwenden. Darüber hinaus beeinflussen die Stegbreiten nicht wesentlich die offenen Bereiche des Ringes. Die sich radial erstreckenden Öffnungen bleiben praktisch von der gleichen Größe. Man kann auch die Radialspannung ändern, ohne die radiale Tiefe des Ringes ändern zu müssen. Dies ist von Bedeutung, wenn das Gewicht des Ringes auf einem Minimum gehalten werden soll.With the invention it is due to the arrangement of the webs in the straight areas of the inner leg of the "W" possible, the change in ring tension to the first power of the material thickness and the third power of the width of the bridging bars to keep. Thus, one can be effective by slightly increasing the web width change the radial stress characteristics of the ring. You can use thin starting material Uniform width for the production of the ring with a low mass-to-weight ratio use for different rings. In addition, the web widths do not affect it essentially the open areas of the ring. The radially extending openings remain practically the same size. You can also change the radial tension, without having to change the radial depth of the ring. This is important, though the weight of the ring should be kept to a minimum.

Die Lage des Steges trägt wesentlich zur Lebensdauer des Ringes bei. Die auf den Steg übertragenen Kräfte werden für eine gegebene Ringspannung reduziert. Dies führt zu einer größeren Lebensdauer im Hinblick auf die Ermüdung. Darüber hinaus liefert die Verwendung eines Paares dieser Stege einen weiteren Sicherheitsfaktor. Sollte ein Steg ausfallen, dann hält der andere den Ring für eine ausreichende Zeitdauer, um die Lebensdauer des Ringes wesentlich zu erhöhen, obwohl der Nutzeffekt möglicherweise geringfügig beeinträchtigt wird.The location of the ridge contributes significantly to the service life of the ring. The forces transmitted to the web are reduced for a given hoop stress. This leads to a longer life in terms of fatigue. Furthermore the use of a pair of these bars provides an additional safety factor. Should one bridge fail, the other will hold the ring for a sufficient period of time, to increase the life of the ring significantly, although the efficiency may be is slightly affected.

Durch die Erfindung ist somit eine einfache Änderung der Flexibilität und der radialen Spannungsfähigkeit des Ringes möglich. Der Bereich, über den sich diese Eigenschaften ändern lassen, ist erheblich. Darüber hinaus kann das Ausmaß der Biegsamkeit genau eingestellt werden. Dies erfolgt ohne Änderung der Breite oder Stärke des Ausgangsmaterials: Der Ring läßt sich ohne Schwierigkeiten so ändern, daß er einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.The invention thus enables a simple change in flexibility and the radial tension capability of the ring is possible. The area over which changing these properties is significant. In addition, the extent can the flexibility can be precisely adjusted. This is done without changing the width or strength of the starting material: The ring can be changed without difficulty in such a way that that it can be adapted to a wide range of operating conditions.

Claims

Claims: 1. One-piece, slotted piston ring, consisting made of a W-shaped folded and rounded sheet metal strip, the outer, in sealing contact with the cylinder wall standing thighs through parallel or approximately parallel struts are connected to one another, the Struts for their part are connected by webs running in the circumferential direction, d a -characterized in that the webs (14) in the straight areas of the inner Legs of the "W" are arranged.

2. Piston ring according to claim 1, characterized in that the radial width of the webs (14) is greater than their wall thickness. References considered: U.S. Patent Nos. 2,346,896, 2591190, 2775495.