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Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstands-und Spreizfeder für eine
Kolbenringanordnung mit mindestens einer Abstreifschiene, wobei die Spreizfeder
aus einem dünnen Metallband durch Stanzen und Biegen hergestellt ist.
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Während früher Ölringe aus Gußeisen oder ähnlichem Material hergestellt
wurden, sind in neuerer Zeit mehr und mehr Anordnungen in Gebrauch genommen worden,
die aus zwei Stahlschienen, die gewöhnlich verchromt sind, bestehen, welche an der
Oberseite und an der Unterseite einer ölringnut angeordnet sind und durch eine über
den Umfang zusammendrückbare Abstands- und Spreizfeder getrennt gehalten werden.
Die Feder dient dazu, die Schienen in der sachgemäßen Lage in der Nut zu halten
und eine mehr oder weniger gleichförmige radiale Kraft auszuüben, die sich aus dem
Zusammendrücken der Feder über den Umfang ergibt. Diese Art von Ölringen ist besonders
bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und hohen Druckunterschieden Gußeisenölringen
überlegen.
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Bei diesen über den Umfang zusammendrückbaren Abstands- und Spreizfedern
besteht die Gefahr, daß sie sich an ihren Enden überlappen, so daß die Enden nicht
sachgemäß aneinanderstoßen, wenn sie mit dem Kolben in die Zylinderbohrung eingesetzt
werden. Außerdem besteht durch den zwischen der Feder und dem Nutgrund vor dem Zusammendrücken
des Ringes vorhandenen Abstand die Gefahr, daß die eine Seite der Feder mit dem
Nutgrund auf der einen Seite des Kolbens in Berührung kommt und auf der gegenüberliegenden
Seite des Kolbens die Schienen aus der Nut gedrückt werden, so daß sie sich außen
auf dem Kolben während des Einsetzens in die Zylinderbohrung festklemmen, wodurch
Beschädigungen des Kolbens und des Ringes entstehen können. Außerdem sind konstruktive
Schwierigkeiten vorhanden, die sich aus dem sich ändernden Durchmesser der über
den Umfang zusammendrückbaren Feder ergeben. Schließlich ist , bei dem radialen
Andrücken der Schienen an die Zylinderbohrung gemeinsam durch eine über den Umfang
zusammendrückbare Feder eine nicht befriedigende Unabhängigkeit des auf die einzelnen
Schienen ausgeübten Radialdrucks gegeben.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Abstands- und Spreizfeder verfügbar zu machen, die bei einer erhöhten Anpassungsfähigkeit
bei einem unabhängigen radialen Andrücken der ölabstreifschienen, die Nachteile
einer über den Umfang zusammendrückbaren Feder, die Gefahr eines Überlappens und
Verkantens sowie die Schwierigkeiten, die sich aus dem sich ändernden Durchmesser
ergeben, vermeidet.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Vereinigung folgender, an
sich bekannter Merkmale: a) Die Feder besteht aus einem einstückigen Ring, der wenigstens
einen über den Umfang ununterbrochenen und nicht zusammendrückbaren Bereich aufweist;
b) der Ring weist eine Vielzahl von Federstegen auf, die gleichmäßig über den Umfang
verteilt sind und der bzw. den Schienen eine radiale Vorspannung erteilen; c) der
Ring weist eine Vielzahl von Stegen auf, die als Auflagen für die Schienen dienen.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Endbereiche eines etwa U-förmig gebogenen Ringes den über den Umfang ununterbrochenen
Bereich bilden, daß von diesen Endbereichen zu den Innenkanten der gegenüberliegenden
Schienen die Federstege sich kreuzend im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken
und daß U-förmige Auflagestege zwischen den Federstegen angeordnet sind.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus,
daß die Endbereiche einen etwa U-förmig gebogenen Ring mit über den Umfang ununterbrochenem
Bereich bilden und daß sich von diesen Endbereichen Federstege mit ihren an den
Endbereichen angeformten Schenkeln nach außen in die Nähe der Schienen und mit ihren
abwechselnd frei endenden Schenkeln hinter die Innenkanten der Schienen erstrecken.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß an einem über dem Umfang ununterbrochenen, bandförmigen Bereich nach beiden
Seiten eine Vielzahl von Federstegen angeformt ist, die zunächst in axialer Richtung
zu den Schienen verlaufen und diesen als Auflager dienen und, von dort zurückgebogen,
sich bis hinter die Innenkante der gegenüberliegenden Schienen erstrecken.
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Zweckmäßig weisen die Federstege in entgegengesetzter Richtung vom
Bandbereich in dessen Ebene sich erstreckende Verlängerungen auf, die bis zu den
Schienen reichen und diesen als Auflager dienen.
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Eine zweckmäßige Ausbildung besteht darin, daß bei dem geschlitzten
Ring an dem über den Umfang ununterbrochenen Bereich Stoßenden angeformt sind. Diese
bestehen in vorteilhafter Weise aus einem T-förmigen Teil, wobei sich der Querträger
axial erstreckt und am Umfang die Enden des Ringes überlappt.
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Von der Erfindung wird noch der besondere Vorteil erreicht, daß eine
besondere Anpassung der Gestalt der Abstands- und Spreizfeder an verschiedene Durchmesser
nicht mehr notwendig ist. Die einzige Veränderung, die erforderlich ist, um die
Feder an verschiedene Bohrungsgrößen anzupassen, besteht lediglich in der Änderung
des Durchmessers im Verhältnis zu der Änderung des Bohrungsdurchmessers. Da die
Feder nur in radialer Richtung zusammengedrückt wird, bewirkt eine größere ölringnut
in Anpassung an einen größeren Durchmesser keine Änderung des radialen Drucks. Damit
kann eine Hauptgrundausführung bei gleicher Materialdicke mit den gleichen Bearbeitungswerkzeugen
benutzt werden.
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Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit einer
erfindungsgemäßen Abstands- und Spreizfeder mit weggebrochenen Teilen, F i g. 2
eine vergrößerte Ansicht eines Metallstreifens, aus dem die Feder nach den F i g.
1 und 3 bis 5 hergestellt wird, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer Feder
nach den F i g. 1 bis 5, nachdem der Biegevorgang abgeschlossen ist, F i g. 4 eine
vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 4-4 in F i g. 1, wobei die Ölringanordnung
in der ölringnut eines Kolbens angeordnet ist,
F i g. 5 eine Ansicht
entsprechend der von F i g. 4, nachdem der Kolben in den Zylinder eingesetzt ist;
F i g. 6 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform in den F i g. 1 bis 5 entsprechenden
Ansichten; F i g. 11 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform, F i
g. 12 einen Metallstreifen zur Herstellung einer Feder nach den F i g. 11 bis 17,
F i g. 13 eine Teilansicht einer Feder nach den F i g. 11 bis 17, nachdem der Biegevorgang
abgeschlossen wurde, F i g. 14 eine vergrößerte Teilvorderansicht mit aufeinanderliegenden
Enden, F i g. 15 eine Ansicht des Endauflagers der Feder, F i g. 16 das Endlager
nach F i g. 15 in perspektivischer Darstellung, F i g. 17 eine Schnittansicht längs
der Linie 17-17 in F i g. 1, wobei die Anordnung in die Nut eines Kolbens eingesetzt
ist, F i g. 18 die Anordnung nach F i g. 17 nach Einsetzen des Kolbens in den Zylinder;
F i g. 19 bis 23 zeigen eine vierte Ausführungsform der Feder in Darstellungen entsprechend
den F i g. 1 bis 5, F i g. 24 bis 28 eine fünfte Ausführungsform der Feder, ebenfalls
in Darstellungen entsprechend den F i g. 1 bis 5.
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In den Zeichnungen ist mit 50 die Zylinderwand einer Verbrennungskraftmaschine
bezeichnet, in der ein Kolben 52 mit einer Ölringnut 54 sitzt, die
eine Ölabflußöffnung 56 aufweist.
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In den F i g. 1 bis 5 ist eine Ausführungsform der Abstands- und Spreizfeder
dargestellt, die aus einem Ring 58 besteht, der mit ölabstreifschienen 60 und
62 zusammenarbeitet. Die Schienen 60 und 62 sind geschlitzt,
wie bei 64 dargestellt ist. Ähnlich ist der Ring 58 geteilt, wie bei
66 zu sehen ist, so daß die Elemente der Kolbenringanordnung radial über
den Kolben gestreift werden können, bis sie in die Nut 54 einrasten. Der
Ring 58 wird in einem fortlaufenden Stanz- und Biegearbeitsgang aus einem
dünnen Metallband aus Federstahl hergestellt. Nach dem Stanzvorgang hat das Metallband
68 die Form nach F i g. 2. Das Stanzstück 68 weist ein Paar parallel verlaufender
Bereiche 70 und 72 auf, die sich entlang der beiden Längskanten erstrecken. Sie
sind durch quer angeordnete Stege 74 verbunden. In dem Raum zwischen zwei
benachbarten Querstegen 74 ist ein Paar Federstege 76 und 78 angeordnet,
die ebenfalls mit den Bereichen 70 und 72 aus einem Stück bestehen. Die Federstege
sind in Längsrichtung zueinander versetzt, so daß ihre freien Enden sich quer zu
dem Band etwas überlappen.
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Das Stanzstück 68 wird dann gebogen und gekrümmt, so daß es die Gestalt
nach F i g. 3 hat. Die Endpunkte 79 und 80 der Feder können mit einem Paar Querstreben
74 versehen werden, die in der Betriebslage aneinanderstoßen.
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In F i g. 4 ist die Kolbenringanordnung nach dem Einsetzen in die
Kolbennut dargestellt. Die Federstege 76 und 78 sind bei 88 und 90 nahe ihrer Anschlußstelle
an die Bereiche 70 und 72 umgebogen und erstrecken sich im wesentlichen axial nach
außen hinter die Schienen 60 und 62 mit ihren Enden 82 bzw. 84. Die Federstege 76
und 78 überkreuzen sich dabei, wie aus den F i g. 4 und 5 zu entnehmen ist. Dadurch
werden die Schienen 60 und 62 an den Seitenwänden 53 bzw.
55 der Nut 54 gehalten. Wird der Kolben 52 in die Zylinderbohrung
eingesetzt, drücken die Schienen die Federstege 76 und 78 radial nach innen, wie
in F i g. 5 dargestellt ist. Dadurch werden die Bereiche 70 und 72 in die ebenfalls
in F i g. 5 dargestellte Lage gebogen, was die Bewegung der Federstegenden 82 und
88 nach innen unterstützt. Dabei wird annähernd ein Drittel des radialen Ausweichens
der Federstegenden 82
und 84 durch das Biegen der Stege 76 und
78 bewirkt, die dadurch imstande sind, den erforderlichen radialen Druck
auf die Schienen 60 und 62 unabhängig voneinander auszuüben.
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Das Öl kann zwischen den Auflagestegen 74 über die untere Schiene
62 abfließen. Da die Bereiche 70 und 72 von den inneren Umfangsflächen der Schienen
radial nach innen verlaufen, entsteht ein reichlicher ölentlüftender Raum zwischen
der Biegung 88 des Federsteges 76 und dem inneren Umfang der Schiene
62. Der Umfangsabstand zwischen den Federstegen 76 und 78 und den
Auflagestegen 74 ergibt ebenfalls einen ölabflußdurchgang.
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Die Enden 82 und 84 der Federstege 76 und
78
sind unter einem kleinen Winkel zurückgebogen, wobei die in F i g. 5 dargestellte,
leicht nach innen angewinkelte Lage ein Spreizen der Schienen 60 und 62 bewirkt
und diese in abdichtende Berührung mit den benachbarten Wänden 53 bzw.
55 der Nut 54
bringt.
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Die Umfangslänge des Ringes 58 ist so bestimmt, daß der Ring 58 nicht
in Berührung mit der Bodenfläche 57 der Kolbennut 54 während des Betriebs gedrückt
wird und andererseits nicht genügend groß ist, um ein überlappen nach dem Einsetzen
in die Kolbennut zu erlauben. Da sich der Abstand zwischen dem inneren Umfang des
Ringes 58 und dem Nutgrund 57 nicht verändert, wird ein übermäßiger Abstand,
wie bei herkömmlichen Federn, und damit die Möglichkeit eines Verklemmens vermieden.
Die Abstands- und Spreizfeder kann aus dünnerem Material hergestellt werden als
bei herkömmlichen Federn, wodurch neben einer Gewichtsverminderung die Flexibilität
vergrößert wird.
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Die F i g. 6 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform. Es ist ein
Ring 100 dargestellt, der ähnlich dem Ring 58 nach den F i g. 1 bis 5 ist
und in gleicher Art und Weise hergestellt wird. Der Ring 100 wird aus einem
gestanzten Band 168 geformt, wie es in F i g. 7 gezeigt ist. Das Band
168 besitzt über den Umfang ununterbrochene Bereiche 170, 172, die
durch Stege 174 verbunden sind. Zwischen zwei Stegen 174 ist ein Paar
Federstege 176 und 178
angeordnet. Diese Federstege 176 und
178 sind in Längsrichtung versetzt und erstrecken sich fast bis zu dem gegenüberliegenden,
über den Umfang ununterbrochenen Bereich. Der fertiggestellte Ring 100
nach
dem Biege- und Krümmungsvorgang ist teilweise in F i g. 8 dargestellt. Wie sich
am besten aus den F i g. 9 und 10 ersehen läßt, haben die Federstege 176
und 178 eine etwa U-förmige Gestalt. Von den Bereichen 170, 172 verlaufen
sie radial nach außen bis zu Krümmungen 178 und 190, von wo aus sie
sich in axialer Richtung entsprechend der Stege 174 erstrecken. Bei
189 bzw. 191 sind sie zurückgebogen, um radial nach innen an den zugeordneten
Schienen 60 und 62 zu verlaufen und in ihren freien Enden 182 bzw.
184 an den Innenkanten der Schienen 60 bzw. 62 zu endigen.
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In der Anordnung und im Betrieb gleicht der Ring
100
weitgehend dem Ring 58 der vorangegangenen Ausführungsform, obgleich eine
unterschiedliche Ablenkungscharakteristik, insbesondere auf Grund der Unterschiede
in der Gestaltung der Federstege 176 und 178, vorhanden ist.
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In den F i g. 11 bis 18 ist ein Ring 200 dargestellt, der in
der Konstruktion und Betriebsweise ähnlich den Ringen 58 und 100 ist und sich von
diesen hauptsächlich in der Gestalt der Federstege 276 und 278 unterscheidet. Die
Federstege 276 und 278 verlaufen mit einem Teil 287 von den über den Umfang ununterbrochenen
Bereichen 270 und 272 radial nach außen und sind bei 288 zurückgebogen, um mit dem
Teil 289, das sich radial nach innen unter einem Winkel von etwa 30° zur Achse des
Ringes 200 im nicht zusammengedrückten Zustand (F i g.17) erstreckt, zur
Innenkante der Schienen 60 und 62 zu verlaufen, wo sie mit den Enden
282 bzw. 284 anliegen.
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Der Ring 200 wird aus einem Stanzstück 268
(F i g. 12)
hergestellt. An diesem Stanzstück sind T-förmige Stoßenden 275 angebracht, die mit
einem Stiel 277 an einem Endsteg 279 angeformt sind und einen Querträger
281 aufweisen. In den F i g. 15 und 16 sind die Stoßenden in ihrer fertig
gebogenen Lage dargestellt. Dabei überlappt der Querträger 281
mit seinen
Stoßenden 275 die Enden der über den Umfang ununterbrochenen Bereiche 270
und 272.
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In den F i g. 19 bis 23 ist ein Ring 300 gezeigt, der aus einem
Metallblech derart ausgestanzt worden ist, daß das Stanzstück 302 nach F
i g. 20 entsteht. Das Stanzstück 302 wird dann zu einem Ring 300
gebogen,
wie er in F i g. 21 gezeigt ist. Das Stanzstück 302 besteht aus einem in
der Mitte angeordneten ununterbrochenen Bereich 304, von dem sich eine Vielzahl
versetzt angeordneter Federstege 306 und 308 erstrecken.
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Die Federstege 306 und 308 weisen die gleiche Form auf,
weshalb nur der Steg 306 näher beschrieben werden soll. Wie F i g. 22 zeigt,
weist er einen kurzen axialen Teil 314 auf, mit dem er an der Unterkante
an dem ununterbrochenen Bereich 304
anwächst. Bei 316 ist der Federsteg gekrümmt
und verläuft bei 318 radial nach innen bis zu einer Krümmung 320, von der
aus sich der Federsteg mit seinem Teil 322 zur Innenkante der Schiene
60 erstreckt, an der er mit einem etwas abgewinkelten Ende 310 anliegt.
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Wie sich aus F i g. 23 ergibt, werden beim Einsetzen der Feder die
Stegteile 318 gespreizt, und die Federstegenden 310 und
312 drücken unter einem solchen Winkel gegen die Schienen 60, 62, daß neben
einer radialen Andrückkraft auch eine axiale Kraft ausgeübt wird, um die Schienen
mit der Ober- bzw. Unterseite der Ringnut 54 in eine wirksame abdichtende
Berührung zu bringen. Bei dieser Ausführungsform ist ein Minimum an Material erforderlich,
um die erforderliche Federkraft zu entwickeln.
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In den F i g. 24 bis 28 ist ein Ring 400 dargestellt, der aus
einem flachen Stanzstück 402 (F i g. 25) geformt wird. Das Stanzstück
402 weist einen ununterbrochenen Bereich 404 auf, von dem aus sich
Federstege 406 und 408 an den gegenüberliegenden Längskanten in versetzter
Anordnung erstrecken. An dem Bandbereich 404 sind in entgegengesetzter Richtung
von den Federstegen 406 und 408 Verlängerungen 424 bzw.
423 vorgesehen. Beim fertig geformten Zustand des Ringes 400, wie
er in F i g. 26 dargestellt ist, verlaufen die Verlängerungen 423 und
424 in axialer Richtung und dienen als Auflager für die Schienen
60 und 62, um deren Abstand zu sichern. Im übrigen entspricht der
Ring 400 dem Ring 300, wie er im Zusammenhang mit den F i g.19 bis
23 beschrieben worden ist.