DE1299945B

DE1299945B - Kolben fuer Brennkraftmaschinen mit in Umfangsnuten eingelegten Kolbenringen

Info

Publication number: DE1299945B
Application number: DEP24288A
Authority: DE
Inventors: Brenneke Arthur M
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1959-02-27
Filing date: 1960-01-20
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB931413A; US2951732A; FR1245281A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen mit in Umfangsnuten eingelegten Kolbenringen, wobei eine Umfangsnut an ihrer feuerraumseitigen Stirnwand in eine vertiefte Umfangsnut mit im Vergleich zur gesamten Kolbenringnut wesentlich geringerer axialer Höhe übergeht und der Kolbenring aus einem Stützring T-förmigen Querschnitts mit einem an der feuerraumseitigen Stirnseite in die vertiefte Nut eingreifenden inneren Flanschteil und mit einem parallel zur Kolbenachse verlaufenden Stegteil sowie einem elastisch radial verschiebbaren Kolbenringteil besteht.
Ein wesentliches Problem bei derartigen Kolbenringen, die gleichzeitig als Dichtungs- und ölabstreifringe dienen, besteht darin, einmal die Verschiebung des Kolbenringes in der Umfangsnut als Ganzes in. einer Ebene senkrecht zur Kolbenachse durch Radialbewegung des Kolbens innerhalb seines Spiels im Zylinder und zum anderen die beim Hub an begrenzten Umfangsbereichen des Kolbenringes auftretende Radialbewegung gegen den Ring selbst durch Durchmesserschwankungen des Zylinders aufzunehmen.
Es sind derartige ölabstreif- und Kolbenringe bekannt, die einen nach außen offenen U-förmigen Querschnitt aufweisen und sich mit den freien Kanten der Schenkel durch die Eigenspannung des geschlitzten Kolbenringes gegen die Zylinderwand anpressen. Bei diesen bekannten Kolbenringen erfolgt eine Radialverschiebung des ganzen Kolbenringes in der Kolbenwand nicht nur durch das Radialspiel des Kolbens im Zylinder, sondern auch durch jede Durchmesseränderung an einer bestimmten Stelle des Kolbenringes. Es tritt daher in Verbindung mit der Anpressung der Flächen der Schenkel an der Stirnwand beim Kolbenhub in Verbindung mit dem durch die Reibung des Kolbenringes an der Zylinderwand auftretenden Kippmoment ein erheblicher Verschleiß in der Kolbenringnut auf. Aus diesem Grund ist es bekannt, die Kolbenringnuten im Kolben mit einem entsprechend verschleißfesten Ringträger zu versehen.
Bei einer anderen bekannten Ausführungsform werden an Stelle eines Kolbenringes mit einem U-förmigen Querschnitt zwei in der gleichen Umfangsnut einzeln radial bewegbare Kolbenringe vorgesehen. Auch bei diesen bekannten Kolbenringen tritt erheblicher Verschleiß in der Umfangsnut auf, der gegebenenfalls noch größer als bei den Kolbenringen mit U-förmigem Querschnitt ist, da die Höhe wesentlich geringer und damit die durch das Kippmoment auftretenden Kantenpressungen noch stärker sind. Um die durch das radiale Kolbenspiel auftretenden Verschiebungen des Kolbenringes als Ganzes durch entsprechende größere Biegbarkeit des Kolbenringes zu vermindern, ist es bekannt, in dem U-förmigen Profil im Stegteil Schlitze anzuordnen und den Kolbenring durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schraubendruckfeder nach außen vorzuspannen. Durch die Schlitze wird der Ring in eine große Anzahl im wesentlichen unabhängig voneinander radial bewegbarer Elemente aufgeteilt (USA.-Patentschrift 2 848 288).
Eine andere bekannte Lösung für das oben geschilderte Problem verwendet zwei unterschiedlich elastisch ineinanderliegende Kolbenringe, deren einer im wesentlichen starr ist und im ganzen mit der Radialbewegung des Kolbens innerhalb seines Spiels im Zylinder mit einem radialflanschartigen Teil in einem vertieften Abschnitt der Umfangsnut verschiebbar ist, während in einer Umfangsnut dieses ersten Teils an sich bekannte geschlitzte, nach außen federnd vorgespannte Kolbenringe zur Abdichtung vorgesehen sind.
Diese bekannte Anordnung ist sehr verwickelt im Aufbau, da eine Anzahl von Ringen ineinanderliegend angeordnet ist.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, diesen bekannten, aus zwei unterschiedlich verformbaren Teilen bestehenden Kolbenring so auszubilden, daß er wesentlich einfacher und billiger ist.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der radial verschiebbare Kolbenringteil durch das freie Ende des Stegteils gebildet ist und daß durch den äußeren Flansch des Stützringteils und durch einen radialen Flansch des Kolbenringteils voneinander getrennte Ringsitzflächen gebildet werden.
Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung führt der Stützring, der durch das Winkelprofil mit dem an der Stirnseite der Nut geführten Flansch ein großes Widerstandsmoment und damit eine vergleichsweise geringe Biegbarkeit aufweist, die Radialbewegung des Kolbenringes als Ganzes in der Umfangsnut in Abhängigkeit von der Radialbewegung des Kolbens im Zylinderspiel aus. Die Radialanpressung des Kolbenringes an Durchmesseränderungen des Zylinders während des Hubes wird von dem Kolbenringteil ausgeführt, welcher durch Verformung des Stegteils bzw. durch sehr geringe Kippbewegungen des Kolbenringes bewegbar ist und keine Reibung an anderen Teilen in der Umfangsnut hat. Dadurch tritt eine Verschleißreibung im wesentlichen nur an der feuerraumseitigen Stirnwand auf, die jedoch infolge der großen Länge der Auflagefläche gering ist.
Eine besonders sicher wirkende Konstruktion ergibt sich, wenn an der Innenseite des freien Endes des Stegteils in an sich bekannter Weise eine radial nach außen wirkende Druckfeder anliegt.
Dabei kann die Druckfeder in an sich bekannter Weise ein in Umfangsrichtung verlaufender Schraubenfederring sein und die Anlagefläche auf der Innenseite des Stegteils in bekannter Weise zur Erzeugung einer Axialschubkomponente kegelig ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im folgenden an in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Ansicht eines Kolbenringes in Achsenrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 durch den in seine Kolbennut eingelegten Kolbenring, F i g. 3 eine Schrägansicht eines Teils des Kolbenringes gemäß F i g. 1, F i g. 4 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Kolbenringes, F i g. 5 eine Schrägansicht eines Teils des in F i g. 4 dargestellten Kolbenringes, F i g. 6 einen den F i g. 2 und 4 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Kolbenringes und F i g. 7 eine Schrägansicht eines Teils des Kolbenringes gemäß F i g. 6. Der Kolbenring 20 ist in eine Umfangsnut 12 eines Kolbens 11 in einem Zylinder 10 eingelegt.
Die Nut 12 weist an ihrer Oberseite eine ins Kolbeninnere gehende, ringförmige, vertiefte Umfangsnut 13 und an ihrer Unterseite eine ins Kolbeninnere gehende, ringförmige, vertiefte Umfangsnut 14 auf. Die beiden vertieften Umfangsnuten 13 und 14 bilden miteinander somit eine nach außen in die Umfangsnut 12 vorspringende Ringrippe 16, deren Oberseite eine Führungsfläche 15 bildet.
Der Kolbenring 20 umfaßt einen Stützringteil 21 und einen radial gegen diesen bewegbaren Stegteil 22; die beiden Teile bilden einen einstückigen Ring T-förmigen Querschnittes. Der Stützringteil21 erstreckt sich in radialer Richtung flanschartig nach innen über den Stegteil22 hinaus in die vertiefte Umfangsnut 13 hinein und liegt über der Ringrippe 16, während der radial bewegbare Stegteil22 mit dem vertikalen Schenkel des T-Profils nach unten in die Umfangsnut 12 verläuft. Die Ringsitzfläche 23 des Stützringteils 21 kann entweder zylindrisch oder kegelig sein, ist aber bei dieser Ausführungsform kegelig.
Der Stegteil 22 liegt an der Verbindungsstelle mit dem Stützringtei121 in Abstand von der Zylinderwand und ist an seinem unteren Teil mit einem mit der Ringsitzfläche 24 an der Zylinderwand anliegenden, als ölabstreifflansch wirkenden Kolbenringteil versehen. Um einen auswärts gerichteten Druck auf den ölabstreifflansch herzustellen, liegt eine Druckfeder 25 von innen gegen den Stegteil 22 in der vertieften Umfangsnut 14 an der unteren Seite der Umfangsnut 14 an. Der Stegteil 22 zwischen dem Ölabstreifflansch und Stützringteil21 ist mit einer Anzahl Schlitze 26 versehen, die abgestreiftes Öl in den inneren Teil der Umfangsnut 12 abführen. Um das Öl aus der Umfangsnut 12 .abzulassen, sind Ölabzugslöcher 27 im Kolben 11 vorgesehen. Um zu verhindern, daß die Druckfeder 25 den freien Ölfluß stört, ist der Stegteil22 an der unteren Ecke seiner Innenseite 30 mit einer Schrägfläche versehen, die die Druckfeder 25 nach der Unterseite der Umfangsnut 12 führt. Die untere Außenecke der Ringrippe 16 kann eine Abschrägung 31 aufweisen, um den von den Schlitzen 26 zu den ölabzugslöchern 27 gehenden ölfluß zu erleichtern.
Der in F i g. 4 und 5 gezeigte Kolbenring 32 ist im wesentlichen derselbe wie der in den F i g. 1, 2 und 3 gezeigte, nur daß er keine Druckfeder einschließt und in eine andersartige Umfangsnut 33 im Kolben 11 eingelegt ist. Die Umfangsnut 33 ist an der Oberseite am Nutgrund mit einer sich ins Kolbeninnere erstreckenden, ringförmigen, vertieften Umfangsnut 34 versehen, die eine nach oben gerichtete Führungsfläche 35 bildet. Der Kolbenring 32 hat, wie bei der erstbeschriebenen Ausführungsform, T-förmigen Querschnitt und umfaßt einen Stützringteil36 und einen Stegteil37. Der Stützringteil36 erstreckt sich radial über den Stegteil37 hinaus nach innen in die vertiefte Umfangsnut 34. Die Ringsitzfläche 40 des Stützringteils 36 kann kegelig zulaufen und der Stegteil 37 einen an der Zylinderwand anliegenden, axial vom Stützringteil 36 im Abstand liegenden Ölabstreifflansch mit einer Ringsitzfläche 41 aufweisen. Der Stegteil 37 kann eine Anzahl Schlitze 42 (s. F i g. 5) aufweisen, und im Kolben sind unter der Führungsfläche 35 Ölabzugslöcher 43 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform des Kolbenringes wird die Radialpressung des Stegteils 37 durch eine Torsionskraft erzeugt.
Die in F i g. 6 und 7 wiedergegebene Ausführungsform des Kolbenringes ist der in den F i g. 1 bis 5 gezeigten ähnlich, unterscheidet sich aber in der Wirkung der Druckfeder. Der Kolbenring 70 ist in die Umfangsnut 12 eingelegt. Der Kolbenring 70 hat T-förmigen Querschnitt und umfaßt einen Stützringteil 71 mit einem Stegtei172. Der Stützringtei171 erstreckt sich radial über den Stegteil 72 nach innen in die vertiefte Umfangsnut 13 über die Führungsfläche 15. Seine Ringsitzfläche 73 ist kegelig, und der Stegteil72 hat einen axial vom Stützringteil71 im Abstand liegenden, eine Ringsitzfläche 74 aufweisenden, an der Zylinderwand anliegenden Ölabstreifflansch und eine Anzahl Schlitze 75 zur Abführung von der Zylinderwand abgestreiften Öls in die Umfangsnut 12 und von da durch Ölabzugslöcher 27 im Kolben 11 unterhalb der Ringrippe 16.
Diese Ausführungsform des Kolbenringes 70 schließt eine Druckfeder 76 ein, die sich nach außen gegen die nach oben kegelig verjüngende Innenseite 77 des Stegteils 72 anpreßt.
Sie übt eine Kraftkomponente nach unten auf den Kolbenring 70 aus, so daß der Stützringteil 71 gegen die Führungsfläche 15 angepreßt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Kolben für Brennkraftmaschinen mit in Umfangsnuten eingelegten Kolbenringen, wobei eine Umfangsnut an ihrer feuerraumseitigen Stirnwand in eine vertiefte Umfangsnut mit im Vergleich zur gesamten Kolbenringnut wesentlich geringerer axialen Höhe übergeht, und der Kolbenring aus einem Stützring T-förmigen Querschnitts mit einem an der feuerraumseitigen Stirnseite in die vertiefte Umfangsnut eingreifenden, inneren Flanschteil und mit einem parallel zur Kolbenachse verlaufenden Stegteil sowie einem elastisch radial verschiebbaren Kolbenringteil besteht, d a -durch gekennzeichnet, daß der radial verschiebbare Kolbenringteil durch .das freie Ende des Stegteiles (22, 37, 72) gebildet ist und daß durch den äußeren Flansch des Stützringteiles (21, 36, 71) und durch einen radialen Flansch des Kolbenringteiles voneinander getrennte Ringsitzflächen (23, 40, 73 bzw. 24, 41, 74) gebildet werden.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite (30, 77) des freien Endes des Stegteiles (22, 72) in an sich bekannter Weise eine radial nach außen wirkende Druckfeder (25, 76) anliegt.
3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (25, 76) in an sich bekannter Weise ein in Umfangsrichtung verlaufender Schraubenfederring ist und die Anlagefläche auf der Innenseite (30, 77) des Stegteiles (22,72) in bekannter Weise zur Erzeugung einer Axialschubkomponente kegelig ausgebildet ist.