DE1675376A1

DE1675376A1 - Kolbenring und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE1675376A1
Application number: DE19661675376
Authority: DE
Inventors: Prasse Herbert F
Original assignee: Ramsey Corp
Current assignee: Ramsey Corp
Priority date: 1966-06-15
Filing date: 1966-06-15
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1675376B2

Description

Kolbenring und Verfahren zur Herstellung desselben Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbendichtring, der so: ausgeführt ist, dass er in einer Ringnut eines Kolbens verwendet werden kann. Ein Abschnitt des Ringes besteht vorzugsweise aus Gusseisen, und dieser Abschnitt ist derjenige, der die Einlauffläche für die anfängliche Schleift- oder Schabeberührung mit der Wand des Zylinders bildet, in dem der Kolben arbeitet. Das zweite Material kommt mit dem Zylinder nach der.Gusseisenfläche 3.n Berührune und verlängert dadurch die Lebensdauer des Koli bendiei@"tringe@. Besondere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine geeignete Form

eines Halters zum Befestigen von Kolbenringen

in im Abstand angeordneten Paaren zusammen

mit Abstandsringen, um die Paare von Kolben-

ringen voneinander entfernt zu halten, und

zusammen mit einer herkömmlichen geschlitzten

Hülse zum Festhalten der Ringe in zentrierter

Lage in 3ezug auf Endscheiben,

.Fig. 2 einen ähnlichen Teilschnitt, wobei jedoch

die geschlitzte Hülse entfernt ist und Nut-

werkzeuge in einer Stellung dargestellt sind,

um die äusseren Umfangsflächen von zwei Kol-

benringen gleichzeitig mit geeigneten muten

zu versehen,

Fig. 3 einen ähnlichen Schnitt, der eine nachfolgende

" Stufe des Aufspritzens eines. relativ hochver-

schleissfesten und hochschmelzenden. Metalles

auf die genuteten Umfangsflächen der Kolben-

ringe zeigt, um die Nuten der Ringe zu füllen

und einen Überzug mit durchgehender Oberfläche

auf der gesamten Aussenfläche der Ringe zu

bilden,

Fig. 4 einen ähnlichen Schnitt, der eine nachfolgen-

de spanabhebende oder schleifende Bearbeitungs-

stufe zeigt, durch die der Überschuss des auf-

gespritzten Metalles entfernt wird, um das

Metall der Ringe als Randfläche freizulegen,

die eine schabende oder schleifende Zippe mit

der Oberfläche der Ringe bildet, die die unter-

ste Fläche der Ringe ist, wenn sie verwendet

werden,

Eig. 5 eine Teilansicht eines fertigen Kolbenringes,

die im Querschnitt die schräge äussere Viel-

zweokoberfläche.des Ringes zeigt,

Eig. 6 einen vergrösserten Teilschnitt einer Kolben--

und Zylinderwand mit einer Ringaufnahmenut

in dem Kolben und einem Ring in der Nut, der

dem in Fig. 5 gezeigten ähnlich ist, aber an

seiner oberen ebenen Fläche-mit einer Ringaus-

sparung in der Nähe der geneigten Aussen-

fläche des Ringes versehen ist, so dass. es

möglich ist, den Ring in einen umgekehrten

Torsionsring umzuwandeln,

Fig, 7 eine vergrösserte Teilansicht einer abge-

wandelten Form eines Kalbendichtringes:, die

im Querschnitt eine Gestalt eines Ringes

zeigt, die ähnlich dem Ring in Fig. 6 eine

Umwandlung des Ringes_in einen umgekehrten

Torsionsring ermöglicht,

Eig. 8 einen vergrösserten Teilschnitt ähnlich dem

in zig. 6, der jedoch eine weitere Abwandlung

eines Kolbendichtringes zeigt, der im Quer-

schnitt so gestaltet ist, dass er in einen

positiven Torsionsring umgewandelt werden kann,

und die abgewandelte Form des Ringes ist in

der Stellung gezeigt,«die er in der Verbren-

nungsstufe eines Viertaktmotors einnehmen

würde,

Fig. 9 einen der Fig. 8 ähnlichen Schnitt, wobei

der Ring in seiner Stellung während des Ein-

lass-, Kompressions-, und Ausstosstaktes

des Motors gezeigt ist,

Fig. 10 eine perspektivische Oberansicht des Kollben-

dichtringes, der in F.ig. 5 im Schnitt gezeigt

ist,

Eig. 11- eine Überansicht eines geschlitzten Kolben-

ringes, der gemäss der vorliegenden Erfindung

hergestellt wurde,

Fig. 12 eine Seitenansicht des in Fig. 11 gezeigten

Ringes,

Fig. 13 einen vergrösserten und etwas übertriebenen

Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie

XIII-XIII in Fig. 11, der die Auflage von

Hartmetall entlang den Rändern des Ringes

zeigt,

Fig. 14 einen Teilschnitt eines Halters, in dem die

Ringe in koaxialer Ausrichtung angebracht

sind,

Fig. 20 einen perspektivischen Teilschnitt, der eine

abgewandelte Form eines Kolbenringes zeigt,

der gemäss dem Verfahren der vorliegenden

Erfindung hergestellt werden kann..

Ein Halter 20 besteht aus einer drehbaren Welle 21, die durch geeignete Mittel ( nicht gezeigt ) angetriee ben werden kann und auf der Endklemmplatten angebracht sind, von denen nur die Platte 22 dargestellt ist. Sätze von flachen Ringen 23, 24 und 25, von denen jeder ein Paar identischer Ringe 26 aufweist, sind auf der Welle 21 angebracht, wobei Abstandsplatten 27 zwischen den Sätzen 23 und 24 und zwischen den Sätzen 24 und 25 usw. vorgesehen sind. Das freie Ende der Welle 21 ist mit Gewinde 28 versehen, um eine Mutter 29 aufzunehmen, die, indem sie gegen die Endklemmplatte 22 angezogen wird, dazu dient, die Sätze von Ringen 23, 24 und 25 und die Abstandsplatten 27 in zusammengebauter Beziehung festzuhalten. vor dem Anziehen der Mutter 29 jedoch wird eine geschlitzte Hülse 30 von herkömmlicher Konstruktion um die Anordnung von Ringen und Abstandsplatten herum angebracht, und die Hälften der Hülse werden um die Endklemmplatte 22 herum in passende Oberflächenberührung mit ihr zusammengepresst, wie es bei 31 dargestellt ist, um die Sätze von Ringen 23, 24 und 25 in Bezug auf die Achse der Welle 21 genau zu zentrieren. Wenn dieser-Zentriervorgang durchgeführt worden ist, wird die Mutter 29 angezogen, um die Anordnung in genau zentrierter Beziehung festzuhalten, und die geschlitzte Hülse 30 wird entfernt.

In der ersten Bearbeitungsstufe der Ringe 26 werden die äusseren Umfangsflächen der Ringe, die in der beschriebenen Weise auf der Welle 21 des- Halters 20 angebracht sind, genutet, beispielsweise durch einen Schmirgel- oder Schleifvorgang oder durch spanabhebende Bearbeitung. Eine Schleifscheibe 35 hat eine Arbeitsfläche 36, die von jeder Aussenseite gegen eine mittlere Scheibenebene radial nach aussen geneigt ist, um eine Nut 37 in jedem der zwei Ringe 26 an jeder Seite eines Abstandsringes 27 herzustellen. Jede der Nuten 37 erstreckt sich von einer Stelle in der Nähe der inneren Seitenfläche 38 eines Ringes 26 über ihre äussere Umfangsfläche bis zu der äusseren Seitenfläche 39 des Ringes. Bei Beendigung des Nutenvorganges bleibt daher-eine radial hervorstehende ringförmige Rippe 40 in der Nähe der inneren Seitenfläche 38 jedes Ringes 26 zurück, während sich die Nut 37 von dem Rand bis zur gegenüberliegenden Seitenfläche 39 des Ringes erstreckt. Wie es später erklärt werden wird, bildet die Seitenfläche 38 die untere Fläche des Ringes, wenn er verwendet wird, während die Seitenfläche 39 die obere Ringfläche bildet.
Anstelle der Schleifscheibe 35 kann zum Herstellen der Nuten 37 ein Drehwerkzeug 41 ( Fig. 2 ) verwendet werden, und das Werkzeug kann eine Kontur 42 haben, um gleichzeitig ein Paar aneinanderl3.egende Kolbenringe 26 des Satzes 25 mit Nuten zu versehen. Es wird natürlich verständlich sein, dass entweder eine Schleifscheibe oder ein Drehwerkzeug zum Nuten verwendet wurde und dass-beide zusammen üblicherweise nicht gleichzeitig an auf demselben Halter angebrachten Ringen verwendet werden, aber in Pig. 2 sind beide Arten von Nutenwerkzeugen zum Zwecke der Darstellung gezeigt. Unabhängig davon, ob sie von dem einen oder dem anderen Werkzeug hergestellt wird, kann jede. der Nuten 37 mit derselben Gestalt und Abmessung hergestellt werden. Während die Nuten 37, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, eine relativ scharfkantige Verbindung 43 haben, wobei die Rippe 40 auf jedem der Ringe 26 zurückgelassen wird, ist diese Darstellung lediglich eine-Rölge des verkleinerten Zeichnungsmassstabes, und wie es nachfolgend deutlicher werden wird, wird die ringförmige Verbindung 43 vorzugsweise mit einem Radius hergestellt, um eine Hohlkehle anstatt einer scharfen Ecke zu schaffen.
In der nächsten Stufe des Verfahrens, wie sie in fig. 3 dargestellt ist, werden die Nuten 37 jedes Paares von Hingen 26 mit einem verschleissfesten hochschmelzenden Material 44 gefüllt. Dieser Überzugsvorgang wird vorzugsweise mittels einer Spritzpistole 45 durchgeführt, die geschmolzenes Material 46 über die gesamte Umfangsfläche des Paares von Ringen 26 spritzen kann, nicht nur um die Nuten 37 mit dem Material 44 zu füllen, sondern auch um eine fortlaufende Schicht 47 über die gesamte äussere Ringfläche jedes Ringes einschliesslich der Rippen 40 zu bilden. Der Überzug auf den Rippen 4CL.ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da, wie es später ausgeführt wird, nur sehr wenig, wenn Überhaupt etwas von dem gespritzten Metall auf der Randfläche der Rippe haftet.
In det nächsten Stufe des Verfahrens, wie sie in Fig. 4 -dargestellt ist, wird der Überschuss des Materials 44, falls er vorhanden ist, von den Rippen 40 entfernt, beispielsweise mittels einer Schleifscheibe 50 oder mittels eines geeigneten Ihrehwerkzeuges 51. Gleichgültig, mit welchen Mitteln es erreicht wird, das Metall des Körpers der Kolbenringe 26 wird entlang der schmalen ringförmigen Randfläche jeder der Rippen 40 bei 52 freigelegt. Das Material 44 jedoch wird in den Nuten 3? zurückgelassen, wobei die Umfangsfläche 53 der nutenfüllenden Schicht radial gegen die Seitenfläche 39 jedes der Ringe 26 nach innen geneigt ist.
Nach Fertigstellung dieser letzten Stufe des Verfahrens, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, werden die Ringe 26 aus ihrem Halter 20 durch Zerlegen desselben entfernt. Der Ring ist in diesem Stadium dem Ring 55 ( Fig. 10 ) ähnlich und hat einen Querschnitt ähnlich dem in Fig. 5 gezeigten. Wie es am besten in dieser letzteren Figur gezeigt ist, bilden die Flächen 38 und 39 die untere und obere parallele ebene Fläche des Ringes 55, wobei die äussere Umfangsfläche des Hinges durch die schmale ringförmige Randfläche 52 der Rippe in der Nähe der unteren Fläche 38 und durch die radial nach innen und nach oben geneigte Fläche 53 des die Nut 37 füllenden Materials 44 gebildet wird., das sich bis zu der oberen Fläche 39 des Ringes.=erstreckt. Die radial innere Fläche des Ringes 55 wird durch eine zylindrische Fläche 56 gebildet. Wie es in Fig. 10 dargestellt ist, ist der Ring 55 quer durch einen schmalen Spalt 57 geteilt. Während der Spalt 57 nur in Fig. 10 gezeigt ist, wird verständlich sein, dass die Ringe 26 vor ihrer Befestigung auf dem Halter 20 ebenfalls mit Spalten versehen sind und dass. die Spalte in beliebiger Ausrichtung zueinander liegen können, wenn die Ringe aufgesteckt oder auf den Halter aufgesetzt werden.
Bezüglich der beim Herstellen von Kolbenringen gemäss des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien wird bemerkt, dass die-Ringe allgemein aus geeignetem Gusseisen in Übereinstimmung mit der herkömmlichen Praxis hergestellt werden. Im allgemeinen wird ein geeignetes Gusseisen eine Härte von 90 bis 110 Rockwel 1_B, eine Mindest-Zugfestigkeit von etwa 35 kg/mm 2 und einen Mindest-Elastizitätsmodul von etwa 12'000'000 haben, gemessen an einem Probestück von 63,5 bis 140. mm. Durchmesser. Nach dem Giessen werden die Ringe, wenn es notwendig ist, wärmebehandelt, gedreht, gebohrt, geschlitzt und geschliffen, je nachdem,,wie es durch die Vorschriften füriden Ringrohling bestimmt ist. Vor dem Aufsetzen auf den Halter 20, wie es oben beschrieben wurde, wird jeder der Ringe 26 mit einem Phasphatüberzug versehen, der ein Mangan-, Zink- oder ein anderer geeigneter Phosphatüberzug sein kann. Infolge des Phosphatüberzugsvorganges-werden alle freiliegenden Oberflächen einschliesslich der Oberflächen des Spaltes 57 jedes Ringes: mit einem durchgehenden Rostschutz- und ÖlhalteÜberzug versehen. Dieser Oberflächenüberzug hat zusätzlich die Funktion, das Anhaften des gespritzten Materials:( Fig. 3 ) auf den derart überzogenen Oberflächen zu verhindern. Das gespritzte Material haftet jedoch gut auf den f:cisch freigelegten Flächen, wie z. B. auf den Oberflächen der Nuten 37 ( Rig. 2 ), die durch Schleifen oder durch andere spanabhebende Bearbeitung hergestellt wurden. Da däs:gespritzte Material nicht an den Seitenflächen 39 oder an den Oberflächen des Spaltes.57 haftet, besteht keine Notwendigkeit für einen nachfolgenden Seiteiischleifvorgang, um das: Überzugsmaterial von diese. Flächen zu entfernen. Das vorzugsweise bei dem Spritzvorgang gemäss Fig. 3 verwendete Material ist metallischesrMolybdän, aber es kann auch jedes andere geeignete Metall oder jede Legierung mit hohem Schmelzpunkt vsrwendet werden, vorzugsweise mit einem höheren Schmelzpunkt als dem von Chrom, der etwa bei 18500 C. liegt. Als Beispiel für derartige andere Metalle mag Tantal mit einem Schmelzpunkt von etwa 28500 C, Wolfram mit einem Schmelzpunkt von etwa 33820 C und Osmium mit einem Schmelzpunkt von etwa 26411-0 C erwähnt werden. Von diesen werden Molybdän und Wolfram vorgezogen, aber alle vier Metalle sind Chrom überlegen, nicht nur wegen ihrer hohen Schmelzpunkte und ihrer Abriebfestigkeit, sondern auch wegen ihrer hohen Warmhärte. Im .Vergleich zu Chrom, dessen Härte bei über 3160 C schnell abfällt, bleibt die Härte von Molybdän-, Wolfram-! Tantal- und Osmiumüberzügen bei Temperaturen bestehen, die höher sind als die erwähnte. Bei gewöhnlichen Raumtemperaturen haben Molybdänüberzüge eine Härte im Beredch von 943 Yickers bei 10 kg Belastung. Das ist beträchtlich mehr als eine Brinellhärtezahl von 1000 im Vergleich zur Härte einer Chromplatte-von der sogenannten Hartchromart, die bei etwa 8,25 Vickers bei 10 kg Last liegt. Die anderen genannten verschleissfesten Metalle sind ebenfalls härter als Chrom Wie vorher erwähnt, liegt jedoch die hauptsächliche Bedeutung nicht nur in der Härte. Vielleicht der Hauptvorteil der Verwendung eines Molybdänüberzuges ist die hohe Warmhärte und der hohe Schmelzpunkt des Überzuges. Das Vorhandensein der letzteren Eigenschaft macht das Oberflächenmaterial äusserst widerstandsfähig gegen Fressen, das, wie es vorher herausgestellt wurde, durch örtliche VErschweissung der Grenzschicht des Ringmaterials mit dem Material des Zylinders während Perioden von sehr hohen Arbeitstemperaturen und Grenzlinienschmierung hervorgerufen wird.
Bezüglich des Flächenwinkels für Ringe mit geneigter Fläche, wie beispielsweise bei dem Ring 55 in Fig. 5, ist die Neigung im allgemeinen mindestens so gross, dass-eine untere Randberährung des Ringes, beispielsweise an dem Rand 60, mit der Wand der Zylinderbohrung erzeugt wird. Dieser Winkel A- kann für flache Ringe mit rechtwinkligem Querschnitt 1 0 oder sogar nur 30@ für positive Torsionsringe oder 1 0 30` für umgekehrte Torsionsringe betragen. Allgemein gesagt, sollte die grösste Neigung 3ak nicht übersteigen. Aus Herstellungsgründen mag es vorteilhaft sein, den grösseren Neigungswinkel zu wählen, aber wenn der Ring entweder ein positiver oder ein negativer oder ein umgekehrter Torsionsring sein so1L, wie es nachfolgend erklärt wird, wird der Winkel für da Neigung von dem Verdrehwinkel abhängen, der dem Ring erteilt wird:.
Aus Fig. 5 wird ersichtlich sein, dass die Nut 37 in der Nähe der Rippe 52 mit einer Radiusauskehlung 61 versehen ist. Eine derartige Radiusauskehlung wird einer scharfkantigen Verbindung 43 ( Fig. 2 ) vorgezogen, da eine Bogenfläche eine verbesserte Haftung des auf die Oberfläche der Nut 37 aufgespritzten Materials 44 über die gesamte Oberfläche möglich macht. Solange jedoch an der Verbindungsstelle 43 kein einspringender Winkel zwischen der Oberfläche der Nut und derjenigen der Rippe ausgebildet wird, kann eine zufriedenstellende Haftung des aufgespritzten Metalles an dieser Verbindung erzielt werden. Die bevorzugte Tiefe der Nut 37 sollte so sein, dass sie einen Mindestüberzug mit harter Oberfläche von 0.,025 bis Q,3mm in dem fertigen Ring bildet. Diese Abmessungen wurden zum Zwecke der Deutlichkeit in der Darstellung der Erfindung in der Zeichnung beträchtlich übertrieben. In Fig. 6 ist ein umgekehrter Torsionsring 65 dargestellt, der im allgemeinen dem Ring 55 in Fig. 5 ähnlich ist mit Ausnahme, dass der Ring mit einer Ringnut 66 in der oberen ebenen Fläche 39 versehen ist. Obwohl die Nut 66 in der Nähe aber nicht fortlaufend zu dem oberen Ende der Nut 3? dargestellt ist, kann sie tatsächlich die Nut 37 schneiden.
In Fig. 6 bezeichnet die Bezugszahl 6? einen Kolben mit einer Ringaufnahmenut 68, in der der Ring 65 angeordnet ist, um den Freiraum zwischen der Wand 69 des Kolbens 67 und der Wand ?0 des Zylinders 7l.abzudichten. Der Ring 65 ist in der normalen Stellung dargestellt, die der Ring während des Saug--, Ausstoss-und Kompressionstaktes in einem Viertaktmotor einnimmt. Die Nut 66 im äusseren Abschnitt der oberen Fläche 39 des Ringes 65 verursacht, dass der Ring sich an seinem äusseren Durchmesser nach unten und an seinem inneren Durchmesser nach oben wölbt. Obwmhl die Darstellung übertrieben ist, wird die Berührung zwischen den Flächen des Ringes 65 und der Ringaufnahmenut 68 im wesentlichen wie in der Darstellung sein, nämlich eine Berührung bei 72 zwischen der inneren Oberkante des Ringes 65 und der oberen ebenen Ringwand ?3 der Nut 68 innerhalb der Wand 69 des Kolbens. An der Unterseite des Ringes 65 tritt zwischen der unteren Fläche 38 des Ringes und der äusseren Unterkante der Ringnut 68 eine Berührung bei 74 auf. Wenn der Ring 65 umgekehrt verdreht wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, tritt eine anfängliche Berührung zwischen dem Hing 65 und der Zylinderwand 70 an oder in der Nähe der äusseren Unterkante 60 des ninges auf, nämlich zwischen dem Gusseisen des Ringes 65 und dem Material der Zylinderwand 70. Das ist vorteilhafterweise der Fall während der anfänglichen oder der Einlaufperiode bei der Verwendung eines neuen Motors oder eines alten Motors mit neuen Kolbendichtringen, da Gusseisen relativ weich ist im Vergleich zu dem Auflagematerial 44. Nach einer entsprechenden Einlaufperiode nutzt sich das Gusseisen der Rippe 4Q, das zur Abnutzungsberührung mit der Wand 70 des Zylinders freiliegt, bis zu einen Mass ab, bei dem das harte Auflagematerial 44 in schleifende oder schabende Berührung kommt, wie es bei 75 dargestellt ist. Jedoch unabhängig von dem zustand der Abnutzung der äusseren Umfangsfläche des Ringes 65 wird der Ring im wesentlichen die in Fig. 6 dargestellte Lage während des Saug-, Ausstoss- und Kompressionstaktes einnehmen, und die Verdrehung des Ringes ist ständig derart, dass bei 74 eine Dichtung fegen die untere Ringfläche 68 aufrechterhalten wird, um dadurdh zu verhindern, dass Ü1 in die Ringnut eintritt. Während des Arbeitshubes, wie er in Fig. 8 mit einer anderen Ringform dargestellt ist, wird der Explosionsdruck verursachen, dass der Ring 65 flach in der Nut liegt, wobei die untere Fläche 38 des Ringes-flach an der unteren Fläche 68 der Nut anliegt. In Fig. ? ist eine andere Form eines umgekehrten Torsionsringes_85-dargestellt, der aus dem Ring 55 in Fig. 5 hergestellt wurde, indem an der inneren Umfangsfläche 56 eine Abschrägung 86 gebildet wurde, die sich von einem Punkt unterhalb der oberen ebenen Flächen 39 nach unten und radial nach aussen erstreckt, um die untere ebene Fläche 38 zu treffen. Der Ring 85 nimmt, ähnlich wie der Ring 65 in Fi`. 6, eine nach unten gewölbte Lage gegen den Aussendurchmesser und eine nach oben gewölbte Zage gegen den Innendurchmesser während des Saug-, Ausstoss-und Kompressionshubes eines Viertaktmotors ein. Die Fig. 8 und 9 zeigen einen positiven Torsionsring 90, der dem Ring 85 ähnlich ist mit der Ausnahme, dass die Abschrägung 91 an der inneren Umfangsfläche 56 des Ringes 90 von einer Stelle geringfügig oberhalb der unteren ebenen Fläche 38 des Ringes nach oben und radial nach aussen geneigt ist, bis sie die obere ebene Fläche 39 des Ringes trifft. Wie vorher ist der Ring 90 in einer Ringaufnahmenut eines Kolbens 67 zum dichtenden Eingriff mit der Wand 70 eines Zylinders 71 eingebaut dargestellt.
Im Falle eines positiven Torsionsringes, z. B. des Ringes 90, verursacht die Abschrägung 91 entlang des oberen Abschnittes der inneren Umfangswand des Ringes, dass der Ring sich am Aussendurchmesser ( Fig. 9 ) nach oben wölbt, um bei 92 eine Berührung mit der äusseren Umfangskante der oberen Fläche 73 der Ringnut und ebenfalls eine Berührung bei 93 zwischen der äusseren Umfangskante der unteren Ringfläche 38 und der Wand 70 des Zylinders herzustellen. Die in Fig. 9 gezeigte Zage ist diejenige, die der Ring 90 während des Saug-, Ausstoss- und Kompressionshubes einnimmt, während die in Fig. 8 gezeigte Zage des Ringes 90 die ist, die er während des Arbeitshubes einnimmt, wenn der Explosionsdruck den Ring zwingt, sich flach gegen die antere Fläche 68 in der Nut anzulegen. Anstelle einer Abschrägung 91 kann der innere Umfang des Ringes zylindrisch ausgebohrt sein, um den Ring in einen Torsionsring zu verwandeln. Zu den Ausdrücken "umgekehrte" und "positive" Torsion wird bemerkt, dass im allgemeinen, wenn der Ring geschlossen oder fast geschlossen ist, wie während des Betriebes, die äussere bogenförmige Umfangsfläche des Ringes dazu neigen wird, nach oben verdreht zu werden, während die innere bogenförmige Umfangsfläche des Ringes nach unten verdreht wird, um hervorzurufen, dass der Ring die in Fig. 6 dargestellte gewölbte Gestalt eines umgekehrten Torsionsringes einnimmt, während das Verdrehen in der entgegengesetzten Richtung auftritt, um zu verursachen, dass der Ring eine entgegengesetzte gewölbte Lage einnimmt, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, wenn der Ring in einen positiven Ring umgewandelt wird. Die Darstellungen mussten beträchtlich übertrieben werden, um die von den positiven und umgekehrten Torsionsringen eingenommenen Lagen zu zeigen, aber es wird verständlich sein, dass zwischen den oberen und unteren ebenen Flächen des Ringes und den entsprechenden oberen und unteren Flächen der Ringaufnahmenut nur wenige hundertstel mm Freiraum bestehen.
In Fig. 11 ist ein gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellter Kolbenring 112 mit einem Spalt 113 dargestellt, der sich bis zu einem sehr schmalen Schlitz verringert, wenn der Ring auf den Kolben aufgesetzt ist. Wie es am besten in Fig. 13 zu sehen ist, besteht der Ring aus einem Grundmetallkörper 114 mit einem abgestuften Randprofil zwischen seiner oberen ebenen Fläche 116 und seiner unteren ebenen Fläche 117, wobei die Bezeichnung "obere" und "untere" in Üb-ereinstimmung mit der Zage jener Flächen gewählt wurde, wenn sie sich in der Kolbennut befinden und gegen die Zylinderwand wirken. Das abgestufte Randprofil weist eine Auskehlung 118 auf, die in die obere ebene Fläche 116 ausläuft und in einer im wesentlichen ebenen Ringfläche 119 endet. Das Randprofil des Ringes weist auch eine Wand 121 auf, die mittels einer Auskehlung 122 in einen ringförmigen Flanschabschnitt 123 ausläuft, der die untere ebene Fläche 117 schneidet. Wie es in Fig. 13 dargestellt ist,hat das Randprofil des Ringes mit Ausnahme an- dem Ringflanschabschnitt 123 und eines Abschnittes., der an die obere ebene Fläche 116 angrenzt, einen Überzug 124 aus hartem verschleissfestem Metall, wie z. B. Molybdän. Der Überzug kann sich nach oben entlang der Fläche 119 erstrecken, obwohl dieses nicht notwendig ist. Um typische Abmessungen anzugeben, die in-der in Fig. 13 gezeigten Form verwendet werden, wird bemerkt, dass der Neigungswinkel 126 typisch im Bereich von 1 bis 1 1/20 liegt. Die Dicke des Ringflansehabschnittes 123 liegt etwa zwischen 0,127 bis 0,38 mm. Der radiale Abstand von der Innenkante der Auskehlung 118 bis zum äusseren Umfang des Ringflanschabschnittes 123 kann im Bereich von 0,38 mm liegen, während die maximale Dicke der Metallüberzugsschicht-124 gewöhnlich geringer ist als 0,25 mm und etwa im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm liegt, Die erste Stufe bei der Herstellung der Ringe gemäss dieser abgewandelten Herstellungsart ist in Fig. 14 gezeigt. In dieser Figur besteht ein Halter 131 aus einer drehbaren Welle 132, die an geeigneten Antriebseinrichtungen ( nicht gezeigt ) befestigt ist. Entlang der.Welle 132 sind eine Vielzahl von ebenen Ringen 133 bis 138 in eng aneinanderliegender Ausrichtung zu der Welle 132 angeordnet. Eine Endplatte 139 arbeitet mit einer ähnlichen Endplatte am gegenüberliegenden Ende ( nicht gezeigt ) zusammen, umweinen Klemmdruck auf die Reihe von Ringen auszuüben, wobei der Druck mittels einer Mutter 141 in Gewindeeingriff mit dem Gewindeende 142 der Welle 132 aufgebracht wird. Eine geschlitzte Hülse 143 wird um die Reihe von Ringen 133 bis 138 angeordnet, um sie anfänglich in koaxialer Ausrichtung zu umschliessen und zu stapeln. Wenn ein geeigneter Klemmdruck auf die Seiten der Ringanordnung aufgebracht worden ist, wird die Hülse L43 entfernt. Wenn die Ringe 133 bis 138 gemäss den Fig. 14 und 15 ausgerichtet worden sind, wird der Halter 131 gedreht, und dann werden Nuten 144, l45 und 146 zwischen die angrenzenden ebenen Flächen der Paare von Ringen mittels eines Schneidwerkzeuges 147 eingeschnitten. Das in der Zeichnung gezeigte spezielle Werkzeug weist eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen 148, 149 und 150 auf, aber es wird verständlich sein, dass auch ein einziges Schneidwerkzeug vgrwendet werden kann, wenn es erwünscht ist. Die mittlere Ebene der Schneidwerkzeuge 148, 149 und 150. kreuzt die Anlageebene zwischen den anstossenden Ringen 133 und L34 z. B., so dass das axiale Mass der Nut an beiden Seiten der Anlageebene gleich ist.
Als Nächstes wird an den Rändern der rotierenden Ringe 133 bis 138 eine zweite Nut hergestellt, um die in Fig. 13 gezeigte geneigte Fläche 121 zu bilden. Das wird durch eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Schneidwerkzeugen 152, 153 und 154 erreicht, die die Ringe mit Nuten versehen, um geringfügig geneigte Wandabschnitte 156,157, 158, 159, 160 und 16l um die mittleren Nuten 144 bis 146 herum zu schaffen, wie es in Fig. 16 zu sehen ist._Gleichzeitig lassen die Schneidwerkzeuge Umfangsflächen stehen, von denen eine mit 162 bezeichnet ist und die den freiliegenden Ringflansch 123 des fertigen Ringes bilden, wie es in Eig. 13 gezeigt ist.
Nach dem zweiten Nutvorgang wird der Halter 131 auf eine Metallspritzbank aufgebracht, um den Hartmetall-Überzug in den Nuten herzustellen. Dieser Vorgang ist etwas schematisch in Eig. 17 dargestellt, in der eine Spritzpistole 164 gezeigt ist, die einen Strahl geschmolzenen Metalles ( nicht gezeigt ) unter einem sitzen Winkel zur Drehachse richtet. Der genannte Winkel wird in Uhrzeigerrichtung von der Achse der Welle 132 aus gemmsen. Die Spritzpistole 164 ist so angeordnet, dass sie sich während der Drehung des Halters 131 zum Spritzen hin- und herbewegt, und am Ende der Bewegung der Spritzpistole 164 in einer Richtung wird die Spritzpistole.164 entgegengesetzt geschwenkt, so dass sie einen stumpfen Spritzwinkel in bezug auf die Drehachse bildet, wie es in unter-. brochener Linie-in Fig. 1? gezeigt ist. Durch die Winkelneigung des Strahles zu den Nuten anstatt einer senkrechten Ausrichtung zur Oberfläche wird das gespritzte Metall nicht in starkem Masse in die Nuten 144, 145 und 146 eingespritzt. Der angrenzende Ring schützt in jedem Fall die Trennfläche zwischen den beiden angrenzenden Ringen, so dass an der 'Trennlinie zwischen den angrenzenden Ringen wenig oder kein aufgespritztes Metall auftritt. Wahlweise können zwei Spritzpistolen gleichzeitig verwendet werden, die beide unter einem Winkel zur Achse des Halters angeordnet sind, vorausgesetzt, dass ihre Strahlen sich nicht kreuzen.
Die Arbeitsweise der Spritzpistole 164 dient dazu, einen relativ dünnen Hartmetallüberzug 166 zu erzeugen. Der Überzug wird an den geringfügig geneigten Wandabschnitten 156, 15? usw. etwas dicker sein und verringert sich am unteren Teil der-Nuten 144, 145 usw., bis er fast vollständig-aufhört. Der nächste Arbeitsgang ist ein Schleifvorgang, der durch eine Schleifscheibe 167 durchgeführt wird, um den riartmetallüberzug zu entfernen, der auf die Umfangsflächen 162 gelangt ist. Diese Stufe ist in Fig. 18 dargestellt. Nach Beendigung dieses Schleifvorganges können die einzelnen Ringe von dem eialter 131 entfernt werden. Lblicherweise sind weitere Bearbeitungsvorgänge nicht notwendig, mit Ausnahme, wenn es möglicherweise bei gewissen Anwendungen erwÜnscht ist,'den Aussendurchmesser für eine schnelle Passung in dem Motor zu läppen. Obwohl die Verwendung derselben Halterung zum Nuten und Aufspritzen die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, ist es auch möglich, das Aufspritzen auf Ringe durchzuführen, die einzeln genutet wurden. Eine geeignete Anordnung ist in Fig. 19 gezeigt, wo die vorgenuteten Ringe 168 bis 173 koaxial auf einer Welle 174 mittels einer Zentrierhülse 176 angeordnet sind. Axialdruck auf die Reihe von Ringen wird mittels einer Platte 177 und einer Mutter 178 erzeugt, die auf das Gewindeende der Welle 174 aufgeschraubt ist. Nach anfänglicher Ausrichtung der vorgenuteten Ringe wird die Hülse 176 entfernt, und dann wird der Aufspritzvorgang durchgeführt, wie es in Fig. 17 gezeigt ist.
Es ist nicht immer notwendig, dass der zweite Nutvorgang, wie er in Fig. 16 dargestellt ist, eine schräge Wand für das Kantenprofil bildet. Tatsächlich wird bei einem Winkel von 0° an dieser Nut trotzdem eine geringe Neigung in der Wand auftreten, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist, und zwar infolge des -natürlichen Metallflusses und, infolge einer Neigung, an einer Seite der Nut mehr aufzubauen als an der anderen.
Eine geradflächige Gestalt kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wie es, in Fig. 20 dargestellt ist. Dort besteht ein Kolbenring 181. aus einem Grundmetall 182 mit einer im wesentlichen gleichmässig dicken Überzugsschicht 183 aus Hartmetall. Ein Paar Nuten 184 und 186 sind an entgegengesetzten Enden des Überzogenen Bereiches vorgesehen. Diese Art der Konstruktion kann durch Neigen der Spritzpistole 164 hervorgerufen werden, wie es vorher erwähnt wurde, um ein direktes Auftreffen des geschmolzenen Metalles an der angrenzenden Fläche der einzelnen Ringe zu verhindern, wenn die Ringe koaxial ausgerichtet sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen eines Kolbendichtringes, gekennzeichnet durch Zusammensetzen flacher Metallringe aus Grundmetall in im Abstand angeordneten Vielfachen um eine gemeinsame Achse, wobei sich die Hinge jedes Vielfachen in seitlicher Oberflächenberührung befinden, Drehen dieser Ringe, gleichzeitiges Nuten der Umfangsrandflächen einer Vielzahl der Ringe, um eine Randfläche zu schaffen, die gegen eine seitliche Fläche jedes Ringes geneigt ist, Spritzen eines verschleissfesten Metalles während der fortgesetzten Drehung der Ringe in die auf diese Weise. geformten Nuten, um sie mit verschleissfestem Metall zu füllen und eine Schicht dieses Metalles über die Umfangsrandflächen der bespritzten Ringe zu bilden, und Entfernen jeglichen Oberschusses von verschleissfestem Metall, um das Grundmetall jedes Ringes entlang einer Randoberfläche in der Nähe der anderen seitlichen Oberfläche derselben freizulegen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der Auten über eine seitliche Fläche erstreckt, die von jedem Vielfachen von Ringen nach aussen weist und das Metall in der Nähe der inneren Seitenfläche unberührt lässt, und dass das freigelegte Grundmetall dasjenige in der Nähe der inneren Seitenfläche jedes Ringes ist. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Randfläche des verschleissfesten Metalles nach dem Entfernen des Überschusses radial nach innen gegen die nach aussen weisende Seitenfläche geneigt zurückgelassen wird, so dass das Grundmetall entlang der inneren Seitenfläche für ein Einlaufen des entstehenden Kolbendichtringes frei stehenbleibt. . Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die nachfolgende Verfahrensstufe des Nutens einer oberen Fläche des entstehenden Ringes, um eine Ringnut in der Nähe der ausgefüllten Nut herzustellen, um den Ring in einen Torsionsring während der Verwendung umzuwandeln. 5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die nachfolgende Verfahrensstufe des Entfernens eines Teiles der oberen radialen inneren Umfangsrandfläche des entstandenen Ringes, um den Ring bei der Verwendung in einen Torsionsring umzuwandeln. 6. Einheitlicher, geschlitzter Kolbendichtring, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Grundmetall hergestellt ist und parallele obere und untere ebene Ringflächen hat, dass eine genutete radiale äussere Randfläche verschleissfestes Metall trägt, das die Nut ausfüllt und eine bogenförmige Umfangsrandfläche bildet, die radial nach innen gegen die Oberfläche geneigt ist und sie schneidet, und dass die Nut in Abstandsbeziehung von der unteren Fläche endet, um dort das Grundmetall dea Ringes frei liegen zu lassen. 7. Einheitlicher, geschlitzter Kolbendichtring, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Gusseisen hergestellt ist und normalerweise parallele obere und untere Ringflächen aufweist, dass. eine radiale äussere gebogene Oberfläche eine Nut hat, die sich von der Nähe der unteren Ringfläche bis zur oberen Ringfläche erstreckt, dass ein Metall mit einem Schmelzpunkt, der höher liegt als der von Chrom, die Nut füllt und eine nach oben und radial nach innen geneigte bogenförmige Randfläche bildet und dass das Gusseisen des Ringes. einen unteren, radial nach aussen weisenden, scharfen, bodenförmigen Rand zur anfänglichen schabenden Berührung mit der Wand eines Zylinders bildet, wenn der Ring in einer Ringnut eines Kolbens eingesetzt wird. B. Kolbendichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere ringförmige Fläche mit einer Ringnut in der Nähet aber im Abstand von dem oberen äusseren bogenförmigen Rand der gefüllten Nut versehen ist. g. Kolbendichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale innere bogenförmige Wandfläche des. Ringesvon der oberen Ringfläche über einen Abschnitt der Dicke des Ringes abgeschrägt ist. 10. Verfahren zum Herstellen eines Kolbendichtringes, gekennzeichnet durch Vorsehen einer Vielzahl von Ringen aus Grundmetall, wobei jeder dieser Ringe ein abgestuftes Profil mit einem ersten Schulterabschnitt von grösstem Durchmesser an der äusseren Seitenfläche des. Ringes, einem zweiten Schulterabschnitt von geringerem Durchmesser an der inneren Seitenfläche des Ringes. und einem dritten Schulterabschnitt von mittlerem Durchmesser zwischen dem ersten und zweiten Schulterabschnitt aufweist, Anordnen eines Paares dieser Ringe, wobei ihre inneren Seitenflächen in koaxialer Ausrichtung aneinanderstossen, so dass sie auf diese Weise eine Vielzahl von Nuten zwisehen den auf diese Weise zusammengesetzten Ringen bilden, Drehen des Paares von Rimgena während sie auf diese Weise zusammengesetzt sind,Aufspritzen eines Überzuges aus verschleissfestem Metall in die auf diese Weise geschaffenen Nuten und Entfernen jeglichen Überschussesdes auf die ersten Schulterabschnitte des Ringes aufgebrachten verschleissfesten Metalle s. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufspritzen unter einem spitzen Winkel zur Achse der zusammengesetzten Ringe durchgeführt wird. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufspritzen durch Hin- und Herbewegen einer Spritzeinrichtung axial zu den zusammengesetzten Ringen unter einem spitzen Spritzwinkel in Bezug auf die Achse der zusammengesetzten Ringe in einer Dichtung und unter einem stumpfen Winkel zur Achse durchgeführt wird, wenn das Spritzen in der entgegengesetzten nichtung erfolgt, so dass die Gestalt der Wände der Nuten im wesentlichen verhindern, dass sich Metall auf der angrenzenden Fläche der Ringe niederschlägt. 13. Verfahren zum Herstellen eines Kolbendichtringes, gekennzeichnet durch Zusammensetzen eines Paares von identischen Hetallringen aus Grundmetall auf einer gemeinsamen Achse, wobei sich die Seitenflächen der Ringe in angrenzender Beziehung befi#iden, Drehen der Ringe, Nuten der Ränder der Ringe an ihren angrenzenden Flächen, um eine relativ tiefe Nut von gleicher Abmessung nach beiden Seiten der Grenzfläche und eine zusätzliche Nut von geringerer Tiefe als die relativ tiefe Nut unmittelbar an diese angrenzend zu schaffen, Aufspritzen eines Überzuges aus verschleissfestem Metall auf die so geformten Nuten, während die Ringe um die gemeinsame Achse gedreht werden, und Entfernen jeglichen Oberschusses von auf die ungenuteten Randabschnitte jedes Ringes aufgebrachtem verschleissfestem Metall= 14. Verfahren zum Herstellen eines Kolbendichtringes, gekennzeichnet durch die Stufen des Anordnens einer Vielzahl von Ringen in koaxialer angrenzender Berührung, wobei jeder der Ringe komplementäre Nutenabschnitte hat, die an der Berührungsebene von angrenzenden Ringen aneinanderpassen, um eine zusammengesetzte Nut zwischen angrenzenden Ringen zu bilden, des Dretiens der Ringe, während sie so angeordnet sind, und des Aufspritzens eines Überzuges aus verschleissfestem Metall am Umfang der Ringe unter einem derartigen Winkel, dass im wesentlichen kein Niederschlag des verspritzten Metalles an der Berührungsebene zwischen angrenzenden Ringen entsteht. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzen durch Hin- und Herbewegen einer Spritzeinrichtung axial zu den zusammengesetzten Ringen unter einem spitzen Spritzwinkel in Bezug auf die Achse der zusammengesetzten Ringe in einer Richtung und unter einem stumpfen Winkel zu der Achse durchgeführt wird, wenn das Spritzen in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, so dass die Gestalt der Wände der Nuten im wesentlichen jegliche Metallablagerung an der Berührungsebene der Ringe verhindert. 16. Einheitlicher, geschlitzter Kolbendichtring, der aus einem Grundmetall hergestellt ist und parallele obere und untere ebene Ringflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring ein abgestuftes Profil hat, das einen ersten ringförmigen Flanschabschnitt von grösster Abmessung, der die untere ebene Ringfläche schneidet, einen zweiten ringförmigen Flanschabschnitt von geringerem Durchmesser, der den oberen ringförmigen Flanschabschnitt schneidet, und einen ringförmigen Flanschabschnitt von mittlerem Durchmesser einschliesst, der sich zwischen den anderen ringförmigen Flanschabschnitten erstreckt, und dass der Flanschabschnitt mit mittlerem Durchmesser mit einem verschleissfesten Metall überzogen ist.