DE2132312B2

DE2132312B2 - Kompressionsring

Info

Publication number: DE2132312B2
Application number: DE2132312A
Authority: DE
Inventors: Arthur Millikan New Castle Ind. Brenneke (V.St.A.)
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1974-08-15
Also published as: US3697090A; DE2132312A1; CA959511A; JPS5037803B1; DE2132312C3; FR2100007A5; GB1341260A

Description

Vortei <fcr MeiaBring öseaastsätze in k

KMBStstaffmateral, weJcbes
des Betrktysbedtagnsngea einer beibehält, kann verwendet werden der polyoieJiatscheii Polymere, vorzugv-Oaadknfeiessioee, wie beispielsweise Tetrafluo-rytea. Vmygdenflaorid. Hexaßu-BBd Vüjffloond; ferner Polyamide, Stäcene

^ _ der Erfindung sind in der

ZaariteiHi$g darge&efii und weiden im folgenden näher

F ä £ - ϊ CHHr SdäriSgaaskbt eines KompressJonsnngti.. Fag.2 eraes» Abschnitt des in Fig. 1 dargesteiheri in Sdirägansicht und größere*

Breankfztimassäicms mn emsra
»^ as«. Bfcds feergesieaicn. ab
yfltert«dl«i MstaJkmg aod aim eager gegen &ε

«3 OsTSäriltarog, Fäg.3eraenScteän eines in einem Zylinder befindiidbon Ksafoesai, fod dem der erfindungsgemäße Korn ifWcssKSEsnk^g So «äer zweiten Ringnut angeordnet ist.

Fug··« eis«abgeänderte Ausfuhningsform des erfin 3d aaargrsgennfeitea Koropfessäonsringes im Schnitt.

Fri £.5 etse DrÄafsJcht auf einen ausgestanzten Mes^temsfeti, iss dem ein abgeänderter, in Umfangsrich- mag msäckatarer Metallring für eine weitere Ausfüh-

wHert&ite. m VmiangsrkiiWBg asts-Bf (ÜSA-Paiemwanii 222«IS) «nsf »J iferö- AiWSödsüig gfe «Ü^L-sire^rir^e äa &aaskraiiflmtdufiiw beschränkt, da «c nkAi in der La§e itfßd, ein« Abdichtung fege» doi Druck zu bewirken <ίίί im 8«retd) des Kömpfewiontringe* des Ko&eifs auftritt tine Abdichtung der Zwischenräume in derm- u%m Mctidktngeß mit Kunstttöffmaierialie-i bt bekenn« (USA-Paicntichri/t 3053 545). Bn derartiger MsullrJng, d«t«cn Zwischenräume abgedichtet sind. weist jedodi keine KunsUtoffdichtungsfläche auf. die an der Zyiinderwandtmg gldfet, und ist nicht für eine Verwendung al» Kompressionsring geeignet

Am« der US-I¹S 3 174 763 ist ein Kompressionsring der eingang* beschriebenen Art bekannt, bei dem zwischen dem oberen und unteren Schenkelabschnitt als DhmmMtick eine Kunststoffeinlage eingelegt isL Diese KunüfttoffeJnlage besteht aus einem unterteilten Ring.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompressionsring zu schaffen, mit dem das Durchblasen am Kolben vermindert wird.

ßrfindungsgemäß wird d'ese Aufgabe dadurch gelösi. daß die Kunststoffeinlage mit dem Metallring formschlüssig verbunden ist. Durch diese formschlüssige Verbindung der Kunststoffeinlage mit dem Metaltring werden unmittelbar Federkräfte von dem Metallring auf die Kunststoffeinlage übertragen, die dann ihrerseits bewirken, daß die Kunststoffeinlage in eine Dich (unpanlage gegen die Zylinderwandung gebracht wird. Die hierdurch erzielte, wesentliche Verbesserung der Abdichtung führt zu einer Verminderung des Durchbla- »ens,

Bei einem Kompressionsring, bei welchem der Melallrlng ein U-Profilring ist, der aus in Umfangsrichtung F ä .£- 6 «De Kantenansicht des in F i g. 5 dargesieiläeas Mssisfciresfeus nach dem Umbiegen.

Fig.? sä»» Aasschniu des iß Umfangsrichtung ausdeäaifes-ea Metallringes, der aus dem in den F i g. 5 und 6 dargesteSien Metallstreifen hergestellt ist. in Sch rag-

Fig.8 eine Ansicht eines mit Kunststoff gefüllten Kompressionsringes, der aus dem in F i g. 7 dargestellten Metallring hergestellt ist,
Fig.9 einen Schnitt durch den Kompressionsring längs der Linie XIII-XIII der F i g. 8, wobei der Kompressionsring in der zweiten Ringnut eines Kolbens gezeigt ist

Fig. 10 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressionsringes,

Fig. 11 einen Schnitt durch den Kompressionsring längs der Linie XV-XV der Fig. 10, wobei der Kompressionsring in der zweiten Ringnut angeordnet ist

Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Kompressionsring 10 weist einen aus Stahlblech bestehenden, in Segmente unterteilten und in Umfangsrichtung ausdehnbaren Metallring 11 mit U-Profil auf. Dieser Kompressionsring 10 weist ferner eine aus einem elastomeren Kunststoff bestehende Kunststoffeinlage 12 auf, die vom Metallring 11 eingeschlossen wird und die alle Hohlräume dieses Metallringes 11 ausfüllt Der Kompressionsring 10 ist bei 13 gespalten und im Betrieb liegen die Stoßenden des Kompressionsringes IO gegeneinander an.

Der Metallring 11 weist eine obere Reihe von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, radial sich erstreckenden Segmenten 14 auf und eine untere Reihe von ähnlichen Segmenten 15, wobei diese Segmentreihen in paralleler Lage zueinander und im axialen Ab-

ttand voneinander durch in axialer Richtung sich erstreckende Verbindungsstege 16 miteinander verbun φεη sind, die in Unifangsrichtung im Abstand voneinander um den inneren Umfang des Ringes angeordnet lind. Jedes Segment 14 und 15 weist zwei derartige Verbindungsstege 16 auf, wobei sich jeder Verbindungssteg 16 von einem Segment 14 in einer Reihe zu einem benachbarten Segment 15 in der anderen Reihe erstreckt Die Segmente 14, 15 in den beiden Reihen sind gegeneinander versetzt angeordnet, und der radia-Ie Zwischenraum 17 zwischen den Segmenten 14 der oberen Reihe ist in Umfangsrichtung gegenüber dem radialen Zwischenraum 18 zwischen den Segmenten 15 in der unteren Reihe versetzt.

Der Metallring 11 weist einen nach außen offenen Profilkanal 19 und Zwischenräume 20 zwischen den Verbindungsstegen 16 auf, wobei diese Zwischenräume 20 den Profilkanal 19 zum Inneren des Metallringes 11 ihin öffnen.

Der Profilkanal 19 und die Zwischenräume 17,18 und 20 werden durch die Kunststoffeinlage 12 aus einem elastomeren Kunststoff gefüllt, und wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, weist diese Kunststoffeinlage 12 eine zylindrische Umfangsfläche 21 zwischen den Umfangsflächen, die durch die Segmente 14 und 15 gebildet werden. auf. Die Umfangsfläche 21 schließt bündig mit den Umfangsflächen der Segmente 14,15 ab. Wie in F i g. 2 gezeigt, füllt der elastomere Kunststoff der Kunststoffeinlage 12 die Zwischenräume 17, 18 und 20 und ist praktisch in diesen Zwischenräumen verkeiu, und der Kunststoff erstreckt sich bündig bis zu den oberen und unteren Oberflächen und der Innenwandung des Metallringes 11.

Die Kunststoffeinlage 12 aus dem elastomeren Kunststoff ist auf diese Weise im Metallring 11 eingeschlossen und weist eine vollständig frei liegende äußere Umfangsfläche 21 auf, welche die Dichtungsoberfläche bildet, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Der Kolben P gleitet in der Bohrung eines Zylinders C und weist eine obere Ringnut 24, eine zweite Ringnut 25 und eine ölringnut 26 auf. Ein üblicher, aus Gußeisen bestehender, gespaltener Kompressionsring 27 sitzt in der oberen Ringnut 24. Der erfindungsgemäße Kompressionsring 10 sitzt in der zweiten Ringnut 25, und ein üblicher ölabstreifring 28 ist in der ölringnut 26 vorgesehen. Der ölabstreifring 28 weist dünne Abstreifringe 29 auf, die von einem Distanz-Expanderring 30 getragen werden.

Der Kompressionsring 10 in der zweiten Ringnut 25 des Kolbens P ist höheren Temperaturen und größeren Drücken ausgesetzt als der ölabstreifring 28 in der ölringnut 26, und die Kunststoffeinlage 12 dieses Kompressionsringes 10 ist gegen Verformung oder Herauspressen entweder in dem Spalt zwischen dem Kolben P und dem Zylinder Coder in die Ringnut 25 geschützt. Der Schutz erfolgt mittels des Metallringes 11. Die oberen und unteren Segmente 14 und 15 dieses Metallringes 11 überbrücken den Spalt G zwischen dem Kolben Pund dem Zylinder C und schützen auf diese Weise die Kunststoffeinlage 12 gegen eine Verformung in diesen Spalt G hinein. Diese Segmente 14 und 15 und die Verbindungsstege 16 des Metallringes 11 verhindern eine Verformung der Kunststoffeinlage 12 in die Ringnut 25 hinein. Die Stoßenden des Kompressionsringes 10 liegen im Betrieb gegeneinander an und der Kompressionsring 10 ist in seiner Betriebslage zusammengedrückt, so daß der Metallring 11 eine in Umfangsrichtung wirksame Expansionskraft auf die Kunststoffeinlage 12 ausübt. Dadurch wird die Umfangsfläche 21 in eine gute DichtungsanJage gegen die Zylinderwand gedruckt Da sowohl der Metallring 11 als auch die Kunststoffeinlage 12 des Kompressionsringes 10 flexibel sind, kann sich die Dichtungsfläche 21 leicht an die Wand der Zylinderbohrung anpassen, und es wird eine wirksame Abdichtung erzielt ohne daß ein Einlaufen der Brennkraftmaschine erforderlich ist

Im allgemeinen muß der Kunststoff der Kunststoffeinlage 12 in der Lage sein, Temperaturen über 230⁰C zu widerstehen, ohne daß er erweicht oder seine Dichtungsfähigkeit verliert Selbstverständlich muß der Kunststoff auch ölbeständig sein und der Korrosionsatmosphäre in der Brennkraftmaschine widerstehen. Da die Kunststoffeinlage 12 von dem Metallring 11 umschlossen wird, widersteht die Kunststoffeinlage 12 sehr hohen Durchblasdrucken.

Eine abgeänderte Ausführungsform des kunststoffgefüllten Kompressionsringes 10a ist in F i g. 4 dargestellt Bei diesem Kompressionsring 10a kann der gleiche Metallring 11 verwendet werden wie beim Kompressionsring 10. Die Kunststoffeinlage 12a erstreckt sich jedoch über die Grenze des Metallringes 11 hinaus in Richtung des inneren Umfanges dieses Metallringes 11. Der abgeänderte Kompressionsring 10a arbeitet in der gleichen Weise wie der Kompressionsring 10. Dieser Kompressionsring 10a weist jedoch eine innere Umfangsschicht 40 aus Kunststoff auf, die sich um den inneren Umfang des Metallringes 11 herum erstreckt. Innerhalb des Umfanges des Metallringes 11 wird ein kontinuierlicher Ringabschnitt gebildet und dieser Ringabschnitt steht mit dem Profilkanal 19 des Kompressionsringes 10a durch die Zwischenräume 20 zwischen den Verbindungsstegen 16 hindurch in Verbindung. Auf diese Weise wird die Kunststoffeinlage 12a noch fester als die Kunststoffeinlage 12 mit dem Metallring 11 verbunden.

Eine weitere abgeänderte Ausführungsform eines Kompressionsringes ist in den F i g. 8 und 9 dargestellt. Dieser Kompressionsring 10c weist einen Metallring 50 auf, der unter der Kunststoffeinlage 51 liegt und mit dieser verbunden ist. Der Metallring 50 ist, wie F i g. 5 zeigt, aus einem Metallstreifen 52 hergestellt, und zwar dadurch, daß eine Anzahl von kreisförmigen öffnungen 53 herausgestanzt und Schnitte 54,55 und 56 im Metallstreifen 52 ausgebildet sind. Die in Querrichtung verlaufenden Schnitte 54 weisen axial versetzte Enden 54a auf, die sich von den Schnitten 55 zu in Längsrichtung verlaufenden Schnitten 54b erstrecken, die ihrerseits in Schnitte 54c hinein verlaufen, welche in Querrichtung zu einem genuteten Abschnitt 57 verlaufen. Diese genuteten Abschnitte 57 sind an ihren Böden miteinander verbunden, und es verbleibt eine dünne, leicht brechbare Sollbruchlinie 58, an der die Segmente 60 des Metallstreifens 52 zu beiden Seiten der Schnitte 54 in Verbindung stehen.

Die gekrümmten Schnitte 56 münden in einen gemeinsamen Schnitt 61 hinein, der sich durch die gegenüberliegende Kante des Metallstreifens 52 hindurch erstreckt. Biegelinien 62 sind parallel und im Abstand von den Schnitten 61 dargestellt. Diese Schnitte 61 belassen einen federnden Verbindungsschnitt 63 zwischen den Segmenten 60. Die öffnungen 53 dienen als Enden der Schnitte 55 und 56. Die Abschnitte des Metallstreifens 52, die durch die Schnitte 56 und 61 und durch die Biegelinien 62 miteinander verbunden sind, bilden ösenansätze 64, die am besten aus den F i g. 6 und 7 zu erkennen sind.

Der Metallring 50 besteht aus den radialen Segmen-

ten 60, die durch die Spalte 65 voneinander getrennt sind, welche durch die Schnitte 54 und durch Sollbruchlinien 58 an den Enden dieser Schnitte ausgebildet werden. Diese Segmente 60 sind durch .Verbindungsabschnitte 63 miteinander verbunden, die mit den ösenansätzen 64 über die Biegelinien 62 verbunden sind. Es wird so ein in Umfangsrichtung ausdehnbarer Federring geschaffen, der radiale Segmente 60 lediglich auf einer Seite aufweist, wobei sich ösenansätze 64 axial von dieser Fläche aus erstrecken. Der Kompressionsring tOc wird in der Weise hergestellt, daß die Kunststoffeinlage 51 gegen die Segmente 60 geformt wird, wobei die Kunststoffeinlage 51 die ösenansätze 64 aufnimmt, wodurch Verankerungsglieder gebildet werden. Der Kunststoff strömt durch die öffnungen 53 in diese ösenansätze 64, und dadurch wird eine Verankerung erzielt.

Wie F i g. 9 zeigt, gleiten beim Kompressionsring 10c die Segmente 60 des Metallringes 50 auf der Bodenwandung der Ringnut 25, während sich die Oberfläche der Kunststoffeinlage 51 unterhalb der oberen Wandung dieser Ringnut 25 befindet Die Segmente 60 des Metallringes 50 liegen unter der Kunststoffeinlage 51 im Spalt G zwischen dem Kolben P und dem Zylinder C und schützen den Kunststoff im Spalt oberhalb der Ringnut 25 gegen ein Auspressen unter der Einwirkung des Gasdruckes in diesen Spalt G hinein. Obwohl der Kompressionsring 10c eine Metalloberfläche und eine Kunststoffoberfläche hat, ist der Kunststoff gegen eine Verformung gesichert.

Ein weiteres abgeändertes Ausführungsbeispiel eines Kompressionsringes 10d ist in den F i g. 10 und U gezeigt. Zwei Metallringe 50 sind derart ineinander gesetzt, daß deren ösenansätze 64 so ineinander sitzen, daß axiale Distanzstücke gebildet werden, wodurch ein Metallring 70 geschaffen wird, in den sandwichartig eine Kunststoffeinlage 71 eingebracht wird, wobei die

ίο Segmente 60 die Seitenwandungen des Kompressionsringes 10d bilden und wobei die ösenansätze 64 durch den Zwischenraum und durch den Kunststoff hindurch sich erstrecken. Der abgeänderte Ring 1Od ist ähnlich aufgebaut wie der Ring 10c, weist jedoch eine Metallbedeckung an der Oberseite der Kunststoffeinlage 71 auf.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist der Metallring II, 50, 70 in Umfangsrichtung ausdehnbar und drückt die Kunststoffeinlage 12, 51, 71 in eine all-

ao seitige Anlage gegen die Zylinderwandung, so daß ein guter Dichtungsabschluß entsteht. Der Metallring 11, 50, 70 schützt die Kunststoffeinlage 12, 51. 71 gegen eine Verformung und gegen ein Auspressen.

Durch die erfindungsgemäßen Kompressionsringe 10,10a, 10b, 10c. 1Od wird bei Brennkraftmaschinen das Durchblasen ganz erheblich vermindert und dadurch wird die Öloxydation und demzufolge die Luftverschmutzung vermindert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

«nemee toes«**. 4» tu ax&km

111 HIIItIlIlBl Jllll ■ !!■■* ■ ■■■! !■ il ■■ - ^t*>..tl -, T".- H

Wtttniiimutai jgEamnngei), tBtuHtfi !SKSl

ate

äar pepvaweat, ««ftsl *** öwedöeadee Sef

des Me*aBnog« gad «fie Zv* ί-des Segment«» «ad «tee ^