DE2167137C3

DE2167137C3 - Abstands- und Federring für eine Kolbenringanordnung

Info

Publication number: DE2167137C3
Application number: DE19712167137
Authority: DE
Inventors: Harold Edward Ballwin Mo. McCormick
Original assignee: RAMSEY CORP MANCHESTER MO US; Ramsey Corp Manchester Mo
Current assignee: TRW Automotive Products Inc
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1971-05-12
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2167137B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Abstands- und Federring für eine Kolbenringanordnung, der die Kolbenringe eines Kolbenringpaares an die axial voneinander im Abstand liegenden Wandflächen einer Kolbenringnut drückt und geg?n die Zylinder belastet, wobei er als ^o Spaltring mit in einer Betriebslage aneinanderstoßenden Stirnenden ausgebildet ist, zwischen denen er eine durchgehende Umfangswand aufweist, von der obere und untere Stützabschnitte zur axialen Abstützung der Kolbenringe sowie obere und untere Federfinger zur Abstützung der Innenumfänge der Kolbenringe paarweise und integral nach innen abstehen.

Durch die US-PS 31 74 760 ist ein Abstands- und Federring für eine Kolbenringanordnung bekannt, der als Spaltring mit in der Betriebslage aneinanderstoßenden Stirnenden ausgebildet ist, zwischen denen er eine durchgehende Umfangswand aufweist, von der obere und untere Stützabschnitte zur axialen Abstützung der Kolbenringe sowie obere und untere Federfinger zur Abstützung der Innenumfänge der Kolbenringe paarweise und integral nach innen abstehen. Dabei sind die oberen und unteren Stützabschnitte zur axialen Abstützung der Kolbenringe zunächst als etwas einwärts gestellte Stützlappen ausgebildet, die sich mit ihren freien Stirnrändern im Außenbereich der Kolben- ^w ringnut den Kolbenringen anlegen. Zwischen diesen Stützabschnitten sind jeweils Federfinger vorgesehen, die praktisch rechtwinklig von der Umfangswand des Abstands- und Federringes aus nach innen abstehen und in ihren Endbereichen nach außen umgebogen sind, damit sie die Kolbenringe innenseitig hintergreifen können. Die Umfangswand des Abstands- und Federringes ist im Bereich der Federfinger jeweils unterbrochen. Die Unterbrechungen setzen sich dabei in die Federfinger fort und schließen erst kurz vor den nach ^ω außen umgebogenen Endbereichen ab. Dadurch wird zwar eine gute Biegefähigkeit sowohl der Umfangswand zur Anpassung an die Krümmung der Kolbenringnut als auch der Federfinger erreicht, jedoch wird andererseits die Rückfederungskraft beträchtlich eingeschränkt, weil die Kolbenringe bei genauer Passung in einem Abstand von den axial beabstandeten Wandflächen der Kolbenringnut verbleiben und so verdrehen oder verkanten können. Beim Angriff größerer Kräfte an den Kolbenringen, wie sie beispielsweise durch Verbrennungsrückstände an der Zylinderwand verursacht werden, muß auch mit einer weiteren Umbiegung der Stützabschnitte sowie der Federfinger gerechnet werden, wodurch die funktionsgerechte Lage der Kolbenringe ebenfalls beeinträchtigt wird. Außerdem ist bei dieser bekannte« Gestaltung des Abstands- und Federringes nicht sichergestellt, daß die beiden Kolbenringe durch die Stützabschnitte und die Federfinger auch immer gleichmäßig festgehalten werden.

Durch die US-PS 3442 519 ist auch eine Ausbildung bekannt, bei der der im übrigen in der zuvor erläuterten Weise ausgebildete Abstands- und Federring mit einem oder mit beiden Kolbenringen einer Kolbenringanordnung einstückig ausgebildet ist Durch die einstückige Ausbildung des Abstands- und Federringes mit den Kolbenringen wird zwar der Einbau der gesamten Anordnung erleichtert, die genannten Nachteile hinsichtlich der Funktionsfähigkeit werden dadurch jedoch keineswegs behoben.

Durch die FR-PS 13 45 610 ist schließlich ein Abstands- und Federring für eine Kolbenringanordnung mit zwei Kolbenringen bekannt, der in Form einer mäanderartigen Faltung ausgebildet ist und auf diese Weise seine Federeigenschaften erhält Allerdings muß dieser Abstands- und Federring zur Erreichung der vollen Funktionsfähigkeit mit einem zweiten radial wirkenden Federring kombiniert werden, der die Kolbenringe gegen die Zylinderwand andrückt Diese Ausbildung erfordert durch die Notwendigkeit zweier Federringe einen beträchtlichen Herstellungs- und Montageaufwand. Außerdem werden die beiden Federringe dabei völlig unabhängig voneinander wirksam, so daß eine Relativverschiebung gegeneinander zu einer Aufhebung des Kolbenringkontaktes mit der Zyünderwand führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem Abstands- und Federring der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der in der Lage ist, die Kolbenringe auch beim Auftreten hoher Belastungen, insbesondere hoher Drehmornentbelastungen, stets in einer Lage zu halten, in der die Anlage an der Zylinderwand einerseits und die Anlage an den zugeordneten Ringnutwänden andererseits stets optimal aufrechterhalten wird und dabei Toleranzen der Kolbenringnuten, der Kolbenringe sowie der Abstandsund Federringe optimal ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federfinger eines jeden Federfingerpaares von Her durchgehenden Umfangswand aus gegensinnig zunächst radial und axial einwärts und dann radial und axial auswärts gebogen sind und dabei mit ihren am weitesten axial einwärts liegenden Krümmungsbereichen aneinanderliegen.

Durch diese Ausbildung wird eine hohe Formstabilität des Abstands- und Federringes im Umfangsbereich, d. h. in dem äußeren Abstützbereich der Kolbenringe einerseits sowie eine hohe Federkraft der Federfinger andererseits erreicht, durch die Kolbenringe an die Zylinderwand angedrückt werden. Durch die gekrümmte Formgebung der Federfinger werden die Kolbenringe wenigstens mit ihren Innenrandbereichen zugleich auch an die zugehörigen Kolbenringnutwände angedrückt. Dadurch wird eine sichere Abstützung der Kolbenringe auch dann gewährleistet, wenn verhältnismäßig große Abmessungstoleranzen vorliegen. Durch die Krümmung der Federfinger wird dabei einerseits ein

besonders hohes Maß an Elastizität erreicht, andererseits aber eine übermäßige Auslenkung in Axialrichtung, die ein Abheben der Federfingerenden von den Kolbenringen zur Folge haben könnte, durch die gegenseitige Abstützung verhindert *·

Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine zum Teil weggebrochene Draufsicht einer Kolbenringanordnung mit einem erfindungsgemäß gestalteten Abstands- und Federring,

Fig.2 einen Teilschnitt eines Kolbens und eines Zylinders mit in einer Kolbennut eingesetzten Kolbenringanordnung,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Abstands- und Federringes,

F i g. 4 eine Schniuansieht des in F i g. 3 dargestellten Abstands- und Federrings und

F i g. 5 eine Draufsicht auf einen Materialstreifen, aus dem der Abstands- und Federring hergestellt ist

In den F i g. 1 und 2 ist eine vollständige Kolbenringanordnung 10a dargestellt, die einen Abstands- und Federring 30 aufweist der zwei dünne, ausdehnbare, gespalten ausgebildete ölabstreifringe 12,13 aus Metall trägt Der obere ölabstreifring 12 weist Enden 12a auf, ^ die in geringem Abstand voneinander liegen, so daß ein Spalt 14 zwischen diesen Enden vorhanden ist In gleicher Weise weist auch der untere ölabstreifring 13 Enden 13a auf, die im Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch ein Spalt 15 zwischen diesen Enden ausgebildet wird. Die Enden 30a des Abstands- und Federringes 30 liegen jedoch gegeneinander an, derart, daß zwischen diesen Enden kein Spalt vorhanden ist und der Ring in seiner Betriebsstellung geschlossen ist.

Wie die F i g. 2 zeigt, ist die Kolbenringanordnung 10 ^ in der ölringnut G eines Kolbens P angebracht, der im Zylinder C einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Nut G weist Bohrungen H im Boden auf, die mit dem Inneren des Kolbens in Verbindung stehen, damit eine freie ölströmung in die Nut G ermöglicht wird.

Wie die F i g. 2 erkennen läßt werden die Ölabstreifringe 12 und 13 in axialem Abstand voneinander von dem Abstands- und Federring 30 gehalten, wobei ihre inneren Umfange von dem Abstands- und Federring unter einem Winkel erfaßt werden, durch den sie ^Vl einerseits in eine Seitendichtungslage gegen die Seitenwandungen der Ringnut und andererseits radial nach außen in eine Dichtungsanlage gegen den Zylinder Cgedrückt werden. Die Kolbenringanordnung 10 bildet damit eine Ölabstreifring-Baugruppe, die es ermöglicht, daß Öl in der ölnut zwischen den ölabstreifringen frei umlaufen kann, jedoch ein Durchsickern des Öls zwischen dem Kolben und dem Zylinder über die Ölabstreifringe hinaus verhindert wird. Beim Einbau kann der Abstands- und Federring 30 aufgrund seiner gespaltenen Ausbildung leicht über den Kolben geschoben werden, bis er in die Nut G einschnappt. Wenn nach dem Einschnappen in die Nut seine Enden gegeneinander liegen, hat er einen Innenumfangsdurchmesser, der größer ist als der Boden der Kolbennut, so daß dieser im Abstand vom Innenumfang der Kolbenringanordnung liegt, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.

Der Abstands- und Federring 30, dessen Gestalt am besten aus den F i g. 3 und 4 zu erkennen ist, weist eine in Umfangsrichtung durchlaufende, sich etwa senkrecht '⁶ erstreckende äußere Lisffangswand 31 auf. In dieser Wand sind in Umfa"gsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Längsschlitze 32 vorgesehen, und zwar in der Mitte zwischen der oberen und unteren Kante dieser Wand, Ferner sind axial fluchtende und im Abstand voneinander angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Schenkel 33 und 34 vorgesehen, die mit axial fluchtenden, gegeneinander anliegenden Fingern 36 und 35 alternieren.

Die Schenkel 33 und 34 erstrecken sich in flachen, radialen Ebenen von den oberen und unteren Kanten der Umfangswand 31 aus und sind mit dieser Wand durch abgerundete äußere Endabschnitte 33a und 34a verbunden.

Die Finger 35 und 36 sind zylindrisch gekrümmt und gehen von abgerundeten Enden 36a und 35a an den unteren und oberen Kanten der Wand 31 aus. Die oberen Finger 35 sind nach unten hin zu einem mittleren Bogenabschnitt 35Ö gekrümmt der etwa in der Mitte zwischen den oberen und unteren Kanten der Wand 31 liegt während die unteren Finger 36 nach oben zu Scheiteln 360 hin gekrümmt sifa, die gegen die Abschnitte 356 in Bereichen 37 anliegen. Die Finger 35 sind da nach oben gekrümmt und weisen freie Endabschnitte 35c auf, die in Höhen oberhalb der Oberseiten der Schenkel 33 liegen. Die Finger 36 sind nach up ten gekrümmt und zwar zu freien Enden 36c hin, die in Höhen unterhalb der Unterseiten der Schenkel 34 liegen.

Die freien Enden 35c und 36c der Finger 35 und 36 bilden Federanschläge, die gegen die inneren Umfange der Ringe 12 und 13 anliegen, um diese radial und axial nach außen zu drücken, wie es in F i g. 2 dargestellt ist

Im Betriebszustand weist der Abstands- und Federring 30, wie die F i g. 1 zeigt Endkanten 30a auf, die gegeneinander anHegen, so daß ein durchlaufender Ring gebildet wird. Die gekrümmten freien Endabschnitte 35c und 36c der Finger 35 und 36 sind, wie die F i g. 4 zeigt, nach hinten ausgelenkt so daß Ölring-Anschlagflächen 35c/und 36t/ in einer Winkellage gegenüber den inneren Umfangen der ölringe gebildet und diese in Seitendichtungslage gegen die Kolbenringnut gepreßt werden, wie es die F i g. 2 zeigt. Die Federfinger 35 und 36 werden um einen Schwerpunkt herum verschwenkt, der durch die Kontaktfläche 37 gebildet wird, so daß diese Finger verhältnismäßig steif sind.

Die Schenkel 33 und 34 bilden eine reichlich bemessene radiale Tragfläche für die Ölringe und verhindern, daß diese in die Aussparungen gedruckt werden, die durch die gekrümmten Ringfinger gebildet werden.

Die Federn, die durch die Finger 35, 36 gebildet werden, wirken einzeln auf die inneren Umfange der ölringe ein, und zwar von einer fortlaufenden Um^ngsbasis aus, die durch die Vorderwandung 31 und durch die Anlageoberfläche 37 gebildet wird.

Der Abstands- und Federring 30 wird in einfacher Weise aus einem fortlaufenden Metallstreifen hergestellt, welcher unter Bildung eines in Fi g. 5 dargestellten Rohlings gestanzt wird. Wie aus der Zeichnungsfi· gur zu entnehme.! ist, wird ein Metallstreifen 38 dabei längs beider Endkanten 39 und 40 derart gestanzt, daß Paare von in Querrichtung fluchtenden W-förmigen Aussparungen 41 entstehen. Der Streifen wird ferner so gestanzt, daß langgestreckte Aussparungen 42 in der Mittelachse zwischen den Aussparungen 41 entstehen. Durch die Ausschnitte 4i werden fluchtende kurze Finger 43 und lange Finger 44 ausgebildet, die mit den Fingern 43 alternieren. Der Streifen 38 wird zu einem U-Profil gebogen, wobei die kurzen Schenkel 43 die Schenkel 33 und 34 und die langen Schenkel 44 die

Federfinger 35 und 36 des fertigen Ringes bilden.

Der Ring 30 kann aus einem fortlaufenden Streifenmaterial hergestellt sein. Eine Überlappung in der Betriebsstellung ist dabei nicht zu befürchten, da der Ring einer Wärmebehandlung unterzogen wird, die so erfolgt, daß er in eine geschlossene Stellung einschnappt, in der seine Enden aneinander liegen.

Das Material, aus dem der Abstands- und Federring hergestellt wird, kann ein Stahl, beispielsweise ein Stahl SAE 1075, sein, wobei zur genauen Ausbildung der Anschlagflächen der Finger 35 und 36 ein Prägeverfahren verwendet werden kann.

Für den Stahl SAE 1075 kann die Wärmebehandlung eine Erwärmung der fertigen Ringe bis auf etwa 816°C umfassen, an die sich ein Abschrecken in Öl anschließt. Danach folgt ein Temperverfahren, bei dem der Ring auf etwa 316°C für eine Stunde erhitzt wird, um die gewünschten Federeigenschaften und um eine Härte im Bereich von Rockwell C 45 bis 55 zu erhalten. Es ist jedoch hinzuzufügen, daß auch andere Materialien als der Stahl SAE 1075 verwendet werden können, wobei sich dann gegebenenfalls auch die Art der Wärmebehandlung ändert, damit die gewünschten Federeigenschaften erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Abstsnds- und Federring for eine Kolbenringanordnung, der die Kolbenringe eines Kolbenringpaares an die axial voneinander im Abstand liegenden Wandflächen einer Kolbenringnut drückt und gegen die Zylinderwand belastet, wobei er als Spaltring mit in der Betriebslage aneinanderstoßenden Stirnenden ausgebildet ist, zwischen denen er eine durchgehende Umfangswand aufweist, von der obere und untere ι Q Stützabschnitte zur axialen Abstützung der Kolbenringe sowie obere und untere Federfinger zur Abstützung der Innenumfänge der Kolbenringe paarweise und integral nach innen abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder- '⁵ finger (35,36) eines jeden Federfingerpaares von der durchgehenden Umfangswand (31) aus gegensinnig zunächst radial und axial einwärts und dann radial und axial auswärts gebogen sind und dabei mit ihren am weitesten axial einwärts liegenden Krörnmungsbereichen (356,36i^aneinanderliegen.