DE2234285A1

DE2234285A1 - Kolbenring fuer motoren, kompressoren oder dergleichen

Info

Publication number: DE2234285A1
Application number: DE19722234285
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Gautier
Original assignee: Floquet Monopole S A
Current assignee: Floquet Monopole S A
Priority date: 1971-07-28
Filing date: 1972-07-12
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2147465A5; IT963046B; ES183070U; ES183070Y

Description

DIPL.-ING. HANS W. GROENING DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN

PATENTANWÄLTE

12. Juli 1972

P 11 - 36

FLOQUET MONOPOLE Societe Anonyme - Poissy

Kolbenring für Motoren, Kompressoren oder dergleichen

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Kolbenringen in Form eines offenen Ringes für Motoren, Kompressoren oder dergleichen.

Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung Kolbenringe für Kolben von Ottomotoren oder Dieselmotoren.

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Es ist bekannt, daß die Flächen, gegen die die Kolbenringe reiben, sich während des Betriebes der diese Kolbenringe aufweisenden Maschine deformieren. Dies ist insbesondere bei Bohrungen der Laufbüchsen von Wärmekraftmaschinen der Fall.

Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, die Kolbenringe so zu gestalten, daß sie eine ausreichende Nachgiebigkeit aufweisen, um sich der Form dieser Flächen ständig anzupassen, wenn sie sich verformen, ohne daß diese Nachgiebigkeit Insoweit der Wirksamkeit dieser Kolbenringe schadet, insbesondere vom Gesichtspunkt des Abdichtens her.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Kolbenring für Motoren, Kompressoren oder dergleichen, in Form eines offenen Ringes vorgesehen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß er von zwei flachen_f übereinandergelegten, mindestens an einem Punkt miteinander verbundenen, offenen Kreisringen gebildet wird, die mit querverlaufenden, mindestens an einer Seite offenen Ausschnitten versehen sind, die derart angeordnet sind, daß die .querverlaufenden Ausschnitte eines Kreisringes gegenüber denen des anderen Kreisringes derart winkelversetzt sind, daß sie wenigstens teilweise auf einer Seite von nicht ausgeschnittenen Bereichen abgedeckt sind, die in zu den Mittelebenen der Kreisringe senkrechter Richtung einen Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchtritt verhindern.

Die querverlaufenden Ausschnitte können radial verlaufen; in diesem Falle sind die Kreisringe vorzugsweise einzeln hergestellt, mit an einem Ende geschlossenen Ausschnitten; die Kreisringe werden dann in geeigneter Weise aufeinandergelegt und durch Schweißung in wenigstens einem Punkt miteinander verbunden.

Gemäß einer anderen Auaführungsform sind die quer-"•/erlaufenden Ausschnitte schräg zu den radialen Richtungen aiigiorcoistj in cüüssüi F-i.il bilde.: "beid; freisrdnge eines KoI-"

BAD ORIGINAL

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benringes vorzugsweise ein einstückiges Teil ein und desselben Materialstreifens und sind miteinander längs einer Falzlinie verbunden, die sich im wesentlichen längs der gesamten.Länge ihres inneren Umfanges erstreckt.

Zur Erzielung eines der oben genannten Ausführungsform entsprechenden Kolbenringes ist es vorteilhaft, von einem glatten, flachen Metallstreifen auszugehen, dessen lange Kanten geradlinig und parallel sind und vorteilhafterweise abgefaste oder abgerundete Kanten aufweisen; dann sieht man in dem Metallstreifen querverlaufende Ausschnitte vor, die schräg zu den besagten Kanten verlaufen, an einem Ende offen und an ihrem anderen Ende geschlossen sind, wobei sieh die offenen Enden der Ausschnitte abwechselnd an jeder der besagten Kan-

ten befinden und sich über eine länge erstrecken derart, daß sie die längs verlaufende Mittelachse|des Metall Streifens überoueren; sodann biegt man den Metallstreifen um diese Mittelachse zusammen und biegt schließlich den so gefalzten Metallstreifen in seiner Ebene zu dem Kolbenring, bei dem die FaIzlinie den inneren Umfang des fertigen Kreisringes bildet, rund,

■ Die Erfindung umfaßt neben den oben erläuterten Vorkehrungen noch gewisse andere Maßnahmen, die vorzugsweise gleichzeitig angewendet werden, und die ausführlicher anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, die aber nicht als Begrenzung des Schutzumfangs aufzufassen sind, besehrieben werden. Die Zeichnungen zeigen in:

Figur 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kolbenring;

Figur 2 einen Schnitt längs der Achse ΙΪ—ΙΙ in Figur.1;

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Figur 3 einen Schnitt durch einen von zwei Paaren je zweier Kreisringe gebildeten Kolbenring, wobei die Kreisringpaare durch einen elastischen Steg, der im oberen Teil dieser Figur nicht dargestellt ist, im Abstand voneinander gehalten werden;

Figur 4 eine Draufsicht auf einen Metallstreifen zur Herstellung eines Kolbenringes gemäß Figur 6;

Figur 5 den Metallstreifen der Figur 4 nach dem Umbiegen bzw« Falzen;'

Figur 6 den gefalzten Metallstreifen der Figur 5 nach dem Rundbiegen auf den zur Anwendung kommenden Durchmesser;

Figur 7 einen Schnitt längs der Achse VII-VII in Figur 6.

In den Figuren 1 und 2 sieht man einen Kolbenring in Form eines offenen Ringes für einen Motor, Kompressor oder dergleichen.

Dieser Kolbenring besteht aus zwei offenen flachen Kreisringen A, B, die übereinander gelegt sind und rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Jeder Kreisring wird von zwei ebenen, parallelen Flächen begrenzt. Die Mittellinien jedes Kreisringes liegen in parallelen Ebenen.

Die beiden Enden 2a, 3a des Kreisringes A sind einander benachbart und, in freiem Zustand des Kreisringes A, durch einen Spalt 4a, der sich längs der gesamten radialen Ausdehnung des Kreisringes A erstreckt, voneinander getrennt.

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Das gleiche gilt für die Enden 2b, 3b des Kreisringes B, die durch den Spalt 4b, der gegenüber dem Spalt 4a verschoben ist, voneinander getrennt sind.

Die Kreisringe A und B sind mit radialen Ausschnitten 5a, 6a bzw. 5b, 6b versehen, die an einem Ende geschlossen und an ihrem anderen Ende offen sind.

Vorteilhaft sind die offenen Enden der radialen Ausschnitte jedes Kreisringes abwechselndan der Innenkante, was die Ausschnitte 5a und 5b anbetrifft,bzw. der Außenkante, was die Ausschnitte 6a, 6b der Kreisringe anbetrifft, angeordnet .-;■■"'

Die Größe der Ausschnitte ist geringer als die Hälfte des Abstandes zwischen den Achsen zweier benachbarter Ausschnitte.

Die radialen Ausschnitte 5a, 6a des Kreisringes A sind gegenüber den Ausschnitten 5b, 6b des Kreisringes B winkelversetzt. Auf-diese Weise ist jeder der Ausschnitte 5a, 6a und 5b, 6b von einer Seite vollständig durch einen geschlossenen Bereich 7b bzw. 7a bedeckt, der in einer Richtung D (Figuren 2 und 3) senkrecht zu den Mittelebenen der Kreisringe für das Durchtreten eines Fluids in einem ringförmigen Bereich, dessen Querschnitt den Kreisringen entspricht, ein Hindernis bildet.

Vorteilhafterweise haben die Ausschnitte 5a, 6a einerseits und die Ausschnitte 5b, 6b andererseits gleichen Abstand voneinander.

Wie aus 'Figur 1 ersichtlich ist, weist das geschlossene Ende der radialen Ausschnitte eine kreisförmig© Begrenzung bzw. einen kreisförmigen Umriß 8 auf, um die Erzeugung

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der Ausschnitte zu erleichtern und die Nachgiebigkeit des Kreisringes zu vergrößern.

Jeder Ausschnitt weist zwei geradlinige Kanten 9 auf, die radial gerichtet sind und sich zwischen der kreisförmigen Begrenzung 8 und dem offenen Ende des Ausschnittes erstrecken.

Die Kreisringe A und B sind miteinander in wenigstens einem Punkt, vorzugsweise durch eine Punktschweißung P verbunden. Auf diese Weise ist die relative Winkellage der beiden Kreisringe A und B zueinander wohl definiert. Diese Verbindung zwischen den beiden Kreisringen A und B vereinfacht im übrigen ihre Montage.

Figur 3 zeigt in ihrem unteren Teil einen Kolbenring S, der von zwei Paaren 10 und 11 zweier übereinandergelegter Kreisringe A und B besteht, die in einer Richtung D senkrecht zu den Ebenen der Kreisringe durch einen elastischen Steg 12 im Abstand voneinander gehalten werden« Jedes Paar 10 und 11 ist dem Kolbenring 1 der !Figuren 1 und 2 analog gebildet.

Der Kolbenring S ist in einer strichpunktiert dargestellten Ringnut 13 eines Kolbens 14 montiert, der in der Bohrung einer Laufbuchse 15 angeordnet ist.

Der Steg 12 wird von einem offenen Drehring gebildet, der einen Querschnitt 12a in form eines TJ aufweist, bei welchem die Enden der Schenkel rechtwinklig nach außen gebogen sind und mit der Innenkante der Kreisringe A und B Kontakt laben. Die beiden Schenkel des U werden während der Montage der Paare 10 und 11 in der Kolbenringnut 13 derart zusammenrrcdrüokt, daß sie danach das Bestreben haben, sich zu spreizen ■laid die becagtoii Paars 10 und 11 gegen die Wände'der Kolben-

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Der Steg 12 ist u. a« so ausgebildet, daß er in ■ radialer Richtung■eine Kraft auf die Paare 10 und 11 ausübt und diese dadurch an die Laufbuchse 15 anlegt.

Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform wird der Kolbenring 21 von zwei Kreisringen A' und B¹ (Figur 7) gebildet, die längs der gesamten länge ihres inneren Umfangs p, mit Ausnahme der Bereiche, wo die querverlaufenden Ausschnitte 25a, 25b sich zur Innenkante dieser Kreisringe hin öffnen, miteinander verbunden sind.

Die Ausschnitte 25a, -25b sind, wie aus Figur 6 hervorgeht, schräg und gegen die radialen Richtungen geneigt.

Jeder Ausschnitt weist einen Bereich m auf, der einen der Kreisringe A', B¹ vollkommen durchquert, und verlängert sich durch einen Bereich n, der an einem Enüe geschlossen ist, in den anderen Kreisring hinein. Die Achsen der Bereiche m und η bilden miteinander einen Winkel, dessen Spitze auf dem inneren Umfang des Kolbenringes gelegen ist, und sie sind im wesentlichen in Bezug auf einen vom Mittelpunkt des Kolbenringes aus— und' durch die Spitze des genannten Winkels hindurchgehenden Strahls - zueinander symmetrisch.

Um den Kolbenring 21 der Figur 6 herzustellen, geht man vorteilhaft von einem flachen Metallstreifen F mit rechteckigem Umriß aus (Figur 4). ·

Die quei—verlaufenden, parallelen, und gegenüber der zu den Längskanten des Streifens F senkrechten Richtung schräg geneigten Ausschnitte 25a, 25b werden sodann in den Streifen eingearbeitet, wie dies in.Figur 4 dargestellt ist.

Jeder schräge Ausschnitt 25a, 25b ist an einem seiner Enden offen. Die offenen Enden der Ausschnitte 25a, 25b

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sind abwechselnd an jeder der langen Seiten des Streifens F gelegen. Das andere Ende der Ausschnitte ist geschlossen und wird von kreisrunden Löchern 26a, 26b gebildet.

Die Ausschnitte 25a, 25b"haben eine Länge derart, daß sie die längs verlaufende Mittelachse E des Streifens F überqueren.

Der Streifen F wird sodann um die Achse E derart gefalzt bzw·, zusammengebogen, daß man, wie in Figur 5 dargestellt, einen Streifen der gleichen Länge \^ie der des Streifens F, jedoch halber Breite und doppelter Dicke erhält. Der Streifen der Figur 5 wird von zwei übereinander gelegten Teilen gebildet, aus denen die Kreisringe A', B^f entstehen.

Wegen der Neigung der Ausschnitte 25a, 25 b gegen die zur Achse E senkrechte Richtung befinden sich die zwi-Bchen den offenen Enden der Achse E gelegenen Bereiche m der Ausschnitte nach dem Falzen bzw. Zusa.mmenbiegen des Streifens F nicht gegenüber den zwischen der Achse E und den geschlossenen Enden der Ausschnitte befindlichen Bereichen η der Ausschnitte.

Die Bereiche m der Ausschnitte 25a und die Bereiche η der Ausschnitte 25b werden nach dem Falzen von den vollen bzw. ausschnittlosen Bereichen 27a des Streifens F, die im Verhältnis zu den Bereichen m und η auf der anderen Seite der Achse E (Figur 4) gelegen sind, bedeckt.

Die Bereiche η der Ausschnitte 25a und die Bereiche __. m der Ausschnitte 25b werden nach dem Falzen von den ausschnittlosen Bereichen 27b bedeckt.

Der gefalzte.Streifen der Figur 5 wird sodann in seiner Ebene rund gebogen, um den Kolbenring 21 (Figur 6)

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zu bilden,- und zwar derart, daß dielfalzlinie, d. h. die Achse E, sich längs des inneren timfanges ρ des Kolbenringes 21 erstreckt. ■ ■ . '" ' ■ ' ■■..■.

Die zv/ei Lähgskänten des Äusgangsstreifehs F erstrecken sich längs' des äußeren Umfariges des Kolbenringes und bilden die Lippen 1 (Figur 7) des Kolbenringes.

■ ^: Die Kanten 22a und.23a der 'Schmalseiten des Streifens F sind rechtwinklig zu den Längsseiten dieses Streifens derart angeordnet,'daß der Abstand zwischen einer'Schmalseite und dem Schnittpunkt des benachbarten, schrägen Aus- ' schnittes mit der Achse B, gemessen in der Ebenö der Achse 1/ halb so groß ist wie der Abstand- zwischen zwei benachbarten schrägen Ausschnittenj gemessen auf der genannten Achse.

Der auf diese Weise gebildete Kolbenring kann vorteilhaft längs seines Außenumfanges verchromt werden; z;u diesem Zweck müssen die Kanten des Streifens F eine geeignete Form aufweisen, beispielsweise abgefast oder "abgerundet sein, wie dies für die Lippen 1 der Figur 7 dargestellt ist. Der Chromüberzug g auf diesen Lippen weist einen halbmondförmigen schnitt auf, der in der Mitte am dicksten ist*

Die Verschleißfestigkeit des Kolbenringes wird durch diesen Chromüberzug verbessert*

Die Kreisringe A, B oder A'* B¹, die den Kolbenring 1 oder 21 bilden, bestehen aus martensitlschem oder austenitischem Stahl.

Welches auch immer das ins Auge gefaßte Anwendungsgebiet sein mag, der äußere Umfang der Kreisringe A und B oder A¹, B^! wird größer gemacht als der Umfang der Bohrung, in welcher die Kreisringe sich bewegen»

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Bei der Montage des Kolbenringes 1, "beispielsweise in einer Korbenringnut, bringt man die Enden 2a, 3a des Kreisrings A einerseits und die Enden 2b, 3b des Kreisringes B andererseits miteinander in Kontakt und drückt den Kolbenring tangential zusammen, um seinen äußeren Umfang zu verkleinern und sein Einführen in die LaufbUch.se,deren Bohrungsdurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenringes 1 im Ruhezustand, zu ermöglichen. Der Kolbenring erhält auf diese Weise beim Einbau eine tangentiale Eigenspannung, die es ihm ermöglicht, während des Betriebes einen bestimmten spezifischen Druck auf die Laufbüchsenbohrung auszuüben.

Zu beachten ist, daß die den Kolbenring aufnehmende Kolbenringnut die Kreisringe A und B aneinander angelegt und die Enden 2a, 3a und 2b, 3b aneinander anstoßend hält.

Der Einbau der Kolbenringe S und 21 geschieht auf gleiche Weise wie eben für den Kolbenring 1 beschrieben.

Wegen der großen Nachgiebigkeit des erfindungsgemäßen Kolbenringes, die insbesondere auf das Vorhandensein der querverlaufenden Ausschnitte zurückzuführen ist, braucht die tangentiaie Eigenspannung nicht bedeutend zu sein. Der Kolbenring funktioniert mit bzw. trotz eines verminderten spezifischen Druckes, was seinen Verschleiß verringert.

Die Wirksamkeit des Kolbenringes vom Standpunkt des Abdichtens her gesehen ist gut, da der Kolbenring einerseits den Deformationen der Laufbüchse folgen kann, und andererseits die Ausschnitte von den ausschnittlosen Bereichen verdeckt •sind, die jeglichen Durchtritt von Gas oder Öl verhindern.

Die in den Figuren 1,.,2 und 6 dargestellten Kolb.en-

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Kolbenring für Motoren, Kompressoren oder dergleichen, in Form eines offenen Ringes, dadurch gekennzeichnet, daß er von zwei flachen übereinander—gelegten, mindestens an einem Punkt miteinander verbundenen, offenen Kreisringen (A, B) gebildet wird, die mit querverlaufenden mindestens an einer Seite offenen Ausschnitten (5a, 6a, 5"b, 6b) versehen sind, die derart angeordnet sind, daß die querverlaufenden Ausschnitte (5a, 6a) eines Kreisringes (A) gegenüber denen (5b, 6b) des anderen Kreisringes (B) derart winkelversetzt sind, daß sie wenigstens teilweise auf einer Seite von nicht ausgeschnittenen Bereichen abgedeckt sind, die in zu den Mittelebenen der Kreisringe senkrechter Richtung einen Gas- bzw. Flüssigkeitsdurchtritt verhindern.

?. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querverlaufenden Ausschnitte (5a, 6a; 5b, 6b) ra,dial verlaufen und an einem Ende geschlossen sind, wobei die offenen

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Enden abwechselnd an der Innenkante und an der Außenkante des Kolbenringes gelegen sind.

3. Kolbenring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisringe (A, B) des Kolbenringes getrennt voneinander hergestellt und nachträglich durch Schweißung in wenigstens einem Punkt (P) miteinander verbunden sind.

4* Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querverlaufenden Ausschnitte schräg ζτι den radialen Richtungen angeordnet'sind.

5. Kolbenring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kreisringe (A¹, B') des Kolbenringes einstückiges Teil des gleichen Materialstreifens (F) und längs eines sich an ihrer gesamten Innenkante erstreckenden Falzes (p) miteinander verbunden sind.

6. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur gleitenden Abdichtung in einer Bphrung, dadurch gekennzeichnet, daß, da die beiden Enden (2a, 3a; 2b, 3b) jedes Kreisringes (A, B) aneinanderstoßen, der äußere Umfang jedes Kreisringes im Ruhezustand größer ist als der Umfang der Bohrung, in welcher der Kolbenring gleiten soll, derart, daß sum Einführen des Kolbenringes in die Bohrung eine Verringerung des äußeren Umfanges des Kolbenringes,durch die Erteiltmg einer tangentialen Eigenspannung erforderlich ist, wodurch der Kolbenring in der Lage ist, auf die Bohrung einen bestimmten spezifischen Druck auszuüben.

7. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis- 6, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Paare Ubereinandergelegter Kreisringe aufweist, die in Richtung ihrer Achse durch einen zwischen den Paaren angeordneten elastischen Steg (12a) im Abstand voneinander gehalten sind.

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8. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1. bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeder an einem Ende geschlossene querverlaufende Ausschnitt (5a, 6a; 5b, 6b) an diesem Ende eine kreisförmige Begrenzung (8) aufweist und der restliche Teil des Ausschnittes von zwei geraden Kanten (.9).,"begrenzt ist, die sich zwischen der kreisförmigen Begrenzung (8) und dem offenen Ende des Ausschnittes erstrecken.

9* Kolbenring nach einem der Ansprüche 1, bis 8, dadurch gekennzeichnet,. daß.die Kreisringe (A, B) aus martensitischem Stahl bestehen.

10. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringe (A, B) aus austenitischem Stahl bestehen.

11. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß sein Außenumfang verchromt ist.

12. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten der Kreisringe (A, B) abgefast oder abgerundet sind.

13. Verfahren zur Herstellung eines Kolbenringes nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem glatten flachen Metallstreifen (F), dessen lange Kanten geradlinig und parallel sind, ausgeht, in dem Metallstreifen querver-' laufende Ausschnitte, die schräg zu den besagten Kanten verlaufen, an einem Ende (25a, 25b) offen und an ihrem anderen Ende (26a, 26b) geschlossen sind, vorsieht, wobei sich die offenen Enden (25a, 25b) d^er Ausschnitte abwechselnd an den besagten Kanten befinden und sich die Ausschnitte über eine länge erstrecken derart, daß sie die längsverlaufende Mittelachse (E) des Metallstreifens überqueren, daß man den Metall^ streifen um diese Mittelachse zusammenbiegt, und schließlich

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den so gefalzten Metallstreifen in seiner Ebene zu dem Kolbenring rundbiegt, bei dem die Falzlinie den inneren Umfang des fertigen Kreisringes bildet.

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