DE2408198C2 - Two-piece piston ring - Google Patents
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Kolbenring mit einem geschlitzten Dichtungsring, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. so The invention relates to a two-piece piston ring with a slotted sealing ring according to the preamble of claim 1. as
Bei einem bekannten zweiteiligen Kolbenring dieser Art (US-PS 25 89 106), der als Verdichtungsring im oberen Teil des Kolbens angeordnet ist, ist ein Dichtungsring aus Gußeisen mit einer Ringnut vorgesehen, die auf dessen dem Verbrennungsraum zugewand- S3 ten Oberseite einen Sitz für ein wendeiförmiges Schlitzabdichtungselement aus Stahl bildet, das sich um etwa 720° erstreckt, also den Kolben nahezu zweifach umgibt. Das Schlitzabdichtung^element besitzt eine abgeschrägte Stirnwand und weist eine Lauffläche mit ·"' einem Linienkontakt auf. Bei dem Einlaufen wird diese Kante abgenutzt, so daß die Lauffläche etwas breiter wird. Nachteile eines derartigen zweiteiligen Kolbenrings werden darin gesehen, daß das wendeiförmige Schlitzabdichtungselement sehr teuer in der Herstellung « ist, Probleme hinsichtlich der Abdichtung der Gasströme verursacht und außerdem nicht mit Hilfe üblicher Werkzeuge zur Aufspreizung geschlitzter Ringe montiert werden kann.In a known two-part piston ring of this type (US-PS 25 89 106), which is used as a compression ring in is arranged in the upper part of the piston, a sealing ring made of cast iron with an annular groove is provided, which faces the combustion chamber on its S3 th top forms a seat for a helical slot sealing element made of steel, which is around extends about 720 °, so surrounds the piston almost twice. The Schlitzabdichtung ^ element has a bevelled end wall and has a tread with · "' a line contact. When running in, this edge is worn away, so that the tread is somewhat wider will. Disadvantages of such a two-part piston ring are seen in the fact that the helical Slot sealing element is very expensive to manufacture «, causes problems with regard to the sealing of the gas flows and, moreover, not with the help of conventional ones Tools for spreading slotted rings can be mounted.
Es sind ferner zweiteilige Kolbenringe bekannt, bei so denen der Dichtungsring einen im wesentlichen Z-förmigen Querschnitt aufweist und bei denen ein Schlitzabdichtungsring mit einem quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt auf der dem Verbrennungsraum gegenüberliegenden Seite in einer Ringnut angeordnet ist (GB-PS 1 51 554). Weil dabei jedoch Dichtungsringe mit verhältnismäßig großer Materialstarke verwandt werden sollen, ist im allgemeinen eine Unterteilung in zwei Ringhälften sowie eine spezielle Ausbildung der oberen Kolbenseite erforderlich, so daß bo sich vergleichbare Schwierigkeiten hinsichtlich Herstellungskosten, Abdichtung und Montage ergeben. Dies gilt auch für andere ähnlich ausgebildete Konstruktionen zweiteiliger Kolbenringe (DE-PS 8 83 076), bei denen der Dichtungsring an der oberen Kolbenkante &5 angeordnet ist und der Schlitzabdichtungsring mit dem Dichtungsring verlötet oder vernietet oder in diesen eingewalzt werden soll.There are also two-part piston rings are known in which the sealing ring is essentially one Has a Z-shaped cross-section and in which a slot sealing ring with a square or Rectangular cross-section on the side opposite the combustion chamber in an annular groove is arranged (GB-PS 1 51 554). However, because sealing rings with a relatively large material thickness are to be used, is generally one Subdivision into two ring halves and a special design of the upper side of the piston required, so that bo there are comparable difficulties in terms of manufacturing costs, sealing and assembly. this also applies to other similarly designed designs of two-part piston rings (DE-PS 8 83 076) those of the sealing ring on the top edge of the piston & 5 is arranged and the slot sealing ring is soldered or riveted to the sealing ring or in these should be rolled in.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen zweiteiligen Kolbenring der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß bei möglichst einfacher Herstellung und Montage eine verbesserte Abdichtung und erhöhte Laufzeit erzielt werden kann.It is therefore the object of the invention to provide a two-part piston ring of the type mentioned at the beginning while avoiding the disadvantages and difficulties mentioned as far as possible, to improve that with the simplest possible manufacture and assembly an improved seal and increased running time can be achieved.
Diese Aufgabe wird bei einem zweiteiligen Kolbenring der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.This object is achieved according to the invention with a two-part piston ring of the type mentioned at the beginning solved by the characterizing features of claim 1 An advantageous development of the The invention is the subject of the dependent claim.
Mit Dieselmotoren durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß mit derartigen Kolbenringen im Vergleich zu in der Hauptsache bisher verwandten bekannten Konstruktionen die Durchblasmenge um mehr als 50% verringert werden konnte. Außerdem ergab sich, daß wegen einer geringeren Verschmutzung des Öls ein Ölwechsel erst nach einer beträchtlich größeren Kilometerleistung· erforderlich istTests carried out with diesel engines have shown that in comparison with such piston rings to the known constructions mainly used up to now, the blow-through amount by more than 50% could be reduced. In addition, it was found that because of less pollution of the oil Oil change is only necessary after a considerably larger mileage
Da ein derartiger Kolbenring im Vergleich zu bekannten Kolbenringen verbesserte Dichtungseigenschaften aufweist, kann in gewissen Anwendungsfällen anstelle von mehreren Kolbenringen ein einziger Kolbenring verwandt werden. Bei der Verwendung eines einzigen Kolbenrings oder bei der Verwendung des Kolbenrings als oberer Verdichtungsring ergibt sich ferner eine ausreichende Temperaturbeständigkeit weil der Schlitzabdichtungsring auf der dem Verbrennungsraum gegenüberliegenden Seite in der Ringnut des Dichtungsrings angeordnet ist und weil die Temperaturbeständigkeit des Dichtungsringes größer ist wenn der Dichtungsring aus Gußeisen und der Schlitzabdichtungsring aus Stahl bestehen.Since such a piston ring has improved sealing properties compared to known piston rings, a single piston ring can be used in certain applications instead of several piston rings. When using a single piston ring or when using the piston ring as the upper compression ring, there is also sufficient temperature resistance because the slot sealing ring is arranged in the annular groove of the sealing ring on the side opposite the combustion chamber and because the temperature resistance of the sealing ring is greater if the sealing ring is made of cast iron and the slot seal ring are made of steel.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is to be explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. It shows
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kolbenrings bekannter Art,F i g. 1 is a perspective view of a known type of piston ring,
F i g. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Kolbenrings bekannter Art,F i g. 2 is a partially sectioned view of a known type of piston ring;
Fig.3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Kolbenrings gemäß der Erfindung,Figure 3 is an exploded perspective view of a preferred embodiment of a Piston ring according to the invention,
F i g. 4 eine F i g. 3 entsprechende Ausbildung des zusammengesetzten Kolbenrings,F i g. 4 a fig. 3 corresponding design of the assembled piston ring,
F i g. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht der Anordnung des Kolbenrings in F i g. 3 an einem Zylinderkolben,F i g. 5 is a partially sectioned perspective view of the arrangement of the piston ring in FIG F i g. 3 on a cylinder piston,
F i g. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte vergrößerte perspektivische Ansicht im Vergleich zu F i g. 5,F i g. 6 is an enlarged perspective view, shown partially in section, compared to FIG. 5,
Fig.7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 6; und7 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG Fig. 6; and
F i g. 8 eine F i g. 7 entsprechende Ansicht nach der erfolgten Einpassung.F i g. 8 a fig. 7 corresponding view after the fitting has taken place.
Der in F i g. 1 dargestellte Kolbenring 21 üblicher Konstruktion hat einen Schlitz 22, der die Anordnung des Rings in einer Kolbenringnut und dessen Zusammendrücken ermöglicht, so daß die Abdichtfläche 23 durch die Spannung des Kolbenrings 21 gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Der Deutlichkeit halber sind die Schlitze in der Zeichnung relativ größer dargestellt.The in F i g. 1 shown piston ring 21 of conventional design has a slot 22 that the arrangement of the ring in a piston ring groove and allows it to be compressed, so that the sealing surface 23 is pressed against the cylinder wall by the tension of the piston ring 21. For the sake of clarity the slots are shown relatively larger in the drawing.
F i g. 2 zeigt einen Kolben 24 mit einem Kolbenringträger 25. Der Kolben ist in einem Zylinder 26 angeordnet, und ein Teil des Verbrennungsraums 27 ist über der Oberfläche 28 des Kolbens 24 dargestellt. Der Pfeil 29 zeigt die Richtung des Gasdurchflusses durch den Schlitz 22 dieses bekannten Kolbenrings 21F i g. 2 shows a piston 24 with a piston ring carrier 25. The piston is in a cylinder 26 and a portion of the combustion chamber 27 is shown above the surface 28 of the piston 24. Of the Arrow 29 shows the direction of the gas flow through the slot 22 of this known piston ring 21
während der Kompression, der Verbrennung und beim Ausschub. Neben diesem Durchfluß kann auch noch ein Gasaustritt zwischen der Dichtfläche 23 und der Zylinderwand 26 auftreten.during compression, combustion and extension. In addition to this flow, a Gas leakage between the sealing surface 23 and the cylinder wall 26 occur.
Fig.3 zeigt ein bevorzugtes Ausfülirungsbeispiel eines Kolbenrings gemäß der Erfindung vor der Montage. Der Kolbenring besteht aus einem Dichtungsring 30, der eine Ringnut 33 aufweist, in der ein Schlitzabdichtungsring 31 angeordnet ist Der Dichtungsring 30 weist einen Schlitz 32 auf und die Ringnut 33, die entlang dem unteren äußeren Bereich des Dichtungsrings 30 verläuft, hat eine radiale Abmessung, welche die Aufnahme des Schlitzabdichtungsrings 31 ermöglicht Der Schiitzabdichtungsring 31 hat einen Schlitz 34.3 shows a preferred exemplary embodiment a piston ring according to the invention prior to assembly. The piston ring consists of a sealing ring 30, which has an annular groove 33 in which a slot sealing ring 31 is arranged The sealing ring 30 has a slot 32 and the annular groove 33, which runs along the lower outer region of the Sealing ring 30 extends has a radial dimension that accommodates the slot sealing ring 31 The slit sealing ring 31 has a slot 34.
Fig.4 zeigt die in Fig.3 dargestellten Ringe im zusammengesetzten Zustand. Die Ringnut 33 hat eine horizontale Oberfläche 35 und eine vertikale Oberfläche 3b. Der Schlitzabdichtungsring 31 hat eine Innenfläche 37 und eine horizontale Oberfläche 38. Der zusammengebaute Kolbenring weist eine als Lauffläche dienende Außenfläche 39 an dem Dichtungsring 30 und eine Außenfläche 40 an dem Schiitzabdichtungsring 31 auf. Nach dem Einbau stehen diese Laufflächen in Berührung mit der Zylinderwand. Die Innenfläche 41 des Dichtungsrings 30 ist dann die Innenfläche des gesamten Kolbenrings 42. Durch einen Pfeil 43 ist angedeutet, daß trotz des Eintritts von Gas entlang der Oberfläche 38 durch die Innenfläche 41 ein Gasdurchtritt in den Bereich unter dem Kolbenring 42 durch den Schlitz 34 nicht erfolgen kann.Fig.4 shows the rings shown in Fig.3 in composite state. The annular groove 33 has a horizontal surface 35 and a vertical surface 3b. The slot seal ring 31 has an inner surface 37 and a horizontal surface 38. The assembled Piston ring has an outer surface 39 serving as a running surface on the sealing ring 30 and a Outer surface 40 on the Schiitz sealing ring 31. After installation, these running surfaces are in Contact with the cylinder wall. The inner surface 41 of the sealing ring 30 is then the inner surface of the entire piston ring 42. An arrow 43 indicates that despite the entry of gas along the Surface 38 through the inner surface 41 a gas passage into the area under the piston ring 42 through the Slot 34 cannot be made.
F i g. 5 zeigt die Anordnung des zweiteiligen Kolbenrings 42 in der Nähe der Oberfläche 28 eines Kolbens. Der durch den Pfeil 44 angedeutete Gasdruck des Verbrennungsgases bewirkt bei der dargestellten Konstruktion, daß die Lauffläche des DichtungsringesF i g. 5 shows the arrangement of the two-piece piston ring 42 in the vicinity of the surface 28 of a piston. The gas pressure of the combustion gas indicated by the arrow 44 causes the illustrated Construction that the running surface of the sealing ring
30 gegen die Zylinderwand angedrückt wird, weil entsprechend der Darstellung in Fig.4 durch den Gasdruck eine Kraft auf die Innenfläche 41 ausgeübt wird.30 is pressed against the cylinder wall because according to the illustration in Figure 4 by the Gas pressure exerts a force on the inner surface 41.
Der in den F i g. 3—6 dargestellte Schiitzabdichtungsring 31 besteht aus einem härteren Material als der Dichtungsring 30, so daß an dem SchiitzabdichtungsringThe in the F i g. 3-6 shown sliding seal ring 31 consists of a harder material than the sealing ring 30, so that on the Schiitz sealing ring
31 eine geringere Reibungsabnutzung entlang der Lauffläche erfolgt. Der Dichtungsring 30 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus Gußeisen und der Schiitzabdichtungsring 31 aus Flußstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Die an der Zylindeiwand 26 anliegende Lauffläche des Schlitzabdichtungsrings 31 ist chromplattiert.31 there is less frictional wear along the tread. The sealing ring 30 consists of This embodiment made of cast iron and the Schiitz sealing ring 31 made of mild steel with high Carbon content. The running surface of the slot sealing ring 31 resting on the cylinder wall 26 is chrome plated.
F i g. 7 zeigt den Zustand des zweiteiligen Kolbenrings in den Fig.3—6 unmittelbar nach dessen Montage an dem Kolben 24. Der Dichtungsring 30 weist eine nach außen gerichtete elastische Eigenspannung auf, so daß dessen Lauffläche 71 gegen die Zylinderwand 26 angedrückt wird. Der Schiitzabdichtungsring 31 weisi eine geringere nach außen gerichtete elastische Eigenspannung auf, so daß entlang der Lauffläche 70 nur ein sehr geringer Anlagedruck vorhanden ist Die Oberflächen 36 und 37 in Fig.7 liegen zunächst nicht aneinander an, wie im folgenden noch näher erläutertF i g. 7 shows the state of the two-part piston ring in FIGS. 3-6 immediately after it Mounting on the piston 24. The sealing ring 30 has an outwardly directed elastic internal stress so that its running surface 71 is pressed against the cylinder wall 26. The slip seal ring 31 has a lower outwardly directed elastic internal stress, so that along the running surface 70 only the contact pressure is very low. The surfaces 36 and 37 in FIG. 7 are initially not located to each other, as explained in more detail below
ίο werden soll, da die radiale Abmessung des Schlitzabdichtungsrings 31 geringer als die radiale Abmessung der Ringnut 33 an dem Dichtungsring 30 ist Nach der Montage tritt deshalb der hauptsächliche Anlagedruck entlang der Lauffläche 71 auf, so daß an dieser auch eine entsprechend große Abnutzung erfolgt währen nur eine sehr geringe Abnutzung entlang der Lauffläche 70 erfolgt Der Unterschied zwischen der radialen Abmessung der Ringnut 33 und der radialen Abmessung des Schlitzabdichtungsrings 31 (entsprechend der Größeίο should be because the radial dimension of the slot sealing ring 31 is less than the radial dimension of the annular groove 33 on the sealing ring 30 according to the Assembly therefore occurs the main contact pressure along the running surface 71, so that there is also a correspondingly great wear takes place while there is only very little wear along the running surface 70 The difference between the radial dimension of the annular groove 33 and the radial dimension of the takes place Slot sealing ring 31 (according to the size
2n des in F i g. 7 dargestellten Spalts 69) ist größer als die Dicke der von dem Dichtungsring 30 entlang der Lauffläche 71 abzutragenden Materialmenge, damit sich ein geeigneter Sitz des Dichtungsrings 30 im Bereich der Lauffläche 71 ergibt Die Größe des Spalts 69 liegt normalerweise zwischen etwa 0,025 und 0,050 mm. Bei den vorstehend erwähnten Materialien beträgt die optimale Breite des Spalts 69 etwa 0,050 mm.2n of the in FIG. 7 illustrated gap 69) is greater than the thickness of the sealing ring 30 along the Running surface 71 amount of material to be removed so that a suitable seat of the sealing ring 30 in the area of the Running surface 71 gives the size of the gap 69 is normally between about 0.025 and 0.050 mm. at With the aforementioned materials, the optimum width of the gap 69 is about 0.050 mm.
F i g. 8 zeigt einen F i g. 7 entsprechenden Querschnitt nach dem Einlaufen des Kolbenrings, wobei dieF i g. 8 shows a fig. 7 corresponding cross section after the entry of the piston ring, the
3d Oberfläche 36 an der Oberfläche 37 anliegt Dann wird der radiale Andruck des Dichtungsrings 30 über die Oberfläche 36 auf den Schiitzabdichtungsring 31 übertragen. Da der Schiitzabdichtungsring 31 aus einem härteren Material als der Dichtungsring 30 besteht, wird3d surface 36 rests against surface 37 then the radial pressure of the sealing ring 30 via the surface 36 on the sliding sealing ring 31 transfer. Since the Schiitz sealing ring 31 is made of a harder material than the sealing ring 30, is
jj ein größerer Anlagedruck entlang der Lauffläche 70 als entlang der Lauffläche 71 ausgeübt. Daraus ist ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel ein guter Sitz erzielt wird, da beim Einlaufen nur verhältnismäßig geringe Reibungskräfte entlang der Lauffläche 70 auftreten, da anschließend der hauptsächliche Anlagedruck durch die Lauffläche 70 ausgeübt wird, während durch die Lauffläche 71 ein geringerer Anlagedruck ausgeübt wird, und weil sich eine sehr gute Abdichtung ergibt, da eine große Lauffläche 71 vorhanden ist, die auch bei geringem Anlagedruck in abdichtender Berührung mit der Zylinderwand steht. Ferner ergibt sich nach dem Einlaufen eine verhältnismäßig geringe Abnutzung, weil das Material des Schlitzabdichtungsrings 31 härter ist, so daß auch bei fortschreitender Abnutzung die Abdichtung nicht verschlechtert wird.jj a greater contact pressure along the running surface 70 than exercised along the tread 71. It can be seen from this that in this embodiment a good fit is achieved, since only relatively low frictional forces along the run-in Running surface 70 occur because the main contact pressure is then exerted by the running surface 70 is, while a lower contact pressure is exerted by the running surface 71, and because a very good Sealing results because a large running surface 71 is present, which even with low contact pressure in sealing contact with the cylinder wall. Furthermore, after running in there is a proportionate low wear, because the material of the slot sealing ring 31 is harder, so that also at progressive wear and tear does not deteriorate the seal.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
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