DE2552879A1 - Elastischer kolbenring fuer kolbenkraftmaschinen - Google Patents

Elastischer kolbenring fuer kolbenkraftmaschinen

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DE2552879A1
DE2552879A1 DE19752552879 DE2552879A DE2552879A1 DE 2552879 A1 DE2552879 A1 DE 2552879A1 DE 19752552879 DE19752552879 DE 19752552879 DE 2552879 A DE2552879 A DE 2552879A DE 2552879 A1 DE2552879 A1 DE 2552879A1
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Germany
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sealing ring
spring
ring
piston
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Application number
DE19752552879
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English (en)
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Lauro Mariani
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Grandi Motori Trieste SpA
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Grandi Motori Trieste SpA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12Details
    • F16J9/14Joint-closures
    • F16J9/16Joint-closures obtained by stacking of rings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Elastischer Kolbenring für Kolbenkraftmaschinen.
  • Die Erfindung betrifft einen elastischen Kolbenring für Kolbenkraftmaschinen, insbesondere für mit Schweröl betriebene Zweitakt-Dieselmotoren.
  • Bekanntlich hat ein Kolbenring die Funktion, den Verbrennungsraum gasdicht abzuschließen. Außerdem muß er folgende Bedingungen erfüllen: Er soll eine hohe mechanische Widerstandskraft gegenüber Ermüdungserscheinungen und Stoßbeanspruchungen besitzen, die Verschleißerscheinungen sowohl des Kolbenringes selbst als auch der Laufbuchse, in der er gleitet,sollen möglichst gering sein, er soll so beschaffen sein, daß sogenannte Kolbenfresser vermieden werden.
  • Die Möglichkeit eines Kolbenringes, den vorgenannten Anforderungen zu entsprechen, hängt grundsätzlich einerseits von der Art der Beanspruchungen (mittlerer effektiver Druck, mittlere Kolbengeschwindigkeit, Kraftstoffart, usw.), denen er ausgesetzt ist, und andererseits von den charakteristischen Merkmalen des Entwurfs ab.
  • Bei Zweitakt-Dieselmotoren, die mit schwerem Kraftstoff betrieben werden, ist der elastische Dichtungsring insbesondere den folgenden Einwirkungen ausgesetzt: Erhöhte thermische und mechanische Beanspruchung durch das Gas, die bis zum Bruch infolge von Materialermüdung fUhren kann, Schläge der freien Enden des elastischen Ringes gegen die Ränder der Spülungs- und Auslaßschlitze, die ebenfalls Ursache für Materialbruch sein können, Temperatur der Laufbuchse und Kraftstoffkomponenten, die eine Beeinträchtigung des Schmieröls bewirken, mit schädlichen Auswirkungen in bezug auf den Verschleiß und das Fressen, insbesondere bei Materialien mit ungeeigneten Werkstoffeigenschaften.
  • Bei herkömmlichen Dichtungsringen sind die für den Entwurf maßgebenden Merkmale (Form, Material, Abmessungen usw.) das Ergebnis eines Kompromisses zwischen den einander widersprechenden Forderungen nach mechanischer Widerstandsfähigkeit, Verschleißfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen das Kolbenfressen. Es besteht außerdem gegenseitige Abhängigkeit zwischen den maßgebenden Parametern, welche den endgültigen Konstruktionsplan bestimmt.
  • Bei dem Versuch, die Probleme, die mit der Widerstandsfähigkeit gegen Material ermüdung und Stöße einerseits und dem Verschleiß und dem Fressen andererseits zusammenhängen, durch' geeignete konstruktive Eingriffe zu lösen, wurden bisher grundsätzlich diebeiden folgenden Wege beschritten: Der eine Weg beinhaltet rein geometrische Maßnahmen, die zu einer Eliminierung oder zumindest Verringerung der von dem Außenrand des Kolbenringes auf den Rand der Schlitze ausgeübten Schläge führen sollen, der zweite Weg vereinigt Maßnahmen geometrischer und technologischer Art. Er ist gekennzeichnet durch zusammengesetzte Lösungen, wobei mehrere Materialien Verwendung finden, die jeweils einzeln an die beiden einander widersprechenden Forderungen angepaßt sind.
  • Bekannte Lösungen, die auf dem ersten Kriterium, d.h. der geometrischen Gestaltung, basieren sind eine radiale VerJüngung auf der Außenseite der freien Enden des Kolbenringes, Ausnehmung der freien Enden des Ringes, Abrundung der Ränder und äußeren Kanten der freien Enden.
  • Der Kolbenring kann sich auf diese Weise verformen, wenn er an den Schlitzen vorbeiläuft, ohne daß die freien Enden, die durch den Gasdruck nach außen getrieben werden, gegen die Ränder der Schlitze stoßen.
  • Bei diesen Systemen findet man auch eine Verlaschung vom 'tDuo-lap't-Typ. Diese Lösung bewirkt ein gegenseitiges radiales Festhalten zwischen den freien Enden und verhindert damit das Heraustreten der Spitzen und die Gefahr, daß diese gegen die Schlitze schlagen. Da es sich um ein gegenseitiges Festhalten handelt, tritt die maximale radiale Verschiebung jedes der beiden freien Enden dann auf, wenn die Schnittstelle mit der Mittellinie des Schlitzes zusammenfällt. Damit entspricht diese Lösung der eines normalen Ringes mit halbierter Schlitzbreite.
  • Der zweite der obengenannten Lösungswege führte zur Schaffung zusammengesetzter Dichtungsringe, wobei Trägermaterialien mit erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen ErmUdungserscheinungen und lmpulsbeanspruchungen in einem geeigneten technologischen Verfahren mit Uberdeckungsmaterialien gepaart werden, die mit Rücksicht auf die Gleitfähigkeit in der Laufbuchse bestimmt sind, daher besonders verschleißfest sind und dem Kolbenfressen widerstehen.
  • Die bei dem erstgenannten Lösungsweg angewandten geometrischen Vorkehrungen besitzen in mehr oder weniger ausgeprägter Form den Nachteil, daß die Gasundichtigkeit zwischen den freien Enden des Ringes und in deren Umgebung vergrössert wird, was zu lokalen Temperaturerhöhungen der Laufbuchse, des Kolbens und der freien Enden des Kolbenringes selbst führt. Aus diesen wiederum können Beschädigungen oder Bruch sowie eine Beeinträchtigung oder Zerstörung der Schmierölschicht resultieren, was die Gefahr von Kolbenfressen mit sich bringt.
  • Eine Ausnahme bilden die Ringe mit Verlaschungen nach dem 'tDuo-lap"-Typ, bei denen die Gasundichtigkeit außerordentlich gering ist. Ein Nachteil besteht jedoch in der Schwächung der Ringenden, die in bezug auf die maximale von der Verbindung auszuhaltende radiale Kraft oder in bezug auf die bei dieser Anordnung keineswegs zu vermeidenden Stöße auf die Ränder allzu groß werden kann.
  • Die Lösungen, die eine Zusammensetzung aus unterschiedlit chen Materialien vorsehen, beseitigen die Stöße auf die Schlitzränder nicht sondern beschränken sich darauf, die Folgen dieser Stöße erträglich zu machen. Sie besitzen den Nachteil, daß im Falle eines Materialverschleißes oder dann, wenn das aufgetragene Material sich durch die Wirkung der Stöße ablöst, das Trägermaterial, das als Gleitmaterial völlig ungeeignet ist, entblößt wird. Dies kann schwerwiegende Folgen für den Verschleiß und das Fressen der Laufbuchse mit sich bringen.
  • Die Erfindung verfolgt den Zweck, die Parameter der Materialwahl und der Gestaltung bei elastischen Dichtungsringen, die zwei Problemkreisen angehören, voneinander unabhängig zu machen und damit ihre voneinander unabhängige Optimierung zu ermöglichen.
  • Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Stoßwirkung auf den Dichtungsring durch eine Festlegung seiner freien Enden zu vermeiden, ohne daß hierdurch seine mechanische Widerstandsfähigkeit insgesamt, seine elastischen Eigenschaften und seine Gleitfähigkeit beeinträchtigt werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Dichtungsring aus einer Mehrzahl voneinander unabhängiger die äußeren Dichtungselemente bildender Sektoren sowie aus wenigstens einem inneren elastischen Element besteht, das in radialer und in Umfangsrichtung mit den Sektoren mittels eines in diesen angebrachten Sitzes verbunden ist.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäß gestalteten Dichtungsringes sind in der Tatsache begrUndet, daß eine Trennung der Funktionen zwischen den einzelnen Bestandteilen des Ringes möglich ist: a) Die äußeren Elemente (Sektoren) bilden die Gleitflächen und dienen zur Dichtung, b) das bzw. die inneren Elemente (die eine Feder bilden) bestimmen durch ihre elastische Richtkraft die auf die Sektoren wirkende Radialkraft. Durch ihre Verbindung mit den Sektoren bewirken sie, daß diese kontinuierlich hintereinander liegen und vermeiden damit das Eindringen der Enden der Sektoren in die Schlitze des Zylinders und die entsprechenden Schläge gegen die Ränder der Schlitze selbst.
  • Infolgedessen können bei Verwendung von Dichtungsringen gemäß der Erfindung breitere Schlitze in den Zylindern angebracht werden, als dies bei normalen Dichtungsringen möglich ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß für die Zirkulation der Spülungsluft des Motorzylinders geringere Energie erforderlich ist.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • Fig. 1 und 2 zeigen transversale und radiale Schnittzeichnungen eines bekannten bzw. eines nach der Erfindung gestalteten Dichtungsringes Jeweils in ihrer natürlichen Position innerhalb ihres Sitzes, während sie sich vor einem Schlitz befinden.
  • Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den erfindungsgemäß gestalteten Dichtungsring.
  • Fig. 4 und 5 zeigen Transversalschnitte längs der Linien IV-IV bzw. V-V von Fig. 3.
  • In Fig. 1 ist ein bekannter elastischer Dichtungsring 1 dargestellt, der sich in der Ringnut eines Kolbens 2 befindet. Außerhalb des Bereiches der Spülungs- und Auslaßschlitze 4 liegt er an der Innenfläche einer Laufbuchse 3 an. Die freien Enden des Dichtungsringes können infolge der auf ihn einwirkenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen in die Schlitze 4 eindringen. Hieraus resultieren Stöße gegen die Ränder der Schlitze, die zu einem Bruch des Dichtungsringes führen können.
  • In Fig. 3 sind die Sektoren 5 sichtbar, von denen fünf längs der Umfangslinie eines Kreises auf einer Ringfeder 6 angeordnet sind, wobei zwischen ihnen in Umfangsrichtung ein geeignet bemessenes Spiel vorgesehen ist, durch das die freie Ausdehnung der Sektoren im Betrieb gewährleistet ist.
  • In Fig. 2 ist erkennbar, daß ein Dichtungselement (Sektor) 5 gemäß der Erfindung infolge seiner von der Feder 6 verursachten radialen Bindung nicht in den Schlitz 4 des Zylinders eindringen kann.
  • Die Sektoren 5 können aus dem gleichen oder aus einem anderen Material hergestellt sein wie die normalen Dichtungsringe. Sie können aus Metall oder aus einem anderen Werkstoff bestehen. Die elastische Richtkraft der offenen Ringfeder 6 liefert die Radialkraft und dient zur Bindung der Sektoren 5. Die Ringfeder 6 befindet sich in einem Sitz 8, der von einer in jedem Sektor angebrachten kreisbogenförmig verlaufenden Nut gebildet ist. Die Feder 6 ist so gestaltet, daß sie längs ihres kreisförmigen Umfanges einen gleichmäßigen Druck erzeugt.
  • Gemäß Fig. 4 liegt jeder Sektor 5 unter natürlichen Bedingungen mit seiner Gleitfläche a an der Buchse 3 an. Die Radiallast wird dabei von der Feder 6 über die Sitzfläche b auf den Sektor 5 übertragen. Freie Enden der-Sektoren 5,die sich im Bereich der Schlitze 4 befinden, können in diese nicht eindringen, da sie über die Anlagefläche c von der Feder 6 gehalten werden.
  • Ein geeignetes Spiel zwischen dem Sitz 8 und der Feder 6 gewährleistet sowohl im Betrieb als auch beim Zusammenbau eine freie Bewegung zwischen Feder und Sektor.
  • Um zu verhindern, daß die Lage der freien Enden der Sektoren 5 und der Feder 6 durch eine relative Verdrehung zwischen den Teilen zusammenfällt und damit der radiale Halt der Sektoren 5 beeinträchtigt wird, ist ihre Position in bezug auf den Zuschnitt der Feder 6 durch eine in einem der Sektoren angebrachte Sicherung 7 eindeutig festgelegt.
  • Diese Sicherung 7 wird bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel von einem Haltestück gebildet, das an die Wandungen der Nut 8 in einem der Sektoren 5 angeschweißt ist.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elastischer Dichtungsring für in mit Schlitzen versehenen Zylindern arbeitende Kolben von Kolbenkraftmaschinen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Dichtungsring aus einer Mehrzahl voneinander unabhängiger die äußeren Dichtungselemente bildender Sektoren (5) sowie aus wenigstens einem inneren elastischen Element (6) besteht, das in radialer und in Umfangsrichtung mit den Sektoren mittels eines in diesen angebrachten Sitzes (8) verbunden ist.
2. Elastischer Dichtungsring nach^Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (a) jedes Sektors (5) sowie die Anschlagsflächen des Sitzes (8) für das elastische Element (6) kreisbogenförmigen, insbesondere konzentrischen kreisförmigen, Verlauf haben.
3. Elastischer Dichtungsring nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Gleitfläche jedes Sektors und/ oder die Anschlagsfläche des Sitzes für das elastische Element einen nicht kreisbogenförmigen Verlauf haben.
4. Elastischer Dichtungsring nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das elastische Element (6) von einer offenen Ringfeder (6) mit kreisbogenförmigem Verlauf gebildet ist, die in einer in den Sekt ren (5) angebrachten kreisbogenförmigen Nut angeordnet ist, derart daß sie die Sektoren (5) in radialer Richtung vorspannt und damit beim Betrieb einen gleichförmigen spezifischen Druck auf sie ausübt, und daß ein Eindringen der Endbereiche der Sektoren (5) in die Schlitze (4) des Zylinders (3) infolge der von der Feder (6) gegen die Flanken der in den Sektoren (5) angebrachten Nuten (8) ausgeübten Haltekraft verhindert ist.
5. Elastischer Dichtungsring nach Anspruch 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß einer der Sektoren (5) in dem mittleren Bereich seiner Nut (8) mit einem Anschlag für die freien Enden der offenen Ringfeder (6) versehen ist, derart daß eine relative Verdrehung zwischen den Sektoren (5) und der Feder (6) verhindert ist.
L e e r s e i t e
DE19752552879 1974-12-02 1975-11-25 Elastischer kolbenring fuer kolbenkraftmaschinen Pending DE2552879A1 (de)

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CH (1) CH589243A5 (de)
DE (1) DE2552879A1 (de)
DK (1) DK137397B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015109826A1 (de) * 2015-06-19 2016-12-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit Nutdichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015109826A1 (de) * 2015-06-19 2016-12-22 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring mit Nutdichtung

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DK541175A (de) 1976-06-03
DK137397B (da) 1978-02-27
JPS5546541B2 (de) 1980-11-25
DK137397C (de) 1978-08-07
CH589243A5 (de) 1977-06-30
JPS51110156A (en) 1976-09-29

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