DE2714462C2

DE2714462C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kolbenringen

Info

Publication number: DE2714462C2
Application number: DE2714462A
Authority: DE
Inventors: Donald James St. Louis Mo. Mayhew; Harold Edward Ballwin Mo. McCormick; William Francis Ott; Herbert Frederick Missouri Mo. Prasse
Original assignee: RAMSEY CORP MANCHESTER MO US; Ramsey Corp Manchester Mo
Current assignee: TRW Automotive Products Inc
Priority date: 1976-04-01
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE2714462A1; CA1056139A; ES469185A1; FR2346097A1; GB1558156A; BR7702051A; FR2346097B1; ES457325A1; JPS52129815A; US4085490A; AU2387977A; IT1076616B; AU513120B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kolbenringen nach dem Oberbegriff des Anspruchs sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Ein durch Biegen eines Flachstahlstreifens hergestellter bekannter Kolbenring ist in Fig. 7 der US-Pb 78 268 dargestellt. Dieses Herstellungsverfahren ist einfach und billig im Vergleich zu der Herstellung gegossener Kolbenringe, wie sie in Fig. 14 der gleichen Patentschrift dargestellt sind. Bei den bekannten gewalzten Kolbenringen haben die zur Bildung der Umfangsrippen herausgebogenen Stegabschnitte ein etwa halbrundes oder dreieckiges Profil, das zum Steg des U-Profils hin offen und zur Zylinderwand hin abgerundet ist. Demgegenüber sind die Umfangsrippen der gegossenen Kolbenringe massiv, und sie haben flache zylindrische Umfangsflächen, die als Abstreifflächen mit der Zylinderwand zusammenwirken. Infolge diesur unterschiedlichen Struktur haben die gewalzten ölabstreifringe eine geringere Stabilität und eine tchlechtere Abstreifwirkung als die gegossenen ölabitreifringe Die schlechtere Abstreifwirkung ist durch die abgerundete Form der Abstreifkanten bedingt, die nur einen linienhaften Kontakt mit der Zylinderwand ergibt, im Gegensatz zu dem flächenhaften Kontakt bei einer flachen Umfangsfläche, wie sie bei den gegossenen Kolbenringen angewendet wird.

In der DE-OS 23 02 390 ist andererseits ein Verfahren zum kontinuierlichen Biegewalzen von Metallbändern zu Hohlschienen beschrieben, bei welchem zur Erzielung einer scharfkantigen Profilierung an um 180° umgebogenen Abschnitt mit aneinanderliegenden Flachen eine Materialstauchung in die Kanten hinein erfolgt. Auf diese Weise wird vermieden, daß das Material an der Biegestelle zu stark gereckt und dadurch geschwächt wird. Die um 180° umgebogenen Abschnitte haben bis zu den scharfen Profilkanten einen gleichbleibenden Querschnitt, der der doppelten Dicke des als Ausgangsmaterial verwendeten Metallbandes entspricht

ίο Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit welchem durch Biegen von Flachstahlreifen Kolbenringe des Spaltringtyps hergestellt werden können, die hinsichtlich ihrer Stabilität und Abstreifwirkung mit gegossenen Kolbenringen vergleichbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt als abschließender Arbeitsgang eine plastische Walzverformung, durch die jeder Umfangsrippe sowohl die Form als auch die mechanische Stabilität der Umfangsrippen gegossener Kolbenringe erteilt wird. Insbesondere hat die Quei schnittsvernngerung zur Folge, daß die einander zugewandten Innenflächen der herausgebogenen Stegabschnitte zumindest über den größten Teil ihrer radiaLn Erstreckung in Anlage aneinander gebracht werden und diese Lage ohne Zurückfedern beibehalten. Diese Wirkung wird durch eine wenig aufwendige Maßnahme erreicht, die sich ohne weiteres in den kontinuierlichen Verarbeitungsprozeß einfügt und besonders dann geeignet ist, wenn auch die vorangehenden Siegeumformungen durch Walzen erfolgen.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 eine Teilseitenansicht des Kopfes eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit einem Ölabstreifring, der nach der Erfindung hergestellt ist.

F i g. 2 eine vergrößerte Scimittansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht der aus dem Ölabstreifring und dem Expander-Distanzring bestehenden Baugruppe,

F ί g. 4 eine vergrößerte .Schnittansicht längs der Linie 4-4 von F i g. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung des in Fig. 3 und 4 dargestellten ölabstreifrings,

F i g. 6 eine Stirnansicht des letzten Walzgerüsts der Anlage von F i g. 5 und

Fig. 7A bis 7C Teilansichten der Walzen der drei letzten Walzgerüste der Anlage von Fig. 5 zur Erläuterung der darin durchgeführten Verformungen.

Die Fig. I und 2 zeigen einen Teil eines Kolbens 10, der mehrere um den Umfang verlaufende Ringnuten 12, 14 und 16 aufweist, in die Kolbenringe eingesetzt sind. In der Ringnut 16 ist eine Ölabstreifring-Baugruppe 18 angeordnet, und in den Ringnuten 12, 14 sind Verdichtungsringe 20 bzw. 22 untergebracht. Der Kolben 10 ist in einem Zylinder 23 einer Brennkraftma* schine angeordnet, so daß die Kolbenringe an einer Zylinderwand 25 anliegen,

In den Fig.3 und 4 ist die Ölabstreifring*Baugruppe 18 in näheren Einzelheiten dargestellt. Die besteht aus einem ölabstreifring 24 und einem Expander-Distanz* ring 26. Der Ölabstreifring 24 ist ein Spaltring und hat, wie die Fig,3 und 4 erkennen lassen, eineu im

wesentlichen U-förmigen Querschnitt mii einem in der Umfangsrichtung verlaufenden Steg 30, von dem zwei einander gegenüberliegende Seitenflansche 28a, 286 radial einwärts abstehen.

Von einer Außenfläche 31 des Stegs 30 stehen zwei Umfangsrippen 32a, 326 radial auswärts ab, welche ölabstreifkanten bilden. Jede Umfiingsrippe 32a. 326 hat eine flache Abstreiffläche 34a, 346, die um den Umfang verläuft Jede Umfangsrippe 32a, 326 ist mit einem verschleißfesten Überzug 36a bzw. 36b versehen, um die Verschleißfestigkeit der Absireifflächen 34a und 346, die mit der Zylinderwand 25 zusammenwirken, zu erhöhen.

Die Seitenflansche 22a, 286 können, ausgehend vom Steg 30, in einem geringen Winkel nach außen geneigt sein, um die Abdichtung mit den oberen bzw. unteren Flächen 16a, 166 der Nut 16 zu verbessern.

Wie am besten die Fig.4 erkennen läßt, ist der Ölabstreifring 24 aus einem Flachstahlstreifen durch Biegen hergestellt. Durch eine Reihe von Biege- und Walzvorgängen, die nachfolgend noch beschrieben werden, erhält der gebogene, gewalzte und von einer Wendel geschnittene Kolbenring die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Form. Die Seitenflansche 28<i, 280 sind durch Biegen aus den jeweils in Längsrichtung verlaufenden Randbereichen des Flachstahlstreifens hergestellt, und der Steg 30 ist aus dem längsverlaufenden Mittelbereich des Flachstahlstreifens gebildet, wobei die Umfangsrippen 32a, 32b durch in dem längsverlaufenden Steg 30 hergestellte Falten gebildet sind, wie dies nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Wie am besten die F i g. 4 zeigt, sind die Falten, di: die Umfangsrippen 32a, 326 bilden, in sich geschlossen, so daß die Umfangsrippen 32a, 326 im wesentlichen massiv sind und an der Verbindungsstelle mit dem Steg r» 30 eine Dicke haben, die der doppelten Dicke des als Ausgangsmaterial verwendeten Flachstahlstreifens entspricht. Die Innenflächen 39a, 396der Falten liegen über nahezu die gesamte Länge dicht aneinander an.

Zwischen den Umfangsrippen 32a, 32b ist eine Vielzahl von Abzugsöffnungen 40 in dem Ölabstreifring 24 über den Ringumfang verteilt angeordnet (F i g. 1 und 3).

Der Expander-Distanzring 26 ist aus in der Umfangsrichtung voneinander getrennten bogenförmigen Seg- v, menten 41a zusammengesetzt, (.'ie in zwei parallel verlaufenden Reihen angeordnet sind, wobei die Segmente 41a einer Reihe gegenüber den Segmenten 41a der anderen Reihe versetzt sind. Jedes Segment 41a einer Reihe ist durch C'nen abstehenden Finger 41 mit einem Segment 41a der anderen Reihe und durch einen anderen ^cinger 41 mit dem benachbarten Segment 41a der anderen Reihe verbunden. Die Außenumfangsränder der bogenförmigen Segmente 41a wirken mit einer Innenfläche 35 des Ölabstreifringes 24 zusammen, um die flachen Abstreifflächen 34a. 346 der Umfangsrippen 32a, 326gegen die Zylinderwand 25 /u drücken.

Die flachen Abstreifflächen 34a, Mb mit ihren verschleißfesten Überzügen 36a, 366 ergeben ausgezeichnete Figenschaften beim Abstreifen des Öls von der Zylinderwand 25. Die flachen Abstreifflächen 34a, 346 stellen einen deutlichen Vorteil gegenüber bisher bekannten, aus Flachstahlstreifen gebogenen Ölabstreifringen dar, deren an der Zylinderwand 25 anliegende Absfreifflächen abgerundet Waren. Die flachen Abstreifflächen 34a, 346 weisen scharfe Kanten auf, die das Abstreifen des Öls von der Zylinderwand 25 und die Abführung des Öls vor dem bewegten Kolbenring verbessern.

F i g. i zeigt schematisch eine Fertigungsanlage, die zur Herstellung der zuvor beschriebenen ölabstreifringe 24 mit dem in F i g. 4 dargestellten Querschnittsprofil geeignet ist. Der als Ausgangsmaterial verwendete Flachstahlstreifen 50 wird von einer Rolle 46 in der durch den Pfeil 48 gekennzeichneten Richtung abgewik· kelt und durch eine Reihe von Walzgerüsten 60, 70, 80, 90, 100, 110 und 120 geführt. Jedes dieser sieben Walzgerüste enthält ein Walzgerüst, durch das der Flachstahlstreifen 50 hindurchgeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die ersten sechs Walzgerüste 60, 70, 80, 90, 100 und 110 jeweils ein Paar einander vertikal gegenüberliegender Biegewalzen auf. Das siebente und letzte Walzgerüst 120 enthält zwei Formwalzenpaare, von denen das eine horizontal und das andere vertikal angeordnet ist, wobei alle vier Walzen zur Bildung eines Metallbearbeitungsraums zwischen ihren Kontaktbereichen zusammenwirken.

Fig.G zeigt in einer Stirnansicht entsprechend der Linie 6 von F i g. 5 den Aufbau dt„ Walzgerüsts 120. der auch für die anderen Walzgerüste tjpisch ist. mit der Ausnahme, daß bei diesen das horizontale Walzenpaar fehlt.

Das in Fig. 6 dargestellte Formwalzgerüst 120 umfaßt ein Gestell 122 mit zwei Säulen 123a und 1236. von denen obere Lagerträger 124a, 1246 und untere Lagerträger 125a, 1256 vorstehen. In den Lagerträger 124a. 1246 und 125a. 1256 sind eine obere vertikale Formwalze 126 und eine untere vertikale Formwalze 127 um horizontale Achsen drehbar gelagert. Zwei horizontale Formwalzen 128a, 1286 sind in den Lagerträgern 124a, 125a bzw. 1246, 1256 um vertikale Achsen drehbar gelagert. Das Walzgerüst 120 ist durch Befest'gungsbolzen 131 auf einem Tragfundament 130 befestigt.

Die Walzgerüst 60, 70, 80, 90, 100 und 110 entsprechen im wesentlichen dem Walzgerüst 120. mit der Ausnahme, daß sie lediglich ein Paar vertikal zueinander angeordnete Walzen und keine horizontal zueinander angeordnete Walzen aufweisen, und daß ihre Walzen nur als Biegewalzen arbeiten.

Fig. 7A zeigt die Verformung, die dem Flachstahlstreifen 50 im Walzgerüst 100 durch ein 3iegewalzenpaar 106, 107 erteilt wird, nachde'n er bereits die Walzgerüste 60, 70, 80 und 90 durchlaufen hat. Der Flachstahlstreifen 50 ist durch die vorangehenden Bearbeitungen zu einem im wesentlichen U-förmigen Profil mit dem Steg 30 und den nach unten abgewinkelten Seitenflanschen 28a. 286 gebogen women; aus dem Steg 30 sind zwei Abschnitte zur Bildung der Umfangsrippen 32a, 326 sägezahnfö.mig nach oben herausgeoogen worden. Die von diesen hei ausgebogenen Abschnitten gebildeten Falten sind jedoch noch offen, wie bei P dargestellt ist. und die die Abstreifflächen bildenden Scheitel dieser Abschnitte sind abgerundet. Die Biegewalzen 106, 107 des Walzgerüsts 100 sind so profiliert, daß die Seitenflcnsche 28a, 286 *:ine Position erhalten, in der sie im wesentlichen im rechten Winkel zum Steg 30 stehen.

Beim Verlassen des Walzgerüsts 160 hat der Flachstahlstreifen 50 ein Profil angenommen, das dem endgültigen Profil bekannter gewalzter Kolbenringe entspricht.

Bei der in F fg. 5 dargestellten Anlage werden dagegen dem Flachstahlstreifen 50 in den Walzgerüsten 110 und 120 weitere Verformungen erteilt.

Durch die in Fig.7B dargestellten Walzen 116, 117

des Walzgeriists 110 werden die Falten der Umfangsrippen 32λ, 326 zwischen den Flächen 116c, 116c/, 116c bzw. den Flächen 116g, 116Λ, 116/def Walze 116 geschlossen. Alle diese Flächen bewirken zusammen mil einer gegenüberliegenden Fläche l(7cder Walze 117, daß die Falten der Umfangsrippen 32a, 326 in Anlage aneinandergedrückl werden, so daß die einander gegenüberliegenden Flächen 39.-), 396 wenigstens über einen wesentlichen Teil ihrer Länge geschlossen aneinanderliegen, wie in F i g. 4 dargestellt ist.

Fig. TC zeigt das letzte Walzgerüst 120 mit der oberen Walze 126 und der unteren Walze 127 des vertikalen Walzcnpaares sowie mit der (entsprechend der Zeichnungsdarstellung) linken Walze 1286 und der rechten Walze 128;i des horizontalen Walzcnpaares.

Walzprofilflächcn 126.1, 1266, 126c, I26t/. 126c der Walze 126 bilden zusammen mit Walzprofilflächen 128,7' 128a"und 128a'"der Walze 128,7, Walzprofilflächcri !2Sf !2S6"up.d i28&'"der Walze !28Z?sov.'ie mil Walzprofilflächcn 127,i, 1276, 127c, 127c/ und 127edcr Walze 127 einen Melallbcarbcilungsraum 50.7, in dem der vorgebogene Flachstahlstreifcn 50 verformt wird. Der fvletallbearbcilungsraum 50.7 ist generell etwas kleiner bemessen als das Profil des Flachstahlstreifcns 50, der vom vorhergehenden Walzgerüst 110 kommt und in das Walzgerüst 120 eintritt, so daß im Bearbeitungsraum 50.7 eine plastische Walzvcrformung erfolgt, durch die das Profil auf etwas kleinere Endabmessungen zusammengedrückt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß das fertige, aus dem Flachstahlstreifen 50 gebildete Profil genau die Abmessungen des Bearbeitungsraumcs 50.7 erreicht, der durch die verschiedenen Flächen der Walzen 125, 127, 128a und 1286 gebildet ist. Auf diese Weise ergibt sich die einzige Toleranzänderung an dem das Walzgerüst 120 verlassenden Streifen 50 durch die verschleißbedinglen Veränderungen der Walzen 126, 127, 128a und 1286, die in üblicher Weise durch einen Austausch, eine Reparatur oder eine Nachstellung der Walzen ausgcgli-ϊ chen werden können.

Die Form der Walzprofilflächen, insbesondere der Flächen 126;; und I26cin Fig. 7C ist derart gewählt, daß die Umfangsrippen 32a. 326 flache Absireifflächcn erhallen. Das Schließen der Falten wenigstens über

ίο einen wesentlichen Anteil ihrer Gcsamtabmcssung ergibt massive, feste Umfangsrippen, so daß die ölnbstrcifringe 24 eine gute Festigkeil und Steifigkeit aufweisen. Die mit der vorangehend beschriebenen Walzvcrformung erreichbare Dimensionsgenauigkeit

ίο stellt sicher, daß die flachen Abstreifflächen 34.7 und 346 in bezug auf die Seitenflanschc 28a und 286 genau ausgerichtet sind, so daß sie auf der gleichen Zylinderflächc liegen.

Nach dem Verlassen des Walzgcrüstcs 120 (Fig. 5)

2b können in den profilierten Flachstahlstrcifcn 50 die erforderlichen Abzugsöffnungen eingefügt, beispielsweise eingestanzt werden. Dann kann der Flachstahl-Streifen 50 noch weiteren Bearbeitungsvorgängen wie VVarmhärien und Trocknen, Rollen und Abschneiden usw. unterworfen werden, damit schließlich die fertigen ölabstreifringc 24 erhalten werden.

Bei den gesamten Biege- und Walzverformungcn in der Ariage von Fig.5 wird der Flachstahlsireifcn 50 stets nur in einer Richtung gebogen, so daß an keiner

jo Stelle des Streifens ein Hin- und Herbiegen erfolgt. Dies ist wegen der härlbarcn Beschaffenheit des verwendeten Stahls vorteilhaft, denn ein wiederholtes Hin- und Herbiegen würde zu einer Härtung des Materials führen, wodurch dessen Profilverändcrung schwieriger

i-1 würde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Kolbenringen des Spaltringtyps, bei denen ein Paar Seitenflansche von einem Steg unter Bildung eines U-Profils radial einwärts abstehen und vom Steg wenigstens eine massive, steife Umfangsrippe mit zylindrischer Scheitelfläche radial auswärts absteht, wobei ein Flachstahlstreifen gleichmäßiger Breite und Dicke durch eine Reihe von Biegestationen bewegt und fortschreitend in die U-förmige Endquerschnittsform gebracht wird, indem zunächst die Seitenflanschteile in einem vorgegebenen Winkel zu dem Stegteil abgebogen und zur Bildung jeder Umfangsrippe ein Stegabschnitt sägezahnförmig nach der entgegengesetzten Seite herausgebogen wird, dann zu einer Wendel gewickelt und schließlich die Wendel in der Längsrichtung in einzelne Kolbenringe aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittsverringerung jeder Umfangsrippe gleichzeitig mit einem Abflachen der äußeren Scheitelfläche der Umfangsrippe durch Walzen erfolgt.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Reihe von hintereinander angeordneten Biegestationen mit jeweils einem Biegewalzenpaar zur tortschreitenden Biegung des Ausgangsstreifens in einen U-förmigen Querschnitt mit sägezahnförmig herausgebogenen Umfangsrippen. gekennzeichnet durch eine Endformungsstation mit zwei Formwalzenpaaren mit senkrecht zueinander angeordneten Achten.