DE2738170C2 - Kolbenringanordnung für Brennkraftmaschinen o.dgl. - Google Patents
Kolbenringanordnung für Brennkraftmaschinen o.dgl.Info
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kolbenringanordnung für
Brennkraftmaschinen oder dgl. mit den Merkmalen des
nung die Gefahr besteht daß bei längerem Gebrauch
die verschiedenen Teile der Kolbenringanordnung zu einer im wesentlichen starren Einheit zusammengeschweißt werden, wodurch die Anordnung unbrauchbar
wird. Durch die dabei entstehende starre Verbindung des Kolbenringeiercsntes mit dem ringförmigen Federelement verliert das Federelement auch einen großen
Teil seiner Vorspannkraft Dadurch wird die Funktion der Kolbenringanordnung beeinträchtigt
Es ist auch bekannt, die Umfangskanten der Schenkelelemente jeweils in radialer Fluchtung mit einem von
zwei im gegenseitigen Abstand und parallel zueinander verlaufenden Dicht- und Gleitstegen anzuordnen, die
am äußeren Umfang des Kolbenringelementes mit ge
genüber diesem geringerer Breite ausgebildet sind um
so die Dichtfunktion des Kolbenringes zu verbessern (vgL US-PS 31 91 946 bzw. DE-AS 19 52 890).
Der Erfindung liegt die Aufgabe „7!gründe, eine Kolbenringanordnung mit den Merkmalen des Oberbe-
griffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Gefahr, daß Federelement und Kolbenringelement bei Gebrauch sich zu einer starren Einheit verbinden wesentlich verkleinert oder ganz ausgeschaltet wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des An-
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Ausbildung des Federelementes mit U-förmigem
Querschnitt sowie die Unterteilung der beiden Schenkel des Federelementes in voneinander durch Randein
schnitte, die in Umfangsrichtung gegeneinanJer ver
setzt sind, getrennte Schenkelelemente nicht vor der
Gefahr schützt, daß Federelement und Kolbenringelement zu einer starren Einheit vereinigt werden. Die starre Verbindung durch Verschweißen der Elemente er-
folgt vielmehr in erster Linie im Bereich derjenigen Stellen zwischen den beiden Elementen, an denen die
auftretenden Kräfte, insb. die radialen Vorspannkräfte zwischen diesen, übertragen werden. Die Merkmale des
Anspruchs 1 führen dazu, daß die miteinander in Kon
takt stehenden und die Kräfte übertragenden Bereiche
der Elemente in besonderer Weise ausgebildet sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die freie Umfangskante
jedes Schenkelelementes in Umfangsrichtung kreisbogenförmig gekrümmt verläuft und der Krümmungsradi-
us dieser Krümmung kleiner ist als der des sich auf der freien Umfangskante abstützenden Bodens oder Fußabschnittes der Ausnehmung des Kolbenringelementes.
Bei praktischen Tests der neuen Kolbenringanord-
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nung hat sich ergeben, daß diese den bekannten Anord- 0,51 mm. Die Stege 23 stehen dabei, wie dargestellt, in
nungen überlegen ist, indem das Kolbenringelement nur allgemeiner radialer Fluchtung mit den Schenkeln des
sehr geringen Abnutzungserscheinungen auch bei lang Federelementes 10. Dadurch wird es möglich, daß die
andauerndem Betrieb unterliegt Vor allem aber hat sich Federkraft jeweils entlang einer einzigen radialen Linie
gezeigt daß die Gefahr eines Zusammenschweißens der 5 auf die Stege 23 übertragen wird. Für die Herstellung
Elemente ausgeschlossen ist so daß die von dem KoI- des Ringelementes 20 wird beispielsweise Gußeisen
benringelement unabhängige Funktion des Federele- verwendet Die Arbeitsfläche, insbesondere die Stege
mentes auch über lange Betriebszeiten gewährleistet 23, sind dabei beispielsweise mit Chrom plattiert
bleibt Das Federelement 10 ist in F i g. 1 in einer Seitenan-
In der Praxis hat sich ein Krümmungsradius gemäß io sieht mit Blick in Richtung der Achse des Kolbens ge-
der Lehre des Anspruchs 2 als vorteilhaft erwiesen. zeigt wobei Teile des Ringes weggebrochen dargestellt
Für die Herstellung einer Kolbenringanordnung ist es sind. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die beiden Schenkel
bekannt nach den Schritten des Oberbegriffs des An- des U-förmigen Querschnittes des Federelementes 10
Spruchs 1 zu verfahren. Um die Kolbenringanordnung jeweils aus einer Vielzahl von einzelnen Fußabschnitten
nach Anspruch 1 auf einfache Weise ökonomisch her- 15 11 bestehen, welche an ihrer äußeren Umfangsfläche 12
steilen zu können, wird besonders zweckmäßig das be- eine Krümmung aufweisen. Diese Krümmung ist so auskannte
Verfahren nach der Lehre des Kennzeichens des gebildet daß sie zu einer verminderten Abnutzung und
Anspruchs 3 weitergebildet Dadurch läßt sich ohne zu einer Verminderung der Tendenz führt, daß das Fegroßen
Herstellungsaufwand die gewünschte besonde- derelemeat 10 zu einer starren Einheit sich mit dem
re Krümmung der freien Umfangskacte jedes Schenkel- 20 Ringelement 20 vereinigt Der Racws der Außenkante
elementes des ringförmigen Federelementes genau-und 12 jedes Fußabschnittes 11 ist in der Größenordnung
zuverlässig bestimmen und erzeugen, ohne daß es korn- von etwa 50% bis etwa 80% des Gebrauchsradius der
plizierter Schritte oder Vorrichtungen bedarf. Tasche, des Kanals oder der Ausnehmung 21 in dem
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schemati- Ringelement 20.
scher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher 25 F i g. 2 zeigt das Federelement 10 in einem Zwischenerläutert
Es zeigt stadium. Zur Herstellung des Federelementes wird ein
Fi g. 1 das Federelement einer Kolbenringanordnung flaches Bandmaterial verwendet Hierbei kann es sich
gemäß der Erfindung in Seitenansicht, wobei Teile des bei Verwendung in Verbindung mit einem Gußeisenring
Federelementes weggebrochen dargestellt sind, 20, beispielsweise um einen Kohlenstoffstahl, von
Fig.2 im größeren Maßstabe und im Ausschnitt die 30 0,61 mm Dicke und 8 mm Breite und einer Rockwell
Draufsicht auf das flache, streifenförmige Ausgangsma- 30 N-Härte von etwa 65 bis 75, insbesondere zwischen
terial, das durch Stanzschritte entsprechend vorbereitet etwa 68 und 72 handeln,
ist und vor seiner ersten Verformung steht, Senkrecht zur Längsrichtung des Streifens geführt
F i g. 3 im Querschnitt eine Kolbenringanordnung sind mehrere Einschnitte 13 vorgesehen, die sich jeweils
nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform, 35 von einer Längskante des Streifens in Richtung auf die
F i g. 4 im senkrechten Schnitt eine Vorrichtung, um Streifenmitte hin zu einer ausgestanzten Öffnung 14 er-
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die Krüm- strecken. Den Abstand zwischen benachbarten Ein-
mung der freien Umfangskante jedes Schenkelelemen- schnitten 13 auf der gleichen Längsseite des Streifens
tes des ringförmigen Federelementes zu erzeugen, liefert die Umfangslänge der Fußabschnitte 11. Diese
F i g. 5 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 3 ein abge- 40 Länge liegt vorzugsweise zwischen etwa 80% bis etwa
wandeltes Ausführungsbeispiel der neuen Kolbenring- 120% der Streifenbreite. Die Einschnitte 13 auf den sich
anordnung. gegenüberliegenden Längsseiten des Streifens sind
Aus Fig.3 der Zeichnung ist eine Ausführungsform gleichförmig in Umfangsrichtung gegeneinander verder
neuen Kolbenringanordnung in grundsätzlichem setzt, beispielsweise um die Hälfte der Länge des einzel-Aufbau
zu ersehen. Die Kolbenrin^anordnung umfaßt 45 nen Fußabschnittes, um gleichförmig in Umfangsrichein
Federelement 10, das mit U-förmigem Umriß ausge- tung gegeneinander versetzte Fußabschnitte 11 auf den
bildet ist Die Schenkel des Federelementes greifen da- beiden Seiten des Federelementes 10 zu bilden, wie dies
bei in eine allgemein rechteckförmige Ausnehmung deutlich aus F i g. 1 hervorgeht Die ausgestanzten öff-
oder Tasche 21, die auf der radialen Innenseite des Au- nungen 14 sind vorzugsweise etwa rechteckig und nehßenringRS
20 angeordnet ist Das äußere Ringelement 20 so men etwa 30% bis etwa 50% der Streifenbreite ein. In
kann aus entsprechenden: Material und von entspre- Längsrichtung des Streifens erstrecken sie sich von eichender
Geometrie ausgebildet sein je nach den beson- wa 60% bis etwa 100% ihrer Querausdehnung. Die Ausderen
Anwendungsfällen. Im dargestellten Ausfüh- nthmungen 14 sind abwechselnd seitlich gegeneinander
rungsbeispiel weist- das Ringelement 20 abgeschrägte versetzt und auf den beiden Seiten der Län?srnittel!inie
Kantenbereiche 22 auf beiden axialen Umfangsseiten 55 des Streifens zentriert wobei die Mitte der Ausnehmunauf.
Die abgeschrägten Abschnitte enden in der an der gen jeweils gegenüber der Längsmittellinie des Strei-Zylinderinnenwand
angreifenden Fläche des Ringes 20 fens um etwa 5% bis etwa 10% der Streifenbreite ver-
und bilden dort zwei relativ schmale Stege 23, die von- setzt ist
einander durch einen Umfangskanal 24 getrennt sind, Die innenliegenden Ecken der Ausnehmungen 14 sind
der im wesentlichen zentral auf der diametralen Außen- so beispielsweise durch einen Radius bestimmt, der annäfläche
des Ringelementes 20 angeordnet ist. Mehrere in hemd gleich der Materialdicke ist. Der Streifen wird
Umfangsrichtung langgestreckte Schlitze 25 können in anschließend in seine endgültige U-förmige Umrißgegegenseitigem
Abstand um den Ring in das Ringele- stak geführt und zwar mit entsprechenden Hilfsmitteln,
ment eingearbeitet sein, um einen Abflußweg für das öl wobei sich die Ausnehmungen 14 jeweils von dem zugezu
bieten, das sonst in dem Raum zwischen den beiden f 5 hörigen Schnitt 13 bis in die Basis des U-förmigen Pro-Abdichtungsstegen
23 eingeschlossen würde. fils bis hin in den Übergang zum gegenüberliegenden
Im dargestellten Beispiel besitzen die Stege 23 eine Schenkel erstrecken, wie dies am besten aus F i g. 3 eraxiale
Breite in der Größenordnung von 0,25 bis sichtlich ist
Nach der Überführung in den U-förmigen Umriß wird das Federelement bearbeitet, um die mit dem gewünschten Radius versehene Umfangskante 12 der
Schenkel oder Fußabschnitte 11 herzustellen. Ein Verfahren zur Herstellung dieses Krümmungsradius ist
schematisch in F i g. 4 angedeutet. Nach diesem Verfahren wird das in die U-förmige Umrißgestalt überführte
Federelement 10 in Form eines kontinuierlichen Streifens von im wesentlichen unbegrenzter Länge auf einem
zylindrischen Element 15, das als Dorn dient, abgestützt und durch entsprechende nicht dargestellte Einrichtungen relativ zu einer Schleifscheibe 16 rotiert, die selbst
auf der Welle 17 umläuft. Es ist wohl offenbar, daß der Radius an der Umfangskante 1? gleich dem Radius des
Domes 15 plus der radialen Höhe des Federelementes 10 auf dem Dorn ist. Wie zuvor erwähnt, steht der Radius dtr Krümmung der Umfangskante 12 in Beziehung
zu dem Radius des Ringes 20, mit dem das Federelement verwendet wird.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Kolbenringanordnung ist in F i g. 5 gezeigt. Diese Ausführungsform wird in Anwendungsfällen eingesetzt, bei denen
ein schmaler ölring benötigt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine als Abstandselement und als Vorspannelement dienende Feder 10' vorgesehen, die iden-
tisch mit der zuvor beschriebenen Feder 10 ausgebildet sein kann. Der Ring 20' ist allgemein ähnlich dem oben
beschriebenen Ring. Er umfaßt Abschrägungen 22', Stegflächen 23', einen zwischen den Stegen angeordneten Ringkanal 24' sowie Schlitze 25'. Der Ring ist jedoch
in axialer Richtung schmaler und umfaßt zwei Ausnehmungen oder Nuten 21', die durch eine radial innere
Rippe 26 voneinander getrennt sind. Die Stege 23' liegen auch hier allgemein in radialer Fluchtung mit dem
Fußabschnitt 11' des Federelementes aus den obengenannten Gründen.
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Claims (3)
1. Kolbenringanordnung für Brennkraftmaschinen oder dgl, bestehend aus einem eigentlichen Kolbenringelement, dessen äußere Umfangsfläche abdichtend und gleitend mit der Zylinderinnenwand zusammenwirkt, und einem ringförmigen Federelement, das einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist und mit seinen Schenkelenden in eine oder
mehrere Ausnehmungen eingreifen, die an der Dicht- und Gleitfläche abgewandten Bereichen des
Kolbenringelementes vorgesehen sind, wobei die beiden Schenkel des Federelementes durch Randeinschnitte, die jeweils von den freien Kanten der
Schenkel aus zur Mitte des Federelementes hingeführt und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, in voneinander unabhängige Schenkdelemente aalgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daS die freie Unifangskante (12) jedes
Schenkelelementes (11) des ringförmigen Federelementes (10) im Zustand des Zusammenbaus mit dem
Kolbenringelement (20) in Umfangsrichtung kreisbogenförmig gekrümmt verläuft und daß der Krümmungsradius der Krümmung der freien Umfangskante (12) kleiner ist als der Krümmungsradius des
sich auf der freien Umfangskante (12) abstützenden Bodens oder Fußabschnittes der Ausnehmung (21)
oder Ausnehmungen (21') des Kolbenringelementes.
2. Kolbe r rufanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius
der freien Umfangskante (S2) jedes Schenkelelementes (11) zwischen etwa 50% und etwa 80% des
Krümmungsradius des Bodens oder Fußabschnittes der Ausnehmung (21 bzw. 21') beträgt
3. Verfahren zum Herstellen einer Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Kolbenringelement in einem von der äußeren Umfangsfläche
abgewandten Bereich mit wenigstens einer Umfangsausnehmung mit einem Boden oder Fußabschnitt ausgebildet wird, der in Umfangsrichtung
nach einem vorbestimmten Krümmungsradius gekrümmt ist, und das Federelement aus einem Federblechstreifen durch Stanzen von Ausnehmungen
und Randeinschnitten und durch U-förmiges Abbiegen der durch die Randeinschnitte getrennten
Schenkelelemente gebildet und das Kolbenringelement in das Federelement unter Abstützung der freien Umfangskanten der Schenkelelemente an dem
Boden oder Fußabschnitt der Umfangsausnehmung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
mit U-förmigen Querschnitt ausgeformte Federelement mit seiner Dübelseite über eine kreisförmig
gebogene Stützfläche von einem Durchmesser geführt wird, der kleiner als die lichte Weite des Federelementes in dessen Gebrauchsstellung ist, und daß
gleichzeitig die freien Umfangskanten der Schenkelelemente geschliffen werden, bis sie in einer gemeinsamen, zur Stützfläche konzentrischen zylindrischen
Fläche liegen, worauf das Federelement in seine Gebrauchsform überführt und mit dem Kolbenelement
zusammengesetzt wird.
Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Kolbenringanordnung ist bekannt und beschrieben in den US-PS
27 29 524 und 31 91946. Die äußere Umfangsfläche des
Kolbenringes ist als Dicht- und Gleitfläche ausgebildet
An den von dieser äußeren Umfangsfläche abgewandten Bereichen weist der Kolbenring zwei seitliche und in
axialer Richtung offene Ausnehmungen mit einem Fußabschnitt auf. An diesem stützen sich die Schenkelenden
des Federelementes ab. Die freie Umfangskante des Fe
derelementes ist dabei in Teilabschnitte unterteilt und
zwar durch Randeinschnitte, die jeweils von den freien
Kanten der Schenkel aus bis zur Mitte oder darüber hinaus des Federelementes geführt sind. Diese Randeinschnitte sind in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd
von entgegengesetzten Kanten des Federelementes aus geführt Dadurch werden voneinander unabhängige
Schenkelelemente gebildet, die jeweils mit itwer äußeren Umfangskante auf den Fußabschnitten des Kolbenringes aufliegen und diesen abstützen.
.1»1»—_ Λ.
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