DE2738170C2 - Kolbenringanordnung für Brennkraftmaschinen o.dgl. - Google Patents

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-

Spruchs 1 gelöst

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-

3 4

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40

50

55

Claims (3)

Patentansprache:

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.