DE2804429C3 - Dichtungsring, insbesondere Ölabstreif-Kolbenring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, insbesondere einen Ölabstreif-Kolbenring, mit oder aus einer Spreizfeder, die aus einem ringförmig gebogenen, in Umfangsrichtung federnd gemachten Draht, Band oder dergleichen besteht, und deren Enden sich gegenseitig über ein Distanzstück in Umfangsrichtung abstützen.

Zur Abdichtung des ölraumes einer Hubkolben-Brennkraftmaschine werden verschiedene ölabstreif-Kolbenring-Systeme eingesetzt die meist aus einem oder mehreren, in einer Kolbennut angeordneten Abstreifringen sowie mindestens einer, ilie Abstreifringe radial nach außen gegen die Zylinderwand drückenden Spreizfeder bestehen. Auch sind einteilige Ringsysteme im Einsatz, bei welchen die Spreizfeder mit einstückig angeformten Abstreifkanten versehen ist und damit direkt an der Zylinderwand dichtend anliegt. Derartige Ölabstreif- Kolbenringsysteme sind beispielsweise in der Firmenschrift K 3 »Ölringkonstruktionen und ihre Wirkung« (Drucksache Nr. 810 von 1964) der Goetzewerke Friedrich Goetze AG, Burscheid, vergleichsweise dargestellt und beschrieben.

Die Betriebssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer einer Brennkraftmaschine werden weitgehend über deren ölhaushalt beeinflußt. Somit ist eine optimale Einstellung der ölabstreifwirkung der Kolbenringe für jeden Motortyp unumgänglich. Die ölabstreifwirkung wird im wesentlichen durch drei Faktoren bestimmt:

a) durch die Flächenpressung zwischen Abstreifkante und Zylinderwand; die aus der Gesamt-Tangentialkraft des Ringsystems und der Laufsteghöhe der Abstreifkanten resultierende Flächenpressung muß einerseits so hoch sein, daß möglichst alles Öl von der Zylinderwand angestreift wird, andererseits darf eine minimale ölfilmstärke nicht zerstört werden, um aus der verschleißarmen Flüssigkeitsreibung nicht herauszukommen;

b) durch die Flexibilität oder Anschmiegefähigkeit des

Kolbenringes an die durch Verzüge von der idealen Kreisform abweichende Zylinderwand, wozu in Abhängigkeit vom Biegewiderstand der jeweils verwendeten Ringsysteme eine definierte Tangentialkraft entweder des Abstreifringes selbst und/oder einer zusätzlichen Spreizfeder erforderlich ist;

c) durch die Formgestaltung der Abstreifkanten, die einerseits eine maximale Abstreifwirkung, andererseits aber ein Aufgleiten derselben auf den Ölfilm sicherstellen müssen.

Aus den vorgenannten Bedingungen ergeben sich nicht nur besondere konstruktive Probleme, sondern es

is werden auch erhebliche Anforderungen an eine äußerst präzise Einhaltung von Fertigungsmaßen gestellt um die durch Versuche ermittelten optimalen Tangentialkräfte beziehungsweise Flächenpressungen zwischen Kolbenring und Zylinderwand anzustreben. Die gestellten Anforderungen liegen dabei weit über den fertigungstechnisch und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand Realisierbaren.

Besonders bei mehrteiligen Ölabstreif-Kolbenring-Systemen, die vielfach aus einem bereits selbstspannen-

den Ölabstreif-Gußring mit zwei Laufstegen bezeihungsweise Abstreifkanten und einer am Ringinnenumfang in einer Nut angeordneten Spreizfeder, beispielsweise in Form eines Schraubendruckfederringes, bestehen, ergeben sich Probleme in der Einhaltung bestimmter, eng tolerierter Gesamt-Tangentialkraftbereiche, da letztere sich aus der Tangentialkraft des ölabstreifringes und der Spreizfeder zusammensetzen, wobei die fertigungstechnisch bedingten Einzel-Toleranzfelder sich beim Zusammenbau des Kolbenringes im ungünstigsten Fall addieren.

Durch die US-PS 38 14 409 ist zwar ein im Stoßbereich der Spreizfeder angeordneter Verbindungskörper bekannt. Dieser dient ausschließlich zum Zusammenhalten der Federenden im Einbauzustand und beeinflußt in keiner Weise die Größe der Tangentialkräfte weder der Spreizfeder noch des ölabstreifringes.

Das Distanzstück entsprechend der US-PS 39 55 823 dient zur Verschleißreduzierung im stoßnahen, inneren

Umfangsbereich des ölabstreifringes und erstreckt sich mit einer relativ großen Länge zwischen den beiden Enden der Spreizfeder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölabstreif-Kolbenring, vorzugsweise einen mittels einer

so zusätzlichen Spreizfeder teilweise fremdgespannten Kolbenring, zu schaffen, dessen Gesamttangentialkraft als projizierte Summe der am Ringumfang wirksam werdenden Einzelradialkräfte in einem den Anforderungen entsprechenden, äußerst engen Toleranzfeld liegt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Höhe der Gesamtradialkraft in Abhängigkeit von einer funktionell geforderten Dichtpressung einzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß zwischen den sich gegenseitig abstützenden Enden der Spreizfeder ein als Längenausgleichseinrichtung dienendes Distanzstück vorgesehen ist, dessen Länge — in Umfangsrichtung des Kolbenringes gesehen — von der einzeln oder serienweise unterschiedlichen Tangentialkraft der Spreizfeder und/oder der Tangentialkraft

des einzeln oder serienweise zugehörigen ölabstreifringes abhängig ist. Die Längenausgleichseinrichtung gestattet nicht nur eine Reduzierung des Streuungsbereiches der Tangentialkräfte durch individuelle Anpas-

sung jeder Federlänge entsprechend der festgestellten Maßabweichung, von einem vorgegebenen Sollwert, sondern es ist auch eine Mittelwertkorrektur bei serienweise unterschiedlichen Lagen der Strtuungsbereiche einzelner Fertigungslose möglich, wobei nicht nur aus der Feder-Fertigung, soiyjern auch aus der Ölabstreifring-Fertigung resultierende Streuungslagen- und Mittelwertkorrekturen Ober die Längenausgleichseinrichtung durchgeführt werden können.

Bei Verwendung von Spreizfedern in Form von ι ο Schraubendruckfederringen mit einem im Bereich der Federenden eingesetzten Verbindungsstift zur Lagesicherung der Federenden erscheint es besonders vorteilhaft, ein Distanzstück in Form einer Scheibe vorzusehen, die auf den Verbindungsstift aufgesteckt ist und mit diesem — wie aus der US-PS 30 99 455 prinzipiell bekannt — verbunden sein kann.

Eine Optimierung der Dichtfunktion der ölabstreif-Kolbenringe kann dadurch erreicht werden, daß für die Ermittlung der individuell oder serienweise erforderlichen Länge des Distanzstückes nicht nur die Tangentialkräfte von Spreizfeder und ölabstreifring berücksichtigt, sondern daß zusätzlich auch die ebenfalls fertigungstechnisch bedingten Streuungen der Laufflächenbreite des ölabstreifringes festgestellt werden. Somit läßt sich die über die Längenausgleichseinrichtung veränderte Gesamttangentialkraft auch in Abhängigkeit der tatsächlichen Laufflächenbreite verändern und eine definierte Flächenpressung zwischen ölabstreif-Kolbenring und Zylinderwand im Einbauzustand sicherstellen.

■ Die Erfindung ermöglicht somit folgende Verfahrensabläufe:

a) Die Tangentialkräfte der Federn werden einzeln oder serienweise gemessen, mit einem Sollwert verglichen, und die Differenz zwischen 1st- und Sollwert dient als variable Größe zur rechnerischen Ermittlung des erforderlichen Längenausgleichs der Spreizfeder. Auf diese Weise läßt sich die relativ große Streuungsbreite aus der Federfertigung innerhalb einer Serie auf einen Minimalwert reduzieren, was für viele Anwendungsfälle bereits ausreichend ist Dies gilt insbesondere für einteilige Kolbenring-Systeme, wobei die Spreizfeder gleichzeitig der ölabstreifer ist. Darüber hinaus reicht dieses Verfahren für mehrteilige Kolbenring-Systeme dann aus, wenn die Einhaltung relativ enger Fertigungstoleranzen, bezogen auf die Tangentialkraft eines selbstfedernden Ölabstreifringes, wirtschaftlich möglich ist.

b) Bei der Fertigung von ölabstreifringen treten häufig jedoch beträchtliche Verschiebungen hinsichtlich der Lage der Mittelwerte an sich relativ geringer Streuungsbreiten von Fertigungslos zu Fertigungslos auf. Hierzu besteht erstens die Möglichkeit, die Mittelwertlage einzelner Fertigungslose statistisch festzustellen und aus der Differenz zwischen Ist- und Sollwert für jedes Fertigungslos einen definierten Längenausgleich zu ermitteln, der gegebenenfalls durch eine Federvermessung entsprechend dem Verfahren a) zusätzlich beeinflußt werden kann, so daß nicht nur eine Mittelwertkorrektur im Sinne einer Verschiebung durchgeführt wird, sondern auch die außerhalb eines vorgegebenen, relativ schmalen Toleranzbereiches liegenden FeJerlängen einer entsprechend breiten Fertigungsstreuung mit in den zulässigen schmalen Toleranzbereich gebracht werden können.

Ein weiterer Schritt ist darin zu sehen, daß die Gesamttangentialkräfte des aus ölabstreifer und Spreizfeder bestehenden Kolbenringes gemessen, mit einem vorgegebenen zulässigen Toleranzfeld verglichen und nach Gut und Ausschuß sortiert werden. Die außerhalb des zulässigen Toleranzfeldes liegenden, bisher als Ausschuß bewerteten Ölabstreif-Kolbenringe können dann noch durch entsprechende Längenänderung beziehungsweise durch Austausch des Ausgleichstückes in den zulässigen Toleranzbereich überführt werden, so daß die tatsächliche Ausschußrate Null ist

Um die in beiden Richtungen vom statistischen Mittelwert abweichenden und Ober die Toleranzgrenze hinausgehenden Streuungsbereiche in den Toleranbereich zurückführen zu können, ist es sinnvoll, die Federlänge grundsätzlich um einen Basiswert für eine mittlere Standardlänge der Längenausgleichseinrichtung kürzer auszubilden.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß den unterschiedlichen qualitativen Anforderungen der Abnehmer von Kolbenringen, überwiegend der Automobilindustrie, weitgehend entsprochen werden kann, ohne daß in den eigentlichen Fertigungsablauf der ölabstreifringe und Spreizfedern eingegriffen werden muß. Diese hohe Flexibilität in der Endstufe des gesamten Herstellungsprozesses wird im wesentlichen durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Distanzstückes als Längenausgleichseinrichtung erreicht. Die Erfindung umfaßt somit nicht nur die konkrete Ausbildung der zusätzlichen Längenausgleichseinrichtung, sondern vielmehr auch andere Maßnahmen zur Beeinflussung der Umfangslängen aller federnd wirkenden, dem Kolbenring ähnlichen Ringkörper, die in großen Stückzahlen hergestellt werden und für höchste Funktionsgenauigkeit garantieren müssen, wie zum Beispiel federgespannte Packungsringe oder auch Radial-Wellendichtringe.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen ölabstreif-Kolbenring

F i g. 2 eine Teilansicht einer Spreizfeder

F i g. 3 bis 6 statistische Häufigkeitsverteilungen (nach Gauß)

Der in Fig. 1 dargestellte ölabstreif-Kolbenring besteht aus einem selbstspannenden ölabstreifring 1 aus Gußeisen mit radial außen liegenden Laufstegen 2,3. In einer Ringnut 4 am Innenumfang des Ölabstreifringes 1 ist eine Spreizfeder in Form eines Schraubendruckfederringes 5 angeordnet. Zur Sicherung der beiden Federenden 6, 7 dient ein Verbindungsstift 8 aus Draht, dessen eines Ende 8' radial abgebogen sich zwischen zwei Federwindungen erstreckt. Zwischen den beiden, sich gegenseitig in Umfangsrichtung abstützenden Federenden 6, 7 ist ein Distanzstück als Längenausgleichseinrichtung in Form einer auf den Verbindungsstift 8 aufgesteckten Scheibe 9 vorgesehen, deren Außendurchmesser dem äußeren Wickeldurchmesser der Spreizfeder 5 entspricht, und deren tangentiale Länge in Abhängigkeit der aus dem ölabstreifring und/oder der Spreizfeder 5 resultierenden Einzel- oder Gesamttangentialkraft bestimmt ist.

Aufgrund der fertigungstechnisch bedingten Maßabweichungen erhält man nach Messung der jeweiligen Tangentialkräfte sowohl des ölabstreifringes als auch

der Spreizfeder statistische Häufigkeitsverteilungen (nach Gauß), wie in Fig.3 dargestellt. Der Mittelwert der Häufigkeitsverteilung ist mit Fund die Standardabweichung mit s bezeichnet.

Die bisher relativ große Standardabweichung si, vergleiche Fig. ^. wird durch die beschriebene Verwendung einer Längenausgleichseinrichtung mit entsprechend den jeweiligen gemessenen Tagentialkräften errechneter tangentialer Länge b weitgehend auf den Wert S2 reduziert, vergleiche Fig.4. Diese relativ geringe Reststreuung ist durch die ebenfalls fertigungstechnisch bedingte Toleranzbreite bei der Herstellung der Längenausgleichseinrichtung nicht vermeidbar. Im Ergebnis ist die Standardabweichung ss jedoch so niedrig, daß nicht nur wertmäßig die Gesamtabweichung (Streuung) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes T liegt, sondern daß auch noch seitliche Lagerverschiebungen des Streubereiches innerhalb des Toleranzfeldes verkraftet werden können.

Anstelle der Einengung des Streubereiches mit entsprechender Reduzierung der Standardabweichung ist es aber auch möglich, zunächst statistisch die Streuung eines Fertigungsloses sowohl des Ölabstreifringes als auch der Spreizfeder zu ermitteln, um dann die Lagekorrektur Δ ~x des Mittelwertes ~x\ auf *2 in Form einer definierten Länge b der Längenausgleichseinrichtung vorzunehmen, vergleiche hierzu Fig.5, um da; Maximum der Häufigkeit auf die Mitte des vorgegebenen Toleranzfeldes zu bringen. Die nun noch außerhalb des Toleranzfeldes Tverbleibenden Streuungsanteile IC und 11, die im Rahmen der Nachkontrolle dei Gesamttangentialkraft aus ölabstreifring einschließmontierter Spreizfeder zunächst als Ausschuß heraussortiert werden, können durch Austausch der Längenausgleichseinrichtung mit entsprechend größerer oder

ίο kleinerer tangentialer Länge nachträglich in das Toleranzfeld überführt werden, so daß tatsächlich ein Ausschuß Null entsteht, vergleiche hierzu F i g. 6.

Darüber hinaus kann anstelle der reinen Tangentialkraft als Meßkriterium auch die Flächenpressung zwischen Laufsteg 2, 3 und zugehöriger Zylinderwand — nicht weiter dargestellt — als Verhältnis vor Tantentialkraft zur axialen Laufflächenbreite zugrundegelegt werden. Auch ist eine Optimierung in dei Verkleinerung der Streuungsbreite durch Kombinatior beider Verfahrensschritte (entsprechend F i g. 3 und A mit 5 und 6) möglich, so daß ohne weiteres äußerst enge Toleranzfelder seitens der Anwender gesteckt werder können, ohne daß an die eigentliche Herstellung sowoh der ölabstreifringe als auch der Spreizfedern zusätzliehe Anforderungen gestellt werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dichtungsring, insbesondere Ölabstreif-Kolbenring, mit oder aus einer Spreizfeder, die aus einem ringförmig gebogenen, in Umfangsrichtung federnd gemachten Draht, Band oder dergleichen besteht, und deren Enden sich gegenseitig über ein Distanzstück in Umfangsrichtung abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzstück (9) als Längenausgleichseinrichtung ausgebildet ist, deren Länge (b) von der einzeln oder serienweise unterschiedlichen Tangentialkraft der Spreizfeder (5) und/oder der Tangentialkraft des einzeln oder serienweise zugehörigen ölabstreifringes (1) abhängig ist

2. Dichtungsring nach Anspruch 1 mit einer .Spreizfeder in Form eines Schraubendruckfederringes, in dessen Enden ein Verbindungsstift eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet daß das Distanzstück eine auf den Verbindungsstift (8) aufsteckbare Scheibe (9) ist

3. Dichtungsring nach Anspruch 1 mit einer Spreizfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Distanzstückes (9) von der Laufflächenbreite des ölabstreifringes abhängig ist.