DE3149455A1

DE3149455A1 - Kolbenring

Info

Publication number: DE3149455A1
Application number: DE19813149455
Authority: DE
Inventors: Kazuo Yokohama Kanagawa Tsuge
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1980-12-18
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPS57104052U; US4449721A; JPH017888Y2

Description

HOFFMANN · EITLE <& PARTNER

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1974) . DI PL.-l N G. W. EITLE · D R. RER. N AT. K. HO FFMAN N · DIPL.-1 N G. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 . D-8000 MONCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

36 108 p/hl

Tokico Ltd.,

Kawasaki-shi, Kanagawa-ken / Japan

Kolbenring

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring und insbesondere auf einen Kolbenring mit verbesserten Dichtungseigenschaften hinsichtlich eines darin befindlichen Spaltes.

Herkömmlicherweise ist ein Kolbenring in eine Ringnut eines Kolbens eingesetzt und arbeitet in einem Zylinder. Der Kolbenring hat zwischen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden des Kolbenringes einen Spalt, damit eine wärmebedingte Ausdehnung des Kolbenringes und eine Abnützung des Zylinders und des Kolbenringes möglich ist. Wenn eine Druckdifferenz zwischen den axial entgegengesetzten Flächen des Kolbenringes wirkt, leckt Gas dazwischen durch den radialen Freiraum zwischen den Innenwand des Zylinders und der Außenumfangsfläche des Kolbenringes und durch den Spalt zwischen den in umfangsrichtung entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Enden des Kolbenrings. Wenn die Dimension

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des Spaltes zunimmt, so nimmt auch die Gasleckage durch den Spalt zu, verglichen mit der Leckage durch den verbleibenden Abschnitt.

Verschiedene Vorschläge wurden bereits dahingehend gemacht, die Gasleckage durch den Spalt zu vermindern, beispielsweise hat man die in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden des Kolbenringes abgestuft ausgebildet, so daß sie teilweise einander in Axialrichtung überlappen, wodurch der wirksame Bereich des Spaltes, der die Gasleckage verursacht, um ungefähr die Hälfte reduziert werden kann.

Ein anderer Vorschlag umfaßt einen Metallrückenabdeckring, welcher zwischen der inneren Umfangsflache des Kolbenringes und der Bodenwand der Kolbenringnut eingesetzt und gegen die Innenumfangsflache des Kolbenringes gedrückt wird, insbesondere an der Stelle des Spaltes, und zwar durch die elastische Nachgiebigkeit dieses Rückenanlageringes. Der Rückenanlagering ist dahingehend wirksam, die Gasleckage durch den Spalt wesentlich zu reduzieren. Jedoch ergibt sich ein Nachteil, dahingehend, daß dieser Ring dazu neigt, den Kolbenring übermäßig gegen die Zylinderwand zu drücken, wodurch die Abnützung des Kolbenrings des Zylinders erhöht wird. Die Kolbenringnut wird manchmal durch diesen Ring beschädigt.

Darüber hinaus ist ein solcher Ring ein vom Kolbenring getrenntes Teil, so daß die Herstellung und die Anordnung des Kolbenrings am Zylinder kompliziert gestaltet wird.

Die japanische Patentveröffentlichung 54-42083 zeigt einen elastisch nachgiebigen, nicht-metallischen Dichtring oder gekrümmte Platte, die zwischen der Innenfläche des Kolbenrings und der Bodenwand der Kolbenringnut angeordnet ist, um so die Anpreßkraft auf den Kolbenring zu reduzieren. Die Beschädigung der Kolbenringnut kann verhindert werden. Jedoch kann die gewünschte Dichteigenschaft nicht notwendigerweise

erzielt werden, da die Dichtplatte sich manchmal vom Kolbenring löst.

Die japanische Patentveröffentlichung 55-27524 zeigt einen Kolbenring mit axial überlappenden abgestuften Enden. Die auf der druckabgewandten Seite befindlichen abgestuften Enden sind weiterhin so ausgebildet, daß sie radial überlappende abgestufte Konfigurationen haben, wodurch der Spalt auf der druckabgewandten Seite in zwei Umfangsspalte und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Freiraum aufgeteilt ist. Dadurch ist es möglich, die Leckage durch den Spalt zu reduzieren. Jedoch wird der in umfangsrichtung verlaufende Freiraum infolge des Unterschiedes" der Abnützung in den benachbarten Endabschnitten des Kolbenringes vergrößert, wodurch die Abdichtungseigenschaft während des Betriebes beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtungseigenschaften des Kolbenringes zu verbessern. 20

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen in einem Kolbenring arbeitenden und auf axial einer Seite einen Druck aufnehmenden Kolbenring gelöst, welcher nicht hur entsprechend dem Stand der Technik axial einander überlappende abgestufte Enden aufweist, welche durch eine im wesentlichen axial und radial verlaufende Schulter und eine entsprechend geformte Endfläche gebildet werden, sondern insbesondere dadurch, daß eines der abgestuften Enden auf der druckabgewandten Seite, d.h. der nicht mit Druck beaufschlagten Seite, eine in Umfangsrichtung verlaufende elastisch nachgiebige Lippe aufweist und daß das andere der abgestuften Enden auf der druckabgewandeten Seite mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprung versehen ist, welcher eine Ausnehmung entsprechend der Lippe bildet und radial außerhalb der Lippe angeordnet ist. Wenn der Druck auf die radiale Innenfläche des Kolbenringes drückt, deformiert sich die

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Lippe und legt sich an die Wand des Vorsprungs und schließt somit den genannten Freiraum dazwischen.

Der Kolbenring entsprechend der Erfindung kann wirksam den Spalt während einer langen Betriebsperiode schließen.

Es ist festzustellen, daß die Bezeichnungen "axial, radial und in ümfangsrichtung" der Beschreibung auf die Längsachse des Kolbens oder des Zylinders bezogen sind. 10

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den ■ Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele, Es zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht mit der Darstellung eines in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolbens mit zwei Kolbenringen entsprechend dem Stand der Technik,
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Fig. 2 eine teilperspektivische Ansicht eines bekannten Kolbenringes, welcher als oberer Kolbenring gemäß Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 eine teilperspektivische Ansicht eines anderen bekannten Kolbenringes, welcher als unterer Kolbenring in Fig. 1 verwendet wird und von der Unterseite betrachtet ist,

Fig. 4 eine teilperspektivische Ansicht eines weiteren bekannten Kolbenringes als modifizierte Ausführungsform des Kolbenrings gemäß Fig. 2,

• Fig. 5 eine teilperspektivische Ansicht eines Kolbenrings entsprechend der Erfindung, von der Unterseite her betrachtet,

Fig. 6 - eine TeilSchnittansicht durch den Kolbenring gemäß Fig. 5, im auf einen Kolben aufgesetzten Zustand und in einem Zylinder arbeitend, wobei der Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 erfolgt,

Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Ansicht, jedoch entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 5,

Fig. 8 eine Teilbodenansicht des Kolbenrings gemäß Fig. 5,

Fig. 9 eine der Fig. 8 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung des Zustandes, in dem der Spalt vergrößert ist,

Fig. 10 eine der Fig. 8 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfin-

dung und
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Fig. 11 eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen typischen bekannten Kolbenring mit axial abgestuften Umfangsenden, die zwischen sich einen Umfangsspalt A auf der Druckseite bilden (die Oberseite bei Betrachtung in Fig. 1) und einen Umfangsspalt B auf der druckabgewandten Seite.

Fig. 3 zeigt einen in der vorgenannten japanischen Patentschrift 55-27524 offenbarten Kolbenring, bei dem der Spalt auf der druckabgewandten Seite in zwei Radialspalte B₁ und B₂ und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Freiräum B₃ aufgeteilt ist, in dem eine radiale Abstufung vorgenommen ist.

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Fig. 4 zeigt einen Kolbenring entsprechend der japanischen Patentveröffentlichung 54-4 2083, bei dem eine gekrümmte oder ringförmige elastisch nachgiebige Platte 6 die Spalte des Kolbenrings 2¹ abdeckt.

Der Kolbenring 11 entsprechend der Erfindung, welcher in Fig. 4-8 dargestellt ist, besteht vorzugsweise aus einem nicht-metallischen, elastisch nachgiebigen und wärmeresistenten Dichtmaterial, wie beispielsweise einem Fluoräthylenharz, (beispielsweise PTFE), welches relativ weich und nachgiebig ist. Der Spalt A auf der Druckseite verläuft im wesentlichen in Radialrichtung und wird durch eine axial und radial verlaufende Schulter und eine ähnlich dem Kolbenring gemäß Fig. 2 korrespondierend geformte Endfläche begrenzt bzw. gebildet. Der Spalt auf der druckabgewandeten Seite ist ähnlich der Fig. 3 in zwei radial verlaufende Spalte B- und B2 und einen im wesentlichen im Umfangsrichtung verlaufenden Spalt aufgeteilt. Entsprechend der Erfindung ist eine elastisch nachgiebige Lippe 15 an einem Umfangsende 13 des Ringes 11 vorgesehen, um im wesentlichen im Umfangsrichtung und entlang der radialen Innenfläche des Ringes 11 zu verlaufen. Am anderen Ende des Ringes 11 ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung 14 vorgesehen, welcher eine Ausnehmung bildet, deren Gestalt der der Lippe 15 entspricht, wie dies deutlich aus Fig. 7 ersichtlich ist. Der auf die Oberseite des Ringes 11 bei Betrachtung der Fig. 5 und 6 wirkende Druck wirkt und setzt sich durch auf der radialen Innenfläche des Kolbenrings 11, wodurch die Lippe 15 gegen die radiale Innenfläche des Vorsprungs 14 nach außen gedrückt wird und den Umfangsfreiraum schließt, welcher die beiden Spalte B.. und B2 verbinden würde. So kann eine Leckage durch die Spalte B₁ und B₂ verhindert werden. Wenn der Kolbenring 11 abgenutzt ist, nimmt der Spalt zwischen den entgegengesetzten Enden des Kolbenrings 11 entsprechend der Darstellung in Fig. 9 zu. Jedoch kann die Lippe 15 den Spalt wirksam abdichten.

Fig. 10 und 11 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, gemäß, der die radiale Innenfläche des in Umfangsrichtung verlaufenden VorSprungs 24 von einer schräg verlaufenden Linie gebildet wird. Die Lippe 25 verläuft in Umfangsrichtung und radial nach innen und im wesentlichen entlang der radialen Innenfläche des Vorsprungs 24. Wenn der Kolbenring 21 nicht abgenutzt ist und der Spalt A relativ klein ist, ist die Deformation der Lippe 25 relativ klein. Wenn jedoch der Spalt A infolge der Abnutzung an der Außenumfangsflache des Kolbenrings 21 zunimmt, wird die Lippe 25 durch den auf die radiale Innenfläche des Kolbenrings wirkenden Druck deformiert und dichtend gegen den Vorsprung 24 gedrückt.

Entsprechend der Erfindung deformiert die an einem ümfangsende des Kolbenrings auf der druckabgewandeten Seite vorgesehene Lippe sich elastisch nachgiebig, um zuverlässig mit der Seitenfläche eines Vorsprungs am anderen Umfangsende anzuliegen, und zwar infolge des auf die radiale Innenfläche des Kolbenrings wirkenden Drucks, wodurch die Dichtungseigenschaften nicht beeinträchtigt werden, obwohl die Umfangsendabschnitte des Kolbenringes ungleichmäßig abgenutzt sein können. Weiterhin wird keine besondere Dimensionsgenauigkeit erfordert, da sich die Lippe durch einen Druck deformiert, um am Vorsprung anzuliegen. Die Zahl der verwendeten Teile ist reduziert, so daß der Kolbenring nicht nur zuverlässig funktioniert, sondern auch leicht herzustellen und zusammenzusetzen ist.

Obwohl die vorstehende Erfindung in bezug auf nur zwei Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. So können die Lippe und der Vorsprung entsprechend der Erfindung so ausgebildet sein, daß sie jede beliebige Gestalt dahingehend haben, daß die Lippe und der Vorsprung an den jeweiligen Umfangsenden der druckabgewandten Seite der axial abgestuften

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Enden des Kolbenringes vorgesehen sind, und daß die Lippe und der Vorsprung integriert mit dem Kolbenring ausgebildet sind, um in Umfangsrichtung in den Bereich zwischen den inneren und äußeren Durchmessern der Kolbenrings zu verlaufen, und daß die Lippe zumindest teilweise den Vorsprung in Radialrichtung überlappt und radial innerhalb des Vorsprunges angeordnet ist.

Le er Seite

Claims

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DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL-I N G. W. EITLE · DR.RER. NAT. K.H OFFMAN N · Dl PL.-I NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MD NCH EN 81 ■ TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

36 108 p/hl

Tokico Ltd.,

Kawasaki-shi, Kanagawa-ken / Japan

Kolbenring

Patentanspruch

In einem Zylinder arbeitender und an axial einer Seite desselben einen Druck aufnehmender Kolbenring, welcher axial einander überlappende abgestufte Enden aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eines (13) der abgestuften Enden (12, 13) den auf der anderen Seite oder der druckabgewandten Seite so ausgebildet ist, daß es mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden elastisch nachgiebigen Lippe (15) versehen ist, und daß das andere (12) der abgestuften Enden auf der druckabgewandten Seite einen

TO in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprung (14) aufweist, um eine Ausnehmung entsprechend der Lippe zu bilden, der .radial außerhalb der Lippe angeordnet ist, wobei die Lippe gegen die radiale Innenfläche des Vorsprungs gedrückt wird, wenn der Druck auf die radiale Innenfläche des Kolbenringes wirkt.