DE3318323C2

DE3318323C2 - Mehrteiliger Kolbenring, insbesondere für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3318323C2
Application number: DE3318323A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Kamakura Hayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4570945A; DE3318323A1

Abstract

Ein Kolbenring für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolben sowie Zylinder von elliptischer oder länglicher abgerundeter Querschnittsform ist in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt, die stirnseitig zu einem Ring verbunden sind. Jede der stirnseitigen Verbindungen zwischen benachbarten Abschnitten ist so ausgestaltet, daß ein ausreichender Flächendruck des Kolbenrings gegen die Zylinderwand im in einen Zylinder eingebauten Zustand geliefert wird. Gemäß einer Ausführungsform weist der Kolbenring zwei Bogenabschnitte auf, von denen jeder von beiden Enden des Abschnitts aus nach innen gerichtete Vorsprünge hat, die im eingebauten Zustand gegen die Vorsprünge des anderen Bogenabschnitts jeweils derart drücken, daß ein zusammenstoßendes Paar an jeder Verbindung eine Kraft erzeugt, die bestrebt ist, einen Spaltspielraum zwischen den Enden der Abschnitte zu vergrößern. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Kolbenring zwei Bogenabschnitte sowie zwei zueinander parallele, geradlinige Abschnitte zwischen den zwei Bogenabschnitten auf, so daß ein länglicher Ring gebildet wird. Im eingebauten Zustand werden beide Enden jedes Bogenabschnitts zwischen den zwei geradlinigen Ab schnitten zusammengepreßt, so daß die beiden Bogenabschnitte die geraden Abschnitte auswärts drücken, um den Abstand zwischen den geraden Abschnitten zu verändern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrteiligen Kolbenring der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art.

Ein solcher, aus der US-PS 24 59 642 bekannter Kolbenring besteht aus drei, zusammen einen Kreis bildenden Ringteilen. Zwischen den jeweils einander zugewandten Stirnseiten der Ringteile ist jeweils eine das elastische Teil bildende Druckfeder vorgesehen, die die Ringteile auseinanderzudrücken trachtet. Dadurch werden die Ringteile auch radial nach außen vorgespannt, um die Dichtwirkung des Kolbenringes an der Mantelfläche des Zylinders zu verbessern.

Aus dem JP-GM 5 41 61 410 ist ein elliptisch ausgebildeter Kolbenring bekannt, der einstückig ist und nahe der kleinen Achse der Ellipse einen Ringspalt hat. Dieser Ringspalt wird beim Anbringen des Kolbenringes an dem Kolben erweitert, um den Kolbenring aufzudchnen, wodurch dieser jedoch häufig beschädigt oder plastisch verformt wird. Außerdem kann dieser bekannte Kolbenring keinen ausreichenden Anpreßdruck nach außen gegen die Mantelfläche des Zylinders ausüben.

Aus der US-PS 20 73 500 ist ein aus zwei übereinanderliegenden Ringteilen gebildeter Kolbenring bekannt, bei dem jeder Teil einen wellblechartig in Achsrichtung des Kolbens nach unten bzw. oben gerichteten Vorsprung hat, der sich an jeweils diametral gegenüberliegenden Stellen der beiden aufeinandergelegten Ringteile in radialer Richtung erstreckt. An der Stelle eines jeden Vorsprunges ist der jeweils andere Ringteil des kreisförmigen Kolbenrings mit einer relativ breiten Trennfuge versehen, wodurch sich in diese der Vorsprung des jeweils einen Ringteils hineinerstrecken kann. Werden mehrere dieser Kolbenringe in eine am Kolben ausgebildete Ringnut eingefügt, so wird auf die Vorsprünge in axialer Richtung eine Einspannkraft ausgeübt, die durch elastische Verformung des Vorsprunges eine Umfangsvergrößerung der Kolbenringe zu bewirken trachtet, wodurch die Umfangsränder der Kol benringe gegen die benachbarte Innenmantelfiäche des Zylinders gedrückt werden.

Aus der US-PS 25 31 296 ist ein kreisförmiger Kolbenring bekannt, der aus zwei Ringteilen besteht, die jeweils an einer ihrer Stirnseiten eine sich in Umfangsrichtung erstreckende äußere Ausnehmung und an ihrer anderen Stirnseile e'ne sich in Unifangsrichtung erstrekkende innere Ausnehmung haben. Die beiden Stirnseiten jedes Ringtcils wirken so miteinander zusammen, daß jeweils eine ä ußere A usnehmung an der einen Stirnseite des einen Ringtcils mit der inneren Ausnehmung an der anderen Stirnseite des anderen Ringteils ineinandergreifen. Mehrere der so gebildeten Kolbenringe werden zur Bildung einer Kolbenringeinhcit übereinandergelegt, wobei die einzelnen Kolbenringe an ihrer In- nenumfangsfiäche im Abstand von jeweils einem Vierteilkreis angeordnete Ausnehmungen haben, in die an der Außenmantelfläche des Kolbens vorgesehene Federn eingreifen, um damit die Kolbenringeinheit radial jo nach außen vorzuspannen, so daß diese damit einen Anpreßdruck auf die Innenmantelfiäche des Zylinders ausübt.

Aus der US-PS 16 96 424 ist ein einstückiger, kreisförmiger Kolbenring bekannt, der einen Ringspalt auf-V) weist, in dem eine den Kolbenring in Umfangsrichtung und damit letztlich auch radial nach außen vorspannende Blattfederanordnung eingesetzt ist.

Aus der DE-OS 30 24 898 ist ein einstückiger, kreisförmiger Kolbenring bekannt, der an einer Stelle eine ihn durchtrennende Ausnehmung hat, die sich etwa kegelstumpfförmig vom Innendurchmesser des Kolbenrings bis zum Außendurchmesser hin verjüngt. In diese Ausnehmung wird ein entsprechend kcgelstumpfförmig ausgebildeter Einsatz eingefügt, der damit die benachharten Stirnseiten des Kolbenringes in Umfangsrich tung auseinander und damit den Kolbenring selbst in radialer Richtung nach außen drückt, um wieder einen entsprechenden Anpreßdruck des Kolbenringes an die Innenmantelfiäche des Zylinders zu erreichen. to Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolbenring der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß er auch bei einer elliptischen oder ovalen Formgebung an den dann geradlinigen Abschnitten und Abschnitten geringer Krümmung des Kolbenringes radial nach außen vorgespannt ist.

Bei einem Kolbenring der genannten Art ist diese Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der ersten Lösung sind an den Stirnseiten der bo Ringteile sich jeweils nach innen erstreckende Vorsprünge vorgesehen, wobei die einander benachbarten Vorsprünge der beiden Ringteile miteinander jeweils in Eingriff treten, um die einzelnen Ringteiie des elliptischen Kolbenringes nach außen zu drücken und damit h5 den Kolbenring möglichst gleichmäßig an die Innenmuniclflachc des Zylinders zu pressen.

Bei der zweiten Lösung ist der elliptisch oder oval ausgebildete Kolbenring in vier Ringteile unterteilt, von

denen zwei Ringteile im wesentlichen bogenförmig und zwei Ringteile im wesentlichen geradlinig ausgebildet sind, die beim Zusammenfügen des Kolbenringes derart aufeinanderwirken, daß alle diese Ringteile radial nach außen gedruckt werden, wodurch wiederum der erforderliche Anpreßdruck des Kolbenringes auf die Innenmantelfläche des Zylinders ausgeübt wii d.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispielc der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Kolbenring im nicht eingespannten Zustand,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit dem Kolbenring aus Fig. 1 im eingespannten Zustand,

F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Teil eines Kolbenringes einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Kolbenring in abgeänderter Ausbildung im eingespannten Zusttnd,

Fig.5 eine Draufsicht auf einen Teil des in Fig.4 gezeigten Kolbenrings im nicht eingespannten Zustand,

F i g. 6 eine Draufsicht auf einen Kolbenring in einer gegenüber F i g. 4 abgewandelten Ausführungsform und

F i g. 7 eine Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Kolbenringes.

Ein Kolbenring 11 ist in F i g. 1 im freien und in F i g. 2 im auf einem Kolben 12 angebrachten, d. h. eingespannten Zustand gezeigt, wobei der Kolben 12 im Schnitt eine elliptische oder gestreckte Ringform hat und in einem entsprechend ausgebildeten Zylinder 13 angeordnet ist. Der Kolbenring 11 ist an einer längs der kleinen Achse der Ellipse verlaufenden Mittellinie in einen rechten und linken Ringteil IM unterteilt, von denen jeder in etwa dem U gleicht. Im freien Zustand erweitert sich, wie Fig. 1 zeigt, der Spalt zwischen zwei geradlinigen Abschnitten 14 eines jeden Ringteils geringfügig nach außen an den Stirnseiten der Ringteile. Im in den Zylinder 13 eingebauten Zustand werden die geradlinigen Abschnitte 14 einwärts gebogen, so daß diese Abschnitte 14 mit ausreichendem Druck in zur kleinen Achse parallelen Richtung gegen die Zylinderwand gepreßt werden. Der Kolbenring 11 hai zwei Ringspaltfugen 15, von denen jede zwischen einem Ende des einen Ringteils und einem Ende des anderen Ringteils ausgebildet ist. Jedes Ende des rechten und linken Ringteils IM ist mit einem einwärts gerichteten Vorsprung 16 versehen, der vom Ende des Ringteils ausgeht und plastisch ist. Wenn der rechte sowie linke Ringteil rund um den Kolben 12 angebracht und vom Zylinder 13 umschlossen sind, so werden die Vorsprünge 16 des rechten sowie ünken Ringteils IM an ihren am weitesten innen liegenden Stellen in jeder der Ringspaltfugen gegeneinander gepreßt, so daß der rechte sowie linke Ringteil lAngs der großen Achse in entgegengesetzte Richtungen gezwungen werden. Die einwärts gerichteten Vorsprünge 16 haben somit das Bestreben, den Kolbenring in Richtung der großen Achse zu dehnen, womit sie einen ausreichend hohen Flächendruck gegen die Zylinderwand in Richtung der großen Achse liefern. Jede der Ringspaltfugen 15 hat einen Spielraum zwischen den Stirnseiten der einander gegenüberliegenden Enden des rechten und linken Ringsteils, und der Spielraum / betragt etwa V₄₀O der Länge der großen Achse des Kolbenrings Ii und dient dazu, eine Wärmedehnung des Kolbenrings zu ermöglichen. Die den Kolbenring 11 aufnehmende Ringnut im Kolben 12 ist mit Vertiefungen 17 versehen, von denen jede ein Paar von aneinanderstoßenden Vorsprüngen 16 des Kolbenrings aufnimmt

Der Kolbenring 11 kann urr. den Kolben 12 herum angeordnet werden, ohne die Ringteile ί \A zu sehr aufzuweiten, so daß die oben erwähnten unerwünschten Wirkungen einer Spannungskonzentration vermieden werden können. Dieser Kolbenring kann sowohl die den Ring längs der großen Achse als auch die den Ring längs der kleinen Achse ausdehnende Kraft liefern, so daß ein ausreichender Flächendruck gegen die Zylinderwand über den gesamten Umfang erhalten werden kann.

Bei der in F i g. 3 gezeigten abgewandelten Ausführungsform des Kolbenrings 11 von F i g. 1 verläuft jeder der einwärts gerichteten Vorsprünge 16 von seiner Ausgangsstelle aus gekrümmt, wobei ein freier Abschnitt 16a gebildet wird, der annähernd parallel zum Abschnitt 16a des gegenüberliegenden Vorsprungs 16 verläuft Durch diese Ausbildung können die gewünschten Dehnungskräfte dauernd ausgeübt werden, selbst wenn der Ringspaltspielraum zwischen den Stirnseiten der Ringteile IM geringfügigen Schwankungen unterliegt, so daß ein solcher Kolbenring einen Abrieb des Zylinders 13 und Maßungenauigkeiten ausgleichen kann.

Bei der Ausführungsform von Fig.4 und 5 ist in F i g. 4 der Kolbenring im am Kolben eingebauten Zustand gezeigt. Der Kolbenring besteht aus zwei Bogenabschnitten 111 — einem linken und einem rechten Bogenabschnitt —, die annähernd halbkreisförmig sind, und aus einem Paar von zwischen den beiden Bogenabschnitten Ul angeordneten geradlinigen Abschnitten

112. Der Abstand zwischen den beiden Stirnseiten eines jeden Bogenabschnittes 111 ist im in F i g. 5 gezeigten freien Zustand größer als im eingebauten Zustand (F i g. 4), in welchem jeder Bogenabschnitt innerhalb des Zylinders unter Druck steht, wobei die Stirnseiten enger aneinander gehalten werden, so daß ein genügend hoher Flächendruck gegen die Zylinderwand erhalten werden kann. Dieser Kolbenring hat vier Ringspaltfugen 113. Jedes Endstück des rechten sowie linken Bogenabschnitts 111 hat ein dünnes Teil lila, dessen Stärke gleich etwa der Hälfte der radialen Stärke des übrigen Ringteils ist. Jedes Endstück der geradlinigen Abschnitte 112 hat ein dünnes Teil 112a mit etwa der halben Stärke des übrigen Teils. An jeder Ringspaltfuge übergreift das dünne Teil 112a des geraden Abschnitts 112 das dünne Teil 11 la des Bogenabschnitts 111, so daß das dünne Teil UIa innenseitig und das dünne Teil 112a außenseitig liegt. Im eingebauten Zustand werden die geradlinigen Abschnitte 112 über die derart ausgestalteten Ringspaltfugen durch die Dehnungskräfte der Bogenabschnitte Ul gegen die Zylinderwand gepreßt, so daß ein ausreichender Flächendruck erhalten wird. An jeder der Ringspaltfugen werden das dünne Teil lila des Bogenabschnitts Ul und das dünne Teil 112a des geraden Abschnitts 112 in direkter Anlage aneinander

gehalten, so daß eine gute Abdichtwirkung erreicht werden kann. Jede der Ringspaltfugen 113 ist mit einem Ringspaltspielraum / versehen, dessen Länge etwa 'Λοο bis etwa V₂Oo der Länge der großen Kolbenringachse beträgt, um eine Wärmedehnung des Kolbenrings aufzunehmen.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Abwandlung ist der Kolbenring noch mit Federn 114 an den Ringspaltfugen 113 ausgestattet, die eine Dehnungskraft in Richtung der großen Kolbenringachse ausüben. Durch diese Federn 114 kann der Flächendruck gegen die Zylinderwand in Richtung dieser großen Kolbenringachse erhöht werden.

Bei der in F i g. 7 gezeigten Ausführungsform ist jedes

Endstück des rechten sowie linken Bogenabschnitts 111 mit einem sich verjüngenden Teil 11 la'und jedes Endstück der geradlinigen Abschnitte 112 mit einem sich verjüngenden Teil 112a'versehen. An jeder Ringspaltfuge 113 untergreift ein sich verjüngendes Teil lila' eines Bogenabschnitts 111 ein sich verjüngendes Teil 112a'eines geraden Abschnitts 112, so daß das sich verjüngende Teil Ula'innenseitig und das sich verjüngende Teil 112a'außenseitig liegt. Bei diesem Kolbenring liefern die Dehnungskräfte der Bogenabschnitte Kraftkomponenten, die in Richtung der großen Kolbenringachse in der gleichen Weise wie die Federn 114(Fi g. 6) wirken. Damit wird ein genügend hoher Flächendruck gegen die Zylinderwand in Richtung der großen Achse erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

25

30

J5

40

45

50

55

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrteiliger Kolbenring, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit elastischen Teilen zwischen den Stirnseiten der einzelnen Ringteile, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring elliptisch ausgebildet ist und daß die elastischen Teile nach innen gegeneinander gerichtete Vorsprünge (16) der Ringteile (UA) sind, die im eingespannten Zustand innerhalb des Innendurchmessers des Kolbenringes an ihren freien Enden aneinanderstoßen.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung des Kolbenringes innerhalb eines der großen Achse zugeordneten Umfangsteiles (14) vorgesehen ist.

3. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, cadurch gekennzeichnet, daß jeder nach innen gerichtete Vorsprung (16) der Ringteile (UA) einen gekrümmt verlaufenden, von der jeweiligen Siirnseite des Ringteils ausgehenden Abschnitt und einen von letzterem aus weiter nach innen verlaufenden geraden und im eingespannten Zustand zur kleinen Achse parallelen Abschnitt (\6A) aufweist und daß im eingespannten Zustand jeder der geraden Abschnitte des einen Ringteils mit dem benachbarten geraden Abschnitt des jeweils anderen Ringteils in Berührung steht.

4. Mehrteiliger Kolbenring, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit elastischen Teilen zwischen den Stirnseiten der einzelnen Ringteiie, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring oval mit parallelen Zwischenstücken (112) ausgebildet ist und daß die Bogenabschnitte (Ul) des Kolbenringes radial nach außen vorgespannte, das Zwischenstück (112) untergreifende Teile (111 a, 111 a'^aufweisen.