DE3600839C2 - Ölring mit verminderter Starrheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölring gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Dreiteilige Ölringe, die ein Paar von durch einen Spreizring getrennten Seitenringen umfassen und bei de­ nen der in Umfangsrichtung sich erstreckende Spreizring mit radial gerichteten Wellungen versehen ist, sind be­ kannt. Bei diesem Spreizring sind an beiden umlaufenden Kanten der radial innenliegenden Teile des Spreizrings in axialer Richtung vorstehende Seitenring-Anlageteile ausgebildet, die mit den Innenumfangskanten der beiden Seitenringe in Anlage sind, so daß die Federkraft des Spreizrings auf die Seitenringe zu deren Erweiterung über­ tragen wird, womit die beiden Seitenringe in eine Gleit­ anlage mit einer Zylinderbohrungswand gedrückt werden.

Bei dem zusammengesetzten Ölring, der den oben erwähnten radial gewellten Spreizring enthält, müssen sich, um das Seitenringpaar mit der Wandfläche der Zylinderbohrung wäh­ rend der Hin- und Herbewegung des Kolbens in Anlage zu bringen, die Seitenring-Anlageteile des Spreizrings über die Länge der Zylinderbohrungswand in einer radialen Rich­ tung bewegen. Da der Spreizring selbst eine Starrheit be­ sitzt, bewirken jedoch die an entgegengesetzten Seiten oder Kanten von flachen, radial innenliegenden Teilen des Spreizrings ausgebildeten Seitenring-Anlageteile eine Ver­ formung untereinander. Auch haben typische Zylinderbohrun­ gen nicht perfekt zylindrische, in Achsrichtung verlaufende Wände, so daß während der Hin- und Herbewegung des Kolbens ein Kolbenschlackern (eine seitliche Bewegung des Kolbens) hervorgerufen wird. Deshalb kann der eine der beiden Seiten­ ringe mit der Bohrungswand in Berührung kommen, während der andere das nicht tut. Das Ergebnis ist ein Anstieg im Ölverbrauch.

Da dieses Problem darauf zurückzuführen ist, daß das Seiten­ ring-Anlageteil auf der einen Seite des Spreizrings vom gegenüberliegenden Seitenring-Anlageteil verformt wird, wurden in verschiedenen Erfindungen Vorschläge gemacht, um die Starrheit des Spreizrings zu vermindern oder seine Flexibilität zu erhöhen. So offenbart beispielsweise die JP-GM-Veröffentlichung 57-38 956 einen zusammenge­ setzten Ölring, bei dem sowohl vom oberen wie vom unteren Teil des Spreizrings Federarme ausgehen, deren Spitzen oder Enden eine Innenfläche eines Seitenrings berühren, während ein Mittelteil des Seitenrings durch eine Wellung des Spreizrings abgestützt wird.

Weil bei diesem zusammengesetzten Ölring ein Seitenring- Anlageteil eine sehr geringe Starrheit hat, empfängt ein Seitenring-Anlageteil auf der einen Seite des Spreizrings von dem gegenüberliegenden Seitenring-Anlageteil einen ge­ ringen verformenden Einfluß. Da jedoch das Ring-Anlageteil über eine relativ große Strecke verläuft, ist es schwierig, das Ring-Anlageteil in einer planen Gestalt auszubilden. Auch kann, wenn die Starrheit des Ring-Anlageteils zu gering ist, auf Grund einer Resonanzerscheinung bei hohen Motordreh­ zahlen ein Flattern oder Vibrieren auftreten, was einen Anstieg im Ölverbrauch zur Folge hat.

Die JP-Gm-Veröffentlichung 59-107 952 offenbart einen zusammengesetzten Ölring, bei dem die beiden Seitenringe selbst eine geringe Starrheit aufweisen. Durch das alleini­ ge Schwächen der Starrheit oder Steifigkeit des Seitenring­ paars kann jedoch ein zuverlässiges Folgen der beiden Sei­ tenringe längs der Wand der Zylinderbohrung im Fall einer großen Schwankung im Zwischenraum zwischen Kolben und der Wand der Zylinderbohrung nicht erhalten werden.

Aus der Druckschrift US-A-3 342 476 ist eine Konstruktion eines Ölrings gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Gemäß der in dieser Druckschrift beschriebenen und gezeigten Konstruktion des Spreizrings sind die Anlageabschnitte 4 des Spreizrings radial nach innen gebogen und ihre Ecken radial nach innen zum Kolben hin abgeknickt. Die dabei entstehenden Knickstellen zwischen dem gewölbten mittigen Abschnitt des Abschnitts und den Ecken bilden die Seitenring-Anlageteile des Spreizrings.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ölring zu schaffen, bei dem jeder der beiden Seitenringe im Betriebszustand unabhängig vom anderen Seitenring der Wandfläche der Zylinderbohrung folgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 sind die Seitenring-Anlageabschnitte durch Ausbilden einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung an einer in Umfangsrichtung mittigen Stelle eines jeden Seitenring-Anlageteils ausgestaltet, wobei die Ausnehmung eine axiale Erstreckung hat, die tiefer ist als die axiale, über den Grundkörper des Spreizrings vorragende Erstreckung eines jeden Seitenring-Anlageteils. Als Ergebnis dessen kann jeder der beiden Seitenringe im Betrieb des Motors einer Wandfläche der Zylinderbohrung unabhängig vom anderen Seitenring fol­ gen, und das ist in jedem Betriebszustand des Motors und bei irgendeiner Genauigkeit in der Zylindergestalt oder -ausbildung einer Zylinderbohrung der Fall.

Der erfindungsgemäße Ölring löst die oben genannte Aufgabe und ist dazu vorgesehen, in einer in einem Kolben, der für eine Hin- und Herbewegung in einen Zylinder einge­ setzt ist, ausgebildeten Ölringnut angeordnet zu werden. Der Ölring gemäß der Erfindung umfaßt ein Paar von Seiten­ ringen sowie einen zwischen diesen befindlichen Spreizring, der die Seitenringe erweitern oder spreizen soll. Der Spreiz­ ring verläuft in Umfangsrichtung und weist Wellungen in radialer Richtung auf. An axial gegenüberliegenden Kanten der radial innenliegenden Teile ist der Spreizring mit Seitenring-Anlageteilen versehen, die als paarweise Seiten­ ring-Anlageabschnitte innerhalb einer Teilung der Wellun­ gen, d. h. eines Wellentals, an jeweils gegenüberliegenden Kanten des Spreizrings ausgestaltet sind. Die paarweisen Seitenring-Anlageabschnitte werden dadurch gebildet, daß ein in axialer Richtung verlaufender Einschnitt oder eine Kerbe an einer in Umfangsrichtung mittigen Stelle eines jeden Seitenring-Anlageteils ausgestaltet wird. Der Ein­ schnitt oder die Ausnehmung hat eine gegenüber der axialen Er­ streckung des Seitenring-Anlageteils größere axiale Länge.

Bei diesem Ölring kann im Spreizring ein zusätzlicher Satz von Einschnitten (Ausnehmungen) vorgesehen sein, die sich - in Umfangsrichtung gesehen - beidseits außerhalb der beiden Seitenring-Anlageabschnitte in axialer Richtung in den Spreizring erstrecken.

Da bei einem Ölring dieser Konstruktion ein Seitenring- Anlageteil von genereller oder gängiger Größe in seiner Umfangsrichtung in zwei Seitenring-Anlageabschnitte durch die axial verlaufende Ausnehmung geteilt ist und weil die­ se Ausnehmung eine tiefere Erstreckung in den Spreizring hinein hat, als die Höhe oder axiale Erstreckung eines je­ den Seitenring-Anlageteils beträgt, werden die beiden paar­ weisen Seitenring-Anlageabschnitte an der Ober- sowie Unterkante des Spreizrings individuell in ihrer Starrheit herabgesetzt. Das hat zum Ergebnis, daß der eine zweitei­ lige Seitenring-Anlageabschnitt leicht eine Bewegung in der radialen Richtung ausführen kann, ohne einen großen verformenden Einfluß auf den eigentlichen Spreizringkörper und auf die zweiteiligen Seitenring-Anlageabschnitte auf der gegenüberliegenden Seite des Spreizrings auszuüben. Deshalb kann jedes Paar von Seitenring-Anlageabschnitten an der Ober- sowie Unterseite des Spreizrings jeden Seiten­ ring unabhängig belasten und einem Druck aussetzen. Der obere und der untere Seitenring können jeweils der Wandflä­ che einer Zylinderbohrung in jedem Betriebszustand des Motors ohne Schwierigkeiten folgen, so daß eine Erhöhung im Ölverbrauch verhindert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 5 definiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine abgebrochene Seitenansicht eines Spreizrings für einen Ölring in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Querschnitt des Ölrings der ersten Ausführungs­ form mit an diesen angrenzenden Bauteilen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Spreizring bei dem Ölring gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf den Spreizring von Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Seitenring eines Ölrings in der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 eine abgebrochene Seitenansicht eines Spreizrings für einen Ölring in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Ölring gemäß der ersten Ausführungsform und eine Darstellung zur Erläuterung der Messung einer Verlagerung S1 von einem der beiden Seitenringe sowie einer Verlagerung S2 des anderen der beiden Seitenringe bei der ersten Ausführungs­ form;

Fig. 8 ein Kurvenbild über die Beziehung zwischen den Verla­ gerungen S1 und S2 gemäß dem Meßvorgang von Fig. 7 für den erfindungsgemäßen (Kurve A) und einen her­ kömmlichen (Kurve B) Ölring.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist ein Ölring 1 in einer Ölringnut 2, die in einem in einen Zylinder 4 einer Brennkraftmaschi­ ne eingebauten sowie darin hin- und herbewegbaren Kolben 3 ausgebildet ist, angeordnet.

Der Ölring 1 besteht aus zwei Seitenringen 5a und 5b, die in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, und einem zwischen den beiden Seitenringen 5a, 5b befindlichen Spreiz­ ring 6, durch dessen Federkraft die Seitenringe erweitert oder gespreizt werden.

Gemäß Fig. 5 ist jeder Seitenring 5a, 5b aus einem elasti­ schen, ringförmigen Metallstreifen gebildet, dessen beide Enden aneinanderstoßen können, wobei an der Stoßstelle ein Spalt 7 vorhanden ist.

Der Spreizring 6 wird von einem ringförmigen Metallstreifen, dessen Enden 9 an der Stelle 8 auf seinem Umfang aneinander­ stoßen, gebildet. Der in Umfangsrichtung sich erstreckende Spreizring 6 weist in radialer Richtung verlaufende Wellun­ gen W auf, wobei die Wellenberge mit einer Teilung X be­ stimmt sind. Die in Vielzahl vorhandenen, radial innenlie­ genden Teile 10 der Wellungen, d. h. die Wellentäler, sind flach, während die ebenfalls in Vielzahl vorhandenen, radial außenliegenden Teile 11 der Wellungen, d. h. die Wellenberge, gebogen ausgebildet sind. An den radial innenliegenden Tei­ len 10 sind beidseits axial gerichtete Seitenring-Anlage­ teile 12 ausgestaltet, die in Achsrichtung mit vorgegebe­ ner Länge Vorstehen. Die radial außenliegenden Flächen der Seitenring-Anlageteile 12 sind mit den radial innenliegenden Kanten der beiden Seitenringe 5a, 5b in Berührung und über­ tragen die Dehnkraft des Spreizrings 6 auf den jeweiligen Seitenring 5a bzw. 5b.

Die Seitenring-Anlageteile 12 sind als paarweise Seiten­ ring-Anlageabschnitte 12a innerhalb einer Teilung X oder eines Abstands X der Wellenberge an axial gegenüberliegen­ den Kanten ausgebildet. Diese Anlageabschnitte 12a sind da­ durch entstanden, daß eine Ausnehmung 13, die sich in Achsrichtung erstreckt, an einer in Der Umfangsrichtung mittigen Stelle eines Seitenring-Anla­ geteils 12 ausgestaltet wird. Die axiale Erstreckung H der Ausnehmung 13 ist tiefer als die axiale Erstreckung oder Höhe h eines Seitenring-Anlageteils 12. Die Ausnehmung 13 hat eine U-Form, d. h., sie hat zwei parallele, gerade Seiten­ kanten 13a und eine diese Kanten verbindende, im Spreiz­ ring liegende abgerundete Kante 13b.

Bei der in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsform ist der Spreizring 6 mit zusätzlichen Ausnehmungen 14 versehen, die sich - in Umfangsrichtung gesehen - beidseits der beiden Seitenring-Anlageabschnitte 12a in axialer Rich­ tung erstrecken und ebenfalls U-förmig mit zwei parallelen, geraden Seitenkanten 14a sowie einer diese verbindenden, abgerundeten Kante 14b ausgebildet sind. Die axiale Erstreckung dieser zusätzlichen Ausnehmungen 14 ist geringer als die Erstreckung H der Ausnehmungen 13.

Die paarweisen Seitenring-Anlageabschnitte 12a sind auf beiden Seiten des Spreizrings 6 nach innen hin - also zur Achse des Spreizrings hin - geneigt, so daß sie eine Vorspan­ nung zur Wandung der Zylinderbohrung 4 hin haben. Die Sei­ tenringe 5a, 5b übertragen die vom Spreizring 6 ausgeübte Dehnkraft zur Wandung der Zylinderbohrung und zusätzlich einen Teil der Dehnkraft zu der oberen sowie unteren Seiten­ fläche 2a und 2b der Ölringnut 2.

Der Ölring in der ersten Ausführungsform gemäß der Erfin­ dung zeigt die folgenden Wirkungen.

Da jeweils ein Seitenring-Anlageteil 12 durch die Ausnehmung 13 in zwei Seitenring-Anlageabschnitte 12a geteilt ist, wird die Starrheit dieser Anlageabschnitte 12a in der radia­ len Richtung im Vergleich zur Starrheit des einen Seiten­ ring-Anlageteils 12 in derselben Richtung, d. h. im Vergleich zu einem Anlageteil 12, das keine Ausnehmung hat, vermindert. Weil die Erstreckung der Ausnehmung 13 größer ist als die Höhe oder Erstreckung h des Anlageteils 12 in der axialen Rich­ tung, sind die Anlageabschnitte 12a mit dem Hauptteil des Spreizrings 6 in relativ schwacher Beziehung verbunden. Da ferner die zusätzlichen Ausnehmungen 14 außenseitig der beiden Seitenring-Anlageabschnitte 12a eingeschnitten sind, werden die Starrheit oder Steifigkeit dieser Anlageabschnitte 12a und die Verbindung zwischen den Anlageabschnitten 12a sowie dem Hauptteil des Spreizrings 6 weiter vermindert bzw. schwächer gemacht.

Deshalb verformt sich jeder der beiden Seitenring-Anlage­ abschnitte 12a an den Seitenkanten des Spreizrings 6 unab­ hängig sowie in leichter Weise, wobei aber die Kraft, die von dem einen Seitenring 5a auf den einen der beiden Sei­ tenring-Anlageabschnitte 12a einwirkt, nur schwach oder gar nicht auf den gegenüberliegenden paarweisen Seitenring- Abschnitt 12a übertragen wird. Das hat zum Ergebnis, daß jeder Seitenring 5a, 5b leichter und unabhängig durch die Federkraft eines jeden paarweisen Seitenring-Anlageab­ schnitts 12a an den Kanten des Spreizrings in der axialen Richtung gegen die Wandung der Zylinderbohrung 4 gedrückt wird und dieser bei der Hin- und Herbewegung folgt.

Da beide Seitenringe 5a, 5b glatt und schwierigkeitslos mit der Wandung der Zylinderbohrung 4 in Anlage sind, wird an dieser Wandung haftendes Öl leichter abgestreift, so daß selbst bei einem Kolbenschlackern oder bei verminderter Zylindrizität der Zylinderbohrung 4 der Ölverbrauch herab­ gesetzt wird.

Die erzielten, oben genannten Wirkungen werden auch aus dem unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 erläuterten Meßvorgang deutlich.

Die Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Messung bei dem Ölring 1, auf den eine normale Dehn- oder Spreizkraft P wirkt. Wenn einer der paarweise vorhandenen Seitenringe 5a, 5b einem Druck in radialer Richtung ausgesetzt wird, so wird der andere dieser Seitenringe in radialer Richtung verformt. Mit S2 ist eine Verlagerung eines paarweisen Seitenring- Anlageabschnitts 12a an der einen Seite des Spreizrings 6 in der axialen Richtung, auf den der Seitenring 5b unmit­ telbar einwirkt, und mit S1 ist eine Verlagerung des paar­ weisen Seitenring-Anlageabschnitts 12a an der gegenüberlie­ genden Spreizringkante, auf den die Kraft nicht unmittelbar einwirkt, bezeichnet.

Die Fig. 8 zeigt eine Beziehung der radialen Verlagerungen S1 und S2 bei dem Meßvorgang von Fig. 7, wenn sich die Kraft P ändert. Hierbei gibt die Kurve A die Verlagerungen bei dem erfindungsgemäßen Ölring im Vergleich zur Kurve B, die die Verlagerungen eines herkömmlichen zusammengesetz­ ten Ölrings ohne Ausnehmungen zeigt, wieder.

Wenn ein Spreizring und ein Seitenring-Anlageteil des Spreiz­ rings völlig starr oder steif sind, dann wird S1 gleich S2 sein. Da jedoch im vorliegenden Fall der Spreizring und das Seitenring-Anlageteil nicht völlig starr sind, werden sie in Übereinstimmung mit der einwirkenden Kraft P ver­ formt. Wie die Fig. 8 zeigt, ist für den Fall der erfindungs­ gemäßen Ausführungsform die Kennkurve A der Verlagerung S1 des paarweisen Seitenring-Anlageabschnitts 12a an der einen Spreizringkante gegenüber der Verlagerung S2 des paar­ weisen Seitenring-Anlageabschnitts an der gegenüberliegen­ den Spreizringkante niedriger oder flacher als die Kennkur­ ve B für den herkömmlichen Ölring. Das bedeutet, daß die paarweisen Seitenring-Anlageabschnitte 12a und der Seiten­ ring 5a auf der einen Seite des Spreizrings 6 einen geringe­ ren verformenden Einfluß vom paarweisen Seitenring-Anlage­ abschnitt 12a sowie vom Seitenring 5b auf der gegenüberlie­ genden Spreizringseite empfangen. Deshalb können beide Sei­ tenringe 5a und 5b unabhängig voneinander in Anlage an der Wandung der Zylinderbohrung 4 dieser folgen, womit natür­ lich eine erhebliche Verringerung des Ölverbrauchs erzielt wird.

Die in Fig. 6 gezeigte zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in ihrem Aufbau im wesentlichen der ersten Ausführungsform gleich, die Ausnahme besteht nun darin, daß bei der zweiten Ausführungsform zusätzliche Ausnehmungen oder Einschnitte 14 in keiner Weise vorgesehen sind.

Selbst wenn nur eine Ausnehmung 13 in jedem Seitenring-Anlageteil 12 vorhanden ist, so wird die Starrheit der Seitenring- Anlageabschnitte 12a im Vergleich zu einem herkömmlichen zusammengesetzten Ölring vermindert, womit die Leistung der an der Bohrungswand anliegenden, hin- und hergehenden Seitenringe verbessert und damit der Ölverbrauch vermindert wird.

Claims (5)

1. Ölring, der in einer Ölringnut eines in einer Zy­ linderbohrung hin- und herbewegbar geführten Kolbens an zuordnen ist, mit einem Paar von axial beabstandeten Seitenringen (5a, 5b), von denen jeder eine radial außenliegende, mit der Wandung der Zylinderbohrung in Anlage befindliche Kante sowie eine dieser in radialer Richtung gegenüberliegende, in der Ölringnut befindliche innere Kante hat, und mit einem die Seitenringe ab­ stützenden Spreizring (6), der sich in Umfangsrichtung erstreckt sowie radial gerichtete Wellungen aufweist und mit axial über den Grundkörper des Spreizrings vorragen­ den Seitenring-Anlageteilen versehen ist, deren jedes an axial gegenüberliegenden Kanten der radial innenliegen­ den Teile (Wellentäler) des Spreizrings einstückig aus­ gestaltet ist, sich in axialer Richtung erstreckt sowie mit der radial inneren Kante eines jeden der beiden Sei­ tenringe in Berührung ist und die Seitenring-Anlageteile (12) jeweils paarweise Seitenring-Anlageabschnitte an den axial über den Grundkörper des Spreizrings vorragen­ den gegenüberliegenden Seitenkanten des Spreizrings (6) innerhalb einer Teilung (X) der Wellungen (W) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenring-Anlageabschnitte (12a) durch Aus­ bilden einer in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmung (13) an einer in Umfangsrichtung mittigen Stelle eines jeden Seitenring-Anlageteils (12) ausgestaltet sind und daß die Ausnehmung (13) eine axiale Erstreckung (H) hat, die tiefer ist als die axiale, über den Grundkörper des Spreizrings vorragende Erstreckung (h) eines jeden Sei­ tenring-Anlageteils (12).

2. Ölring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenring-Anlageabschnitte (12a) eine axiale Ausrichtung sowie eine radial zur Spreizringachse hin gerichtete Neigung aufweisen.

3. Ölring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Umfangsrichtung beidseits der paarwei­ sen Seitenring-Anlageabschnitte (12a) jeweils wenigstens eine axial gerichtete weitere Ausnehmung (14) ausgebil­ det ist.

4. Ölring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (13) U-förmig ausgebildet ist und zwei in axialer Richtung verlaufende, gerade, parallele Seitenkanten (13a) sowie eine diese am Grund der Ausnehmung verbindende, abgerundete Kante (13b) im Spreizring (6) aufweist.

5. Ölring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Ausnehmungen (14) U- förmig ausgebildet sind und zwei in axialer Richtung verlaufende gerade, parallele Seitenkanten (14a) sowie eine diese am Grund der Ausnehmung verbindende, abgerun­ dete Kante (14b) im Spreizring (6) aufweisen.