DE4416258C2 - Vorrichtung zum Herstellen von unrunden Kolbenringen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von unrunden Kolbenringen aus einem Metallstrang, bestehend aus einer Zuführeinrichtung und einer Biegeeinrichtung, welche eine feststehende Führungsanordnung und ein bewegliches Umlenkglied aufweist, welches dem zugeführten Metallstrang eine Kontur mit sich kontinuierlich ändernder Krümmung erteilt.

Es ist bereits bekannt, Kolbenringe aus einem Metallstrang, insbesondere einem Stahlband, auf einem Biegeautomaten herzustellen. Zur Herstellung von Kolbenringen, welche ein Präzisions-Bauteil mit äußerst geringen Toleranzen darstellen, werden derzeit verschiedene Theorien und Verfahren angewendet. Aus der Literatur sind verschiedene Theorien bekannt, die das elastische und plastische Verhalten des Kolbenringes beim Biegen berücksichtigen.

Die EP 0 157 537 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von unrunden Kolbenringen. Das Stahlband wird über zwei feststehende Führungen zu einer verstellbaren Führung geleitet, die dem Stahlband eine bestimmte Krümmung erteilt, welche die stärkste für einen fertigen Kolbenring erforderliche Krümmung darstellt. Zur Änderung auf andere Krümmungen, d. h. auf andere Kolbenringdurchmesser kann diese Führung zwischen den einzelnen Arbeitsgängen verstellt werden. Auf den weiteren Laufweg des Stahlbandes gelangt dies zu einer auf einer Welle exzentrisch angeordneten Rolle, die dazu dient, die Krümmung des von der verstellbaren Führung erzeugten Stahlbandes zu verringern. Es wird auf diese Weise zunächst ein Rundwickeldurchmesser erzeugt, der mit Hilfe der exzentrisch angeordneten Rolle vergrößert wird, um so auf eine Unrundkontur zu gelangen. Nach Beendigung dieser Formgebung werden die Kolbenringe einem Härteprozeß unterzogen. Beim Biegen des Kolbenringes auf den Rundwickeldurchmesser werden im Material sehr starke Spannungen erzeugt, die beim anschließenden Aufziehen auf den Unrunddurchmesser reduziert werden. Es hat sich nun aber gezeigt, daß am Umfang des Kolbenringes unterschiedliche Restspannungen verbleiben. Diese schwankenden Restspannungen führen zu Konturfehlern, d. h. zu Undichtigkeiten im Motor. Der Ring liegt über dem Umfang nicht lichtspaltdicht an der Zylinderwand an. Um die Restspannungen wenigstens über den Umfang zu vergleichmäßigen, ist bei der Herstellung von Kolbenringen gemäß letztgenannter Schrift das Verhältnis von Rundwickeldurchmesser zum mittleren Unrunddurchmesser möglichst klein zu wählen. Das bedeutet, der Kolbenring muß möglichst weit aufgebogen werden bei möglichst kleinem Rundwickeldurchmesser. Bei hochlegierten Stählen mit geringer Bruchdehnung ist aber ein kleines Wickelverhältnis kaum zu erreichen, da das Material beim Aufziehen oder bereits schon beim Rundwickeln sehr schnell bricht.

Die DE 28 38 128 C3 betrifft eine eingangs bezeichnete Vorrichtung, bei der die Kolbenringe direkt auf die endgültige Unrundkontur gebogen werden. Bei dieser Vorrichtung wird auf Erzeugung eines Vorwickeldurchmessers verzichtet, um in einem Schritt direkt die endgültige Kolbenringform zu erzeugen. Aufgrund des elastischen Verhaltens des Materials ist diese Verfahrensweise nur schwer beherrschbar, darüber hinaus sind ebenfalls ungleichmäßige Spannungen über den Umfang des Kolbenringes vorhanden. Bei der nach dem Wickeln durchzuführenden Wärmebehandlung verursachen diese einen Verzug des Ringes mit der Folge, daß ebenfalls eine große Konturungenauigkeit sich ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von unrunden Kolbenringen zu schaffen, mit der die Konturgenauigkeit beim Wickeln verbessert wird, wobei die Einsatzmöglichkeit im Hinblick auf hochlegierte Stähle erweitert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmals des Patentanspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch dokumentiert.

Auf diese Weise wird nicht ein vorbestimmter Vorwickeldurchmesser erzeugt, vielmehr wird bereits eine unrunde Vorwickelkontur erzeugt, die anschließend im Bereich der beweglichen Führung auf die endgültige Kontur aufgezogen wird. Das heißt, der Metallstrang wird unrund vorgebogen und unrund aufgezogen. Die entsprechenden Unrundbewegungen können durch mechanische Kopierbewegungen oder durch NC-Achsen eingeleitet werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann mit der neuen Vorrichtung das Verhältnis zwischen Vorwickelkontur und Fertigkontur beim Biegevorgang möglichst groß gewählt werden, so daß wesentlich geringere Spannungen im Material entstehen. Die Verformung des Metallstranges erfolgt in einem Bereich konstanter Rückfederungsraten. Die Unrundkontur des fertigen Ringes ist damit wesentlich genauer erzeugbar.

Da die Materialbeanspruchung beim Wickeln des Metallstranges auf ein Minimum reduziert wird, können nunmehr auch hochlegierte Stähle mit einem Chromanteil größer 13% zum Einsatz gelangen, ohne daß eine Bruchgefahr gegeben ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß beim Nitrieren des gebogenen Metallstranges der Arbeitsgang "Spannungsfreiglühen" entfallen kann, da aufgrund der minimalen Restspannungen ein Verzug beim Nitrieren nicht erfolgt.

Die Erfindung ist anhand einer Prinzipskizze in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:
Die Vorrichtung 1 besteht aus einer Zuführeinrichtung 2 für den Metallstrang 3 und einer Biegeeinrichtung mit einer feststehenden Führungsanordnung in Form der Rollen 4, 4′ und einem beweglichen Umlenkglied in Form der Rolle 5. Die Biegeeinrichtung besteht demnach aus den Rollen oder Walzen 4, 4′, 5. In dieser Biegeeinrichtung wird der Metallstrang über das bewegliche Umlenkglied unrund vorgebogen, indem die Rolle 5 in Richtung der Rolle 4 bewegt wird, und zwar derart, daß der zugeführte Metallstrang 3 eine Krümmung erfährt, die kontinuierlich sich verändert; so werden die Krümmungsradien r, r′, r′′ beispielsweise in Laufrichtung zunehmend kleiner. Hinter der Biegeeinrichtung 4, 4′, 5 ist eine bewegliche Führung 6 in Form einer Rolle angeordnet. Die Führung 6 wirkt radial auswärts auf den Metallstrang 3, derart, daß die Krümmung des Metallstranges 3 kontinuierlich verringert wird. Die Krümmungsradien R, R′, R′′ werden entsprechend in Laufrichtung des Metallstranges 3 größer. Die Bewegung der Rollen 5, 6 kann über mechanische Nockensysteme oder elektronische Systeme erfolgen. Es ist auch möglich, die Biegeeinrichtung so auszubilden, daß die Rolle 5 als feststehende Führung und die Rolle 4 als bewegliches Umlenkglied gebildet ist.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Herstellen von unrunden Kolbenringen aus einem Metallstrang, bestehend aus einer Zuführeinrichtung und einer Biegeeinrichtung, welche eine feststehende Führungsanordnung und ein bewegliches Umlenkglied aufweist, welches dem zugeführten Metallstrang eine Kontur mit sich kontinuierlich ändernder Krümmung erteilt, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Umlenkglied (5) eine bewegliche Führung (6) angeordnet ist, welche die vom Umlenkglied erzeugte Krümmung kontinuierlich verringert, wobei die Bewegung der Führung mit der Bewegung des Umlenkglieds gekoppelt ist, so daß die Differenz zwischen den Krümmungsradien (r, r′, r′′) im Bereich des Umlenkgliedes und den Krümmungsradien (R, R′, R′′) im Bereich der Führung konstant ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (6) als Rolle ausgebildet ist.