DE584404C - Kolbendichtung, insbesondere fuer Pulverbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Bur. Ind. Eigendom

. 19 OCT. 1933

AUSGEGEBEN AM
19. SEPTEMBER 1933

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Zusammenstellung von im einzelnen bekannter Formen von Kolbenringen zu einer insbesondere für Pulverbrennkraftmaschinen geeigneten Kolbendichtung, bei der mindestens zwei Kolbenringe in einer gemeinsamen Nut liegen.

Bei der bekannten Anordnung zweier Kolbenringe in einer gemeinsamen Nut hat man die Stoßstellen beider Ringe entweder beide radial zur Kolbenachse (wie Nut ίο, Abb. 2) oder beide Stoßstellen der zwei Ringe parallel zur Kolbenachse (wie Nut 5 und 4, Abb. 2) ausgeführt.

Beide Ausführungen dichten die Arbeitsgase der Druckseite nicht richtig nach außen ab, denn bei radial geschlitzten Doppelringen finden' die Druckgase den Weg nach dem hinteren Ringraum 23 (Abb. 4) frei in der radialen Stoßfuge des oberen Ringes. Falls nun der untere Ring ebenfalls radial geschlitzt ist, so strömen die Druckgase vom aufgefüllten Ringraum 23 ohne wesentliche Abbremsung durch die radiale Stoßfuge des unteren Ringes nach dem nächsten äußeren Ringraum 24 ab.

Wenn aber nach jener zweiten bekannten Bauart der obere Doppelring die parallele Stoßfuge 4, 5 (Abb. 2) besitzt, strömt der abzudichtende Arbeitsdruck durch 5 auf die Dichtzunge 2 und hebt dieselbe von der vorderen Dichtzunge 3 ab. Der hintere Ringraum 23 füllt sich also ebenfalls mit dem Arbeitsdruck von 21 aus auf. Dann verschließt die parallele Stoßfuge des unteren Dichtringes 1 dem Überdruck in 23 seinen Ausströmweg nach 24. Durch das Abheben der Dichtzuge 2 wird aber auch der ganze die Dichtzunge 2 tragende Endteil des vollen Kolbenringes etwas von der Zylinderwand mit abgehoben. An dieser Abhubstelle preßt sich dadurch Asche zwischen diesen Ring und der Zylinderwand ein. Diese Asche verhindert das dichte Anliegen des Ringes und wirkt außerdem schleifend. Durch diese undichten Stellen fegen allmählich immer mehr mit Asche beschwerte Druckgase durch, so daß sich diese Leckstellen selbsttätig in steigendem Maße ausschleifen und erweitern.

Die Erfindung besteht nun darin, daß der mit einer Stoßfugenfläche radial zur Hubachse ausgeführte Kolbenring auf der Druckseite und der mit einer Stoßfugenfläche parallel zur Hubachse ausgeführte Ring auf der der Druckseite abgekehrten Seite der Nut angeordnet wird. Diese- Vereinigung zweier Kolbenringe in einer Nut hält die Arbeitsgase vollkommen auf dem Abstömweg vom Druckraum nach außen auf. Die ausschleifende Wirkung der staubhaltigen Undichtigkeitsströme auf das Metall wird 'also vermieden und dadurch eine längere Haltbarkeit der Laufflächen und Verbilligung des Betriebes erzielt. Diese neue Kombination hat aber außerdem den besonderen Vorteil, daß sie auf dem entgegengesetzten Weg die ein-

gedrungenen Druckgase aus dem hinteren Ringraum 23 (Abb. 4) fast unbehindert und schnell wieder nach dem Feuerraum abströmen läßt, wenn der Auspuffhub einsetzt und der Kolben wieder von unten nach oben die Auspuffgase ausschiebt.

Die Kolbenringe und die Laufseele nutzen sich nämlich hauptsächlich dadurch ab, daß die Kolbenringe von ihrem hinteren Ringraum 23 durch Undichtigkeiten Überdruck bekommen, welcher diese Ringe an die Zylinderwand anpreßt. Um nun die Abnutzung möglichst klein zu machen, muß dieser Überdruck vom Hinterraum möglichst schnell und X5 unabgebremst am Ende der Expansion bei Beginn des Ausschubhubes nach dem Zündraum zu durch alle Kolbenringe abströmen können. Das läßt sich aber nur erreichen, wenn der obere Doppelring durch radialen ao Stoß mit dem Zündraum der Maschine in nahezu offener Verbindung bleibt.

Man wird stets mehrere Kolbennuten übereinander anwenden und schafft dadurch zwischen ihnen auch äußere Ringräume, welche also zwischen Zylinderwand und Kolben und dem unteren Doppelring der höher liegenden Kolbennut und dem oberen Doppelring der nächstfolgenden Kolbennut begrenzt werden. Die Doppel ringe einer Kolbennut müssen also als selbsttätig arbeitende Absperrückschlagorgane ausgebildet sein; sie müssen sich durch die hochgespannten nach außen strebenden Zündgase schließen und ihnen den Weg versperren, andererseits aber die Undichtgasdrücke jener äußeren Ringräume möglichst ungehindert beim Kolbenrückgang, also währen des Auspuffhubes, nach dem Arbeitsraum zu wieder zurückströmen lassen. Diese Forderung erfüllten aber nur dann die Doppelringe, wenn sie nach der vorliegenden Erfindung beim oberen Doppelring, welcher also nach dem Arbeitsraum zu in der Kolbennut liegt, durch radialen Stoß immer in nahezu offener Verbindung nach dem Zünddruckraum zu stehen, während der untere Doppelring durch seine Federzunge 2 (Abb. 2 und 9) als selbsttätiges Rückschlagorgan die nach unten zu strömenden Zünddruckgase abschließt, sie aber andererseits aus dem äußeren Ringraum nach dem Arbeitszylinder zu, also auf entgegengesetztem Weg, fast unverändert durchläßt.

Diese Kombination eines oben radial und

eines unten parallel geschlitzten Kolbenringes

. 55 erfüllt nur dann ihre Doppelaufgabe, von oben die Gase abzuschließen, von unten nach.

oben strömende aber durchzulassen, wenn beide Doppelringe sich mit ihrer Stoßstelle nicht übereinanderstellen, sich also nicht

Sq gegenseitig verdrehen können. Dabei müssen aber die Ringenden in ihrer Federwirkung unbehindert bleiben und sich gleichmäßig an· die Zylinderwand anlegen können.

Am besten wird dies erreicht, wenn beide Ringe sich durch eine oder mehrere Nasen verriegeln. Dann können diese zwei Ringe auch ungehindert in der Kolbennut zusammen sich verdrehen, wodurch die Zylinderseele rund erhalten und die Auflagefläche des unteren Kolbenringes 1 auf seiner Unterfläche dauernd als eine Ebene erhalten werden kann und sich nicht einseitig an seiner Stoßstelle abnutzt.

Die Erfindung ist in den Abb. 1 bis, 3 an schaubildlich gezeichneten Ringen dargestellt. Die Abb. 4 bis 9 erläutern Einzelheiten und zeigen die Ringe teils im Schnitt, teils Ringausschnitte in Ansicht. Abb. 6 ist ein Querschnitt der Abb. 7 nach Linie A-B. Abb. 8 ist ein Querschnitt nach Linie C-D der Abb. 9.

Abb. ι zeigt einen Kolbenring 1 mit parallel zur Kolbenachse X-Y ausgeführter Stoßfuge 4, 5. Dieser Ring wird nach Abb. 2 mit einem Ring 7 mit radial zur Kolbenachse ausgeführten Stoßfugen 10, 11 verwendet, und zwar wird der Ring 1 unter dem Ring 7 angeordnet, wenn die Druckseite oben liegt, wie bei den Abbildungen angenommen werden soll. Der Ring 1 (Abb. 1) besitzt vorteilhaft seinem Axialstoß 4, 5 gegenüber eine Nase 6 auf der oberen Horizontalfläche. Diese Nase kann in die Stoßfuge 11 des oberen Ringes 7 'zu liegen kommen und sichert den unteren Ring i, sich gegen den oberen Ring 7 zu verdrehen. Der Stoßlappen 9 des oberen Ringes 7 muß dann etwa um die Nasenbreite 6 kürzer gemacht werden. Beide Lappen 8 und 9 müssen aber derart lang ausgeführt sein, daß eine genügende Überdeckung zustande kommt.

Man kann aber bei der Anordnung der verschieden geschlitzten Ringe gemäß der Erfindung den oberen Ring 7 an seiner unteren Horizontalfläche mit einer Nase 14 versehen, die in den Vertikalstoß 5 des unteren Ringes 7 eingreift (Abb. 2). Die Höhe der Nase 14 ist entweder gleich der Ringhöhe 1 oder auch etwas kürzer, also etwa nur halb .in den Stoß 5 hineinragend. Eine Schwächung des Ringes ι durch Querschnittsverminderung durch den Einschnitt der Nase 14 tritt bei den Ausführungen gemäß der Erfindung nicht ein. Anstatt die Nase 14 nach Abb. 2 am oberen Ring 7 anzuordnen, kann man eine entsprechende Xase auch am unteren Ring 1 anbringen, wie Abb. 3 zeigt. Bei dem Kolbenring 7 mit Radialstoß kann man bei der Zusammenstellung gemäß der Erfindung die Überkippung 8, 9 nämlich überhaupt sparen. Es ist nur notwendig, die äußere Stoßfuge 5 des unteren Ringes 1 durch den oberen Ring abzudecken. Diebeiden Ringenden 15 und ιό stoßen stumpf gegeneinander, lassen aber

zwischen sich Platz für die Sicherungsnase 6 des unteren Ringes i. Der obere Ring 7 kann die bekannte Stiftsicherung im Kolbenkörper erhalten. Es kann aber die Nase 6 auch nur halb so hoch als der Ring 7 ausgeführt werden. In die obere freie Hälfte kann dann eine Sicherungsnase 13 ähnlich Abb. 7 einfassen. Die Abb. 3 zeigt noch eine billige Ausführungsform des achsparallel geschlitzten unteren Ringes 1. Der Ring ist an Stelle des schmalen Lappens 2 innen auf dem Teil 17 ausgeschnitten und der Stoß 5 einfach durchgeschnitten. An dem schmalen ausgeschnittenen Ringende 18 ist der Lappen 2 in den Ringausschnitt 17 in irgendeiner Weise, in der Zeichnung beispielsweise durch einen Stift 20, befestigt.

Im Kolbenkörper 12 ist nach Abb. 7 ein Zapfen 13 eingesetzt, der in die Stoßfuge 10 des oberen Ringes 7 eingreift und eine Länge gleich der Höhe des Lappens 8 hat; also wenn der Ring 7 in der Hälfte geschlitzt ist, ragt der Zapfen 13 bis zur Hälfte des Ringes 7 hinein. In ähnlicher Weise kann natürlich auch der untere Ring gegen Drehen gesichert werden. Dann brauchen die beiden Ringe einer Xut gegeneinander selbst keine Verdrehsicherung zueinander bekommen.

Die Ausführung nach Abb. 8 und 9 unterscheidet sich dadurch von der Abb. 2, daß bei ihr die Nase 14 in die innere Stoßfuge 4 nächst der Kolbenwand einfaßt, während bei Abb. 2 die Nase 14 in die äußere, nächst der Zylinderwand gelegene Stoßfuge 5 des unteren Ringes 1 eingreift.

Die Nase 14 ist so breit als der Lappe 2 bzw.3 (Abb. 2) des unteren Kolbenringes 1. so daß sie genau in die Stoßfuge 4 bzw. 5 hineinpaßt. Der äußere Lappen 3 des achsparallel geschlitzten Kolbenringes 1 ist um die zulässige Abnutzung im Betriebe breiter als der innere Lappen c; also b = ca 2 c (Abb. 4).

Die Kolbendichtung gemäß der Erfindung hält vollkommen dicht. Verfolgt man den Weg der Druckgase, so können diese zwar wie bei jeder der üblichen Kolbendichtungen aus dem Ringraum 2χ (Abb. 4) durch die niemals ganz dichte Fuge 22 (weil die Druckgase die mit Spiel eingelegten Ringe 1, 7 nach unten pressen) und die Stoßfuge 10 (Abb. 5) in den Ringraum 2^ (Abb. 4') hinter die Ringe treten, aber von hier aus nicht weiter in den nächsten Ringraum 24 zwischen Zylin-(lerwaud 25 und Kolbenkörper 12; denn der untere Ring 1 liegt unter dem Druck der Arbeitsgase oder der Luftverdichtung beinahe um seine ganze Ringbreite (£> -f- c) auf dem Kolbenkörper 12 fest auf und besitzt infolge seiner senkrecht in der Abb. 4 bzw. parallel zur Hubachse liegenden Auflagefläche 26 der Lappen 2 und 3 keinen Durchtrittskanal für die Druckgase nach dem Ringraum 24. Erfahrungsgemäß- nutzt sich die Auflagefläche b -j- c des unteren Ringes 1 im Kolbenkörper ab. Es kann dann vorkommen, daß der untere Ring 1 nicht mehr ganz dicht aufliegt. Dies ist die einzige Möglichkeit, wodurch die Kolbendichtung gemäß der Erfindung vielleicht einmal undicht werden könnte, und deshalb muß diese Auflage besonders zweckentsprechend ausgebildet sein. Man verwendet vorteilhaft einen bekannten Einlegering 27. Damit die Abnutzung außerdem fast ganz ausgeschlossen wird, können die Ringe 1 und 7 und auch der Einlegering 27 aus Hartstahl hergestellt werden, also insbesondere aus dem an sich .bekannten Schnelldrehstahl sowie aus härtbaren Legierungsstahlsorten (z. B. Wolframkarbid, wolframhaltigen Gemischen mit Zusätzen von Chrom, Vanadium, Titan u. dgl.). Die Hartmetallteile zerdrücken die zwischen sie gelangten weniger harten Staubstolte, werden aber von diesen selbst wenig oder gar nicht abgenutzt. ■

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kolbendichtung mit mindestens zwei in einer gemeinsamen Nut aufeinanderliegenden Kolbenringen, insbesondere für Pulverbrennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kolbenring (7) mit radial zur Hubachse liegender Stoßfuge (10, 11) auf der Druckseite und der eine· Stoßfuge (4, 5) parallel zur Hubachse besitzende Ring (1) auf der der Druckseite abgekehrten Seite der Kolbenringnut angeordnet und für die beiden Ringe eine Verdrehsicherung vorgesehen ist.

2. Kolbendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Ring (1) eine vorzugsweise seiner Stoßstelle (4, 5, 26) gegenüberliegende Nase (6) an seiner dem Brennraum zugekehrten oberen Fläche besitzt, die in den Stoß des oberen Ringes (7) eingreift (Abb. 1, 3, 5).

3. Kolbendichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Ring (7) mit einer nach unten gerichteten Nase (14) in den Stoß (4, 5) des unteren Ringes eingreift (Abb. 2, 8, 9).

4. Kolbendichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke (Jj) des äußeren Stoßlappens (3) des unteren Ringes (1) um die zugelassene Abnutzung* dicker ist, als der innere Stoßläppen (2) ausgeführt wird (Abb. 4).·

5. Kolbendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hubparallele Stoßfugenfläche nur auf einem Teil

(ι7) der inneren Kolbenringfläcbe ausgeführt ist (Abb. 3).

6. Kolbendichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (1, 7, 27) aus Hartstahl, insbesondere aus dem an sich bekannten Schnelldrehstahl, härtenden Legierungsstahlsorten (z. B. Wolframkarbid, wolframhaltigen Gemischen mit Chrom, Vanadium, Titan u. dgl. Zusätzen) bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen