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Spannungsdichtung mit Eigenfederung für Kolben Den im allgemeinen
verwendeten Kolbenringen haftet vor allem der Nachteil an, daß sie einen durch ihren
Aufbau bedingten Stoß besitzen, der nicht dicht ist, so daß der Kolbenring, dessen
eigentliche Aufgabe die Abdichtung ist, .diese nicht vollkommen erfüllt. Daher sind
die Versuche, den Ringstoß durch geeignete überlappungen gasdicht zu machen, sehr
zahlreich. Allen; diesen Versuchen haftet der Nachteil an, daß sie sehr empfindlich
gegen Bruch sind. Sie haben sich daher auch nicht einführen können.
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Ein weiterer Nachteil der bisher üblichen Kolbenringe ist der, Üaß
d ie unvermeidlich hinter den Ring tretenden Gase usw., gegen die er abdichten soll,
durch ihren Druck diesen ohne weiteres spreizen, weil er konstruktiv dagegen in
keiner Weise gesichert ist. In der inneren Totlage wird daher der Ring z. B. bei
der Zündung unter ungünstigen Schmierverhältnissen sehr plötzlich hart an die Zylinderwand
gepreßt und schlägt diese aus.
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Die Undichtheit am Schloß zu beseitigen, ist auch auf andere Art versucht
worden, nämlich durch einen Ring, der aus mehreren schraubenförmigen. Windungen
besteht oder sogar aus mehreren solcher Ringe, die gewissermaßen ineinandergeschraubt
sind, wie z. B. nach der englischen Patentschrift z2383. Da aber die Enden des Ringes
nicht bis zur Dicke Null auslaufen können, entsteht auch hier am äußeren Mantel
eine Öffnung, die hinter den Ring führt und so den Gasen usw. gestattet;
um
.den Ring. herumzutreten, da sich auf der unteren Seite dann wieder eine gliche
Öffnung befindet. Da bei z. B. zwei schraubenförmig ineinanderliegenden Ringen die.
Anzahl der Stoßfugen: doppelt ist und die Dichtheit an den' planen Stirnseiten.
in, Frage gestellt ist, weist die bekannte Ausführung Nachteile auf.
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;. Bei einer anderen Ausführung eifies Kolbenringes: nach der amerikanischen
Patentschrift 727311 handelt es sich um mehrere getrennte ineinandergeschraubte
Ringe, die durch die gewissermaßen stark verlängerte Stoßfuge einen großen Widerstand
gegen das abzudichtende Medium und damit größere 'Dichtheit zu erreichen versuchen.
Es besteht dabei die Gefahr, daß das Medium den'viel kürzeren Weg hinter dem Ring
entlang nimmt.
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Diese grundsätzlichen Nachteile der bekannten Kolbenringe werden .durch
den Gegenstand vorliegender Erfindung behöben. Es handelt sich dabei um einen Kolbenring,
der nicht aus mehreren Einzelringen besteht, sondern um einen einstückigen Ring
mit mehr als einer Windung. Der neue Ring ist ein gleichsam schraubenförmig gewickelter
Stab. von bestimmtem Querschnitt mitebenen Stirnflächen. Durch geeignete Ausbildung
des Grundquerschnitts wird erreicht; daß an den Enden (Stirnflächen) eine durchgehende
ebene Fläche vorhanden ist, ohne daß die - auslaufende Windung bis auf die Dicke
Null auszugehen braucht, was praktisch nichtdurchführbar ist.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand .der Erfindung in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt in vergrößertem
Maßstab, Abb. 2 die Ansicht Z des in Abb..3 :dargestellten ganzengeschnittenen-Kolbenringes,
Abb. q. die Ansicht Y des Ringes gemäß Abb. 3, Abb : 5;- :die --äußere Abwicklung
eines Kolbenringes mit den Schnitten, bei o°, 9o°, 18o'°,. 27o° und o°, Abb. 6 die
innere Abwicklung mit .den Schnitten bei q.5°, 135'°, iSG°, 225' und 3r5°.
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Der Grundquerschnitt des erfindungsgemäßen Kolbenringes hat eine etwa
Z-förmige Gestalt und besteht aus den zwei sich ähnlichen rechteckigen Querschnittsteilen
I und II (Abb. i). Von der darüber bzw. darunter befindlichen Windung ist wegen
des Auslaufes in die Stirnfläche nur noch ein Teil des Gesamtquerschnittes vorhanden.
Der Ring braucht nämlich zur Erfüllung seiner Aufgabe gemäß der Erfindung nur aus
zwei auslaufenden Enden zu bestehen. Der volle ursprüngliche Ringquerschnitt braucht
an keiner Stelle mehr vorhanden zu sein, im Gegensatz zu -den bisher bekannten Ringen,
die meist mehrere '(fünf bis sechs) Windungen aufweisen und daher wegen ihres Gewichtes
für Schnellauf ungeeignet sind. Das notwendige Atmen zwecks guter und dauernder
Anlage an der Zylinderwand ist wegen der bei so vielen Windungen auftretenden Reibung
auch praktisch ausgeschlossen, noch dazu bei hohen- Drehzahlen, wo es unerläßlich
ist, daß der Ring dem über den Hub wechselnden -Diirchriiesser des Zylinders stets
augenblicklich folgt.
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Wie an den Stirnseiten erreicht wird, daß der Ring dort .eine Ebene
- ohne irgendwelchen Durchbruch für das Medium bildet, ist aus Abb. 2 bis 6 ersichtlich
und im folgenden erläutert. Auf der Seite, wo der äußere Querschnittsteil I zuletzt
ausläuft und während etwa des halben Umfanges noch allein vorhanden ist (6o bis
etwa 27o° in Abb. 2), weil'der Querschnittsteil II schon früher in die stirnseitige
Begrenzungsebene ausgetreten ist (Ansicht Z, Abb. 2), sind die Verhältnisse relativ
einfach. Dieser auslaufende Teil I des Querschnittes liegt fest auf dem darunterliegenden
Querschnittsteil I und kann also in axialer Richtung nicht nachgeben. Das äußerste,
bis auf .die Dicke Null auslaufende Erde (27o bis 300'°) ist so weit entfernt, wie
es aus herstellungstechnischen Gründen erwünscht ist. Hier.entsteht am äußeren Umfang
eine Unterbrechung der Mantelfläche des Ringes, so daß das abzudichtende Medium
radial bis zur Mitte des gesamten Ringquerschnittes eindringen kann. Hier befindet
sich aber der Querschnittsteil II der vorhergehenden Windung; und alle beteiligten
Flächen liegen. dichtend aufeinander. Durch den auslaufenden äußeren Querschnittsteil
entsteht also eine nur nach außen offene Nische, wenn sich der Ring in der Nut befindet.
Alle anderen Seiten. .dieser Nische sind geschlossen. Eine ähnliche Nische am inireren
Umfang auf derselben Stirnseite ist etwa diametral gegenüber auch vorhanden, die
aber für die Ab-
dichtung ohne Belang ist. Ist diese Ringstirnseite beispielsweise
die dem abzudichtenden Medium zugekehrt, so können zwar Teile des Mediums infolge
des vorhandenen seitlichen Spiels. des Ringes wie bei einem normalen Ring in die
innere Nische und damit hinter dem Ring entlang in die entsprechende unter Nische
gelangen. Infolge des einseitigen Gasdruckes ist aber der Ring auf der anderen Nütseite
fest auf seine untere Stirnseite gepreßt, so daß das Medium aus der unteren Nische
keinen Ausweg finden kann.
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Eine zusammenhängende ebene Fläche auf der Seite des Ringes, auf der
der innere Querschnittsteil II zuletzt ausläuft (Ansicht Y, Abb. 4.), ist grundsätzlich
in gleicher Weise erreichbar wie auf der anderen Stirnseite. Ein kleiner Unterschied
besteht darin, daß der zuletzt verbleibende .innere Querschnittsteil II, wenn der
ursprünglich mit ihm zusammenhängende Querschnittsteil I infolge der axialen Versetzung
;der beiden zueinander bereits ausgelaufen ist, über ein gewisses Stück des Umfanges
(Winkel a, Abb. 3, q., 6) brückenartig freitragend ist, weil: infolge des Abstandes
(Abb. i) die Oaerschnittsteile II nicht fest aüfeinanderliegen. Vor der Bearbeitung
dieser Stirnfläche bei der Herstellung .des Ringes ist daher der auslaufende Querschnittsteil
II auf den darunterliegendern anzudrücken, so daß der Abstand zwischen diesen beiden
Querschnittsteilen allmählich- verschwindet, wie es zwischen :den Punkten- E und-
2- in Abb. .6 dargestellt ist. - Der- Rest -.der--inneren- auslaufenden
Windung
liegt dann fest auf der darünterliegenden, wie es auf der anderen Stirnseite bei
der auslaufenden äußeren Windung der Fall ist (Abb. 6). Das äußerste, bis auf die
Dicke Null sich verjüngende Ende kann dann ebenfalls bei einer Stärke abgebrochen
werden, wie es aus herstellungstechnischen Gründen angebracht erscheint. Durch die
gewählte Ouerschnittsform wird also erreicht, d.aß an beiden Stirnflächen sowohl
wie an der Mantelfläche Dichtheit gegen gasförmige und flüssige Medien vorhanden
ist. Wichtig ist hierbei, daß durch herstellungstechnische Maßnahmen erreicht wird,
daß die auslaufenden Windungen bei der Bearbeitung fest gegen die darunterliegenden
gedrückt werden und daß die einzelnen Windungen auf den Umfang bei c in Abb: r mit
einer gewissen Spannung ineinandersitzen. Der Außendurchmesser bei c muß also beim
Ausstechen des Ringes etwas größer gehalten werden als der Innendurchmesser bei
c. Durch das Ineinanderwickeln auf dem Umfang c wird nun weiterhin erreicht, daß
:der Ring einem inneren Druck einen weit größeren Widerstand entgegensetzt als ein
normaler, weil die Windungen beim Spreizen auf .den Umfang c aufeinandergleiten
müssen, was gerade durch den inneren Überdruck noch über das durch die Vorspannung
bedingte Maß hinaus erschwert wird. Durch die Wahl .der Anzahl der Windungen, aus
der der Ring besteht, hat man es in der Hand, diesen. Widerstand gegen das Aufspreizen
beliebig zu wählen.
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Der Kolbenring nach der Erfindung kann entweder aus einer zylindrischen
Büchse aus dem vollen ausgestochen oder durch Aufwickeln eines Stabes von entsprechendem
Grundprofil hergestellt werden. Wenn es durch verfeinerte Bearbeitungsmethoden gelingt,
die beiden Querschnittsteile innen und außen gleichzeitig zur Berührung im eingebauten
Zustand zu bringen, so ist :die Herstellung zusammenhängender ebener Flächen an
beiden Stirnseiten natürlich erleichtert. Im nicht eingebautem Zustand können die
Windungen in axialer Richtung entweder mit oder ohne Vorspannung aufeinanderliegen
oder einen Abstand voneinander haben, in welch letzterem Fall .die Windungen erst
beim Einbau aufeinander unid in der Nut seitlich federnd anliegen.