DEP0014944DA - Kolben und Dichtungsring, insbesondere für Brennkraftmaschinen, und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Kolbenringe für vorzugsweise Brennkraftmaschinen müssen bekanntlich eine Anzahl Bedingungen erfüllen. So sollen die zur Dichtung dienenden Ringe z.B. möglichst straff an der Wand des Zylinders angepreßt laufen, damit keine Gasverluste entstehen. Zugleich aber muß dafür gesorgt werden, daß die Reibung zwischen der Ringaußenfläche einerseits und der Zylinderinnenwand andererseits möglichst gering ist, um einen ausreichend hohen Wirkungsgrad der Maschine zu gewährleisten. Ferner dürfen die Kolbenringe bei hohen thermischen Beanspruchungen nicht fressen. Schließlich wird noch von den Ringen eine möglichst große Lebensdauer gefordert. Die Ringe dürfen weder im Betrieb, noch wenn sie auf die Kolben aufgezogen und wieder abgebaut werden, ihre Spannkraft verlieren.

Die vielfach benutzten Ringe aus Gußeisen erfülle alle diese Anforderungen nicht in vollem Maße. So sind z.B. die Reibungsverluste zu groß, weil das Gefüge des Gußeisens nicht gleichmäßig dicht herstellbar ist. Außerdem wird als recht nachteilige die zu geringe Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens bei hoch beanspruchten Motoren empfinden, so daß sich eine unerwünschte Drosselung der Ableitung der Wärme über die Kolbenringe zeigt. Auch ist die Dehnung der Kolbenringe noch zu klein, sie zerbrechen mitunter beim Aufziehen oder Abnehmen von dem Kolben. Es wurde versucht, diesem Übelstand durch Verwendung eines zusätzlichen Federstahlringes, der sich innen an den Gußeisenring anlehnt, zu begegnen. Der Einbau derartiger Ringe erfordert jedoch unerwünscht viel Zeit und setzt zudem eine geschickte Handfertigkeit voraus.

Es ist ferner bekannt, statt Gußeisen, Flußeisen zur Anfertigung von Kolben- bzw. Dichtungsringen zu benutzen. Aber auch diese Ringe befriedigen nicht.

Bessere Ergebnisse konnten erzielt werden bei der Anwendung von aus Walzmaterial hergestellten Eisenringen, die innen einen zweiten Ring enthielten, der aus einem Werkstoff mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten bestand, und der den erforderlichen Anpressungsdruck erzeugte. Diese Einlageringe bestanden aus Messing, Bronze, Zink, Graphit oder anderen derartigen Stoffen. Sie werden in den äußeren Ring eingewalzt oder eingezogen.

Es sind ferner auch Kolbenringe bekannt geworden, bei denen eine derartige Einlage aus der Lauffläche des Ringes vorsteht, so daß diese allein mit dem Werkstoff der Zylinderwand in Berührung kommt und ein erleichtertes Einlaufen gewährleistet.

Die Herstellung derartiger Kolbenringe hat jedoch eine Grenze. Kolbenringe, deren Breite etwa 3 mm und darunter beträgt, können keine eingewalzte Einlage mehr aufnehmen, weil die praktische Herstellung nicht durchführbar ist.

Um sowohl die werkstattmäßigen Schwierigkeiten zu überwinden als auch dafür zu sorgen, daß die Kolben- bzw. Dichtungsringe die vielseitigen, mitunter einander widersprechenden Bedingungen erfüllen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Kolbenringen eine Lauffläche zu geben, die auch dann noch ausreichende Gleiteigenschaften gewährleistet, wenn bei hohen elastischen Spannungen und somit starkem Anpressungsdruck an der Zylinderwand ein sattes Anliegen der Kolbenringe herbeigeführt ist. Erreicht ist dies dadurch, daß die Kolbenringe entweder aus einzelnen Bronze- oder Messingprofildrähten bestehen oder auch aus einem gut federnden Metall, vorzugsweise Stahl mit einem auf deren Außenfläche aufgebrachten Belag aus Metallen hoher Gleitfähigkeit wie Bronze oder Messing. Die Stärke des letzteren richtet sich nach den jeweils auftretenden radialen Beanspruchungen und beträgt mindestens 0,1 mm.

Die Ringe können auf verschiedenem Wege hergestellt werden. Die Profildrähte bestehen aus gezogenem oder gewalztem Draht oder können auch aus gewalztem Blech herausgestanzt werden. Die Stärke der in einer Nut untergebrachten Profildrähte kann je etwa 1 mm betragen.

Soll die Auflage, die vorzugsweise aus Bronze oder Messing oder einem anderen, gute Laufeigenschaften aufweisenden Werkstoff besteht, mit einem Ring hoher Elastizität, beispielsweise einem aus Stahl hergestellten Ring vereinigt werden, so wird zweckmäßig ein Aufplattieren oder Aufschweißen vorgenommen. Besonders durch hitzebeständigen Stahl wird eine hohe Federwirkung gewährleistet.

Gute Erfolge sind vor allem erreicht worden, wenn auf einen aus gezogenem oder gewalztem Material bestehender Profildraht eine Laufschicht aufplattiert wird. Eine derartige Ausführung weist weiterhin den Vorteil eines verhältnismäßig billigen Ausgangsmaterials auf.

Die Herstellung derartige Doppelmetalleringe kann ferner vorteilhaft durch Abstechen einzelner Streifen von einem Schlitzrohr erfolgen, das aus mit Bronze oder Messing plattiertem Stahlblech nach einem Zieh- oder Walzverfahren gewonnen wird. Gegebenenfalls kann auch umgekehrt verfahren werden, d.h. auf die Außenfläche eines stählernen Schlitzrohres werden die Werkstoffe hoher Laufeigenschaft aufplattiert. Es hat sich herausgestellt, daß Zinnbronze üblicher Qualität auf der Mangan-Silizium-Basis und Messing mit ebenfalls Mangan- und Siliziumzusatz als Auflage brauchbare Werkstoffe sind, die neben der erforderlichen Laufeigenschaft auch eine ausreichend hohe Warmfestigkeit aufweisen.

Die Abbildungen stellen ein Ausführungsbeispiel dar.

Die Abb. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ring,

die Abb. 2 den Grundriß desselben.

Eine Auflage a als Laufschicht ist auf einem Stahlring b aufplattiert oder aufgeschweißt.

Claims (8)

1) Kolben- und Dichtungsring, insbesondere für Brennkraftmaschinen, aus Bronze oder Messing, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche des Ringes aus einem Werkstoff besteht, der selbst bei hoher Spannkraft des Ringwerkstoffes hohe Laufeigenschaften aufweist.

2) Kolben- und Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gezogene oder gewalzte Profilringe aus Werkstoff hoher Laufeigenschaft Verwendung finden.

3) Kolben- und Dichtungsring nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Doppelmetallen, die aussen hohe Laufeigenschaften und innen hohe Spannkraft aufweisen.

4) Kolben- und Dichtungsring nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschicht mindestens 0,1 mm stark bemessen ist.

5) Verfahren zur Herstellung von Kolben- und Dichtungsringen nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Profildraht die Laufschicht aufplattiert wird.

6) Verfahren zur Herstellung von Kolben- und Dichtungsringen nach den Ansprüchen 1 und 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Bronze und Messing plattiertes Stahlblech zu einem Schlitzrohr verformt wird und von diesem einzelne Ringe abgestochen werden.

7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3-4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aussenseite eines geschlitzten Stahlrohres eine Laufschicht, vorzugsweise aus Messing oder Bronze aufgebracht wird und alsdann einzelne Streifen als Ringe abgetrennt werden.

8) Kolben- und Dichtungsring nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff vorzugsweise warmfeste Bronze oder Messing mit Mangan- und Siliziumzusatz Verwendung findet.