DEP0014944DA

DEP0014944DA - Pistons and sealing rings, in particular for internal combustion engines, and methods of manufacturing the same

Info

Publication number: DEP0014944DA
Authority: DE
Inventors: Wilhelm KRÄMER
Original assignee: Noleiko Norddeutsche Leichtmetall- und Kolbenwerke GmbH, Hamburg
Publication date: 1950-12-28

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.As is known, piston rings for preferably internal combustion engines must meet a number of conditions. For example, the rings used for sealing should run as tightly as possible against the wall of the cylinder so that no gas losses occur. At the same time, however, it must be ensured that the friction between the outer ring surface on the one hand and the inner cylinder wall on the other hand is as low as possible in order to ensure a sufficiently high efficiency of the machine. Furthermore, the piston rings must not seize under high thermal loads. Finally, the longest possible service life is required of the rings. The rings must not lose their tension either during operation or when they are pulled onto the pistons and then dismantled again.

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.The widely used cast iron rings do not fully meet all of these requirements. For example, the friction losses are too great because the structure of the cast iron cannot be produced evenly and densely. In addition, the insufficient thermal conductivity of cast iron in highly stressed engines is felt to be quite disadvantageous, so that there is an undesirable throttling of the dissipation of heat via the piston rings. The elongation of the piston rings is also still too small; they sometimes break when pulling on or removing from the piston. Attempts have been made to counteract this inconvenience by using an additional spring steel ring, which is leaning against the inside of the cast iron ring. However, the installation of such rings requires an undesirably long time and also requires skillful manual skills.

Es ist ferner bekannt, statt Gußeisen, Flußeisen zur Anfertigung von Kolben- bzw. Dichtungsringen zu benutzen. Aber auch diese Ringe befriedigen nicht.It is also known to use fluids instead of cast iron for the production of piston and sealing rings. But these rings are not satisfactory either.

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.Better results could be achieved when using iron rings made of rolled material which contained a second ring inside which consisted of a material with a higher coefficient of thermal expansion and which generated the required contact pressure. These insert rings were made of brass, bronze, zinc, graphite or other such materials. They are rolled or drawn into the outer ring.

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.Piston rings have also become known in which such an insert protrudes from the running surface of the ring so that it only comes into contact with the material of the cylinder wall and ensures easier running-in.

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.However, the manufacture of such piston rings has a limit. Piston rings, the width of which is about 3 mm and below, can no longer accommodate a rolled-in insert, because practical production is not feasible.

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.In order to overcome both the workshop difficulties and to ensure that the piston or sealing rings meet the varied, sometimes contradicting conditions, the invention proposes to give the piston rings a running surface that also ensures sufficient sliding properties when at high elastic tensions and thus strong contact pressure on the cylinder wall, a snug fit of the piston rings is brought about. This is achieved in that the piston rings consist either of individual bronze or brass profile wires or also of a highly resilient metal, preferably steel with a coating made of metals such as bronze or brass that is applied to their outer surface. The thickness of the latter depends on the radial stresses occurring and is at least 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.The rings can be made in different ways. The profile wires consist of drawn or rolled wire or can also be punched out of rolled sheet metal. The thickness of the profile wires accommodated in a groove can each be about 1 mm.

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.If the support, which is preferably made of bronze or brass or some other material with good running properties, is to be combined with a ring of high elasticity, for example a ring made of steel, then it is expedient to clad or weld it on. A high spring effect is guaranteed, in particular, by means of heat-resistant steel.

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.Good results have been achieved above all when a running layer is clad onto a profile wire made of drawn or rolled material. Such a design also has the advantage of a relatively cheap starting material.

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.The production of such double metal rings can also advantageously take place by cutting individual strips from a slotted tube which is obtained from steel sheet clad with bronze or brass by a drawing or rolling process. If necessary, the procedure can also be reversed, i.e. the materials with high running properties are plated onto the outer surface of a steel slotted tube. It has been found that tin bronze of the usual quality on the manganese-silicon basis and brass with manganese and silicon added as a coating are useful materials which, in addition to the required running properties, also have a sufficiently high heat resistance.

Die Abbildungen stellen ein Ausführungsbeispiel dar.The figures show an exemplary embodiment.

Die Abb. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ring,Fig. 1 shows a cross section through a ring,

die Abb. 2 den Grundriß desselben.Fig. 2 the plan of the same.

Eine Auflage a als Laufschicht ist auf einem Stahlring b aufplattiert oder aufgeschweißt.A support a as a running layer is plated or welded onto a steel ring b.

Claims

1) Piston and sealing ring, in particular for internal combustion engines, made of bronze or brass, characterized in that the running surface of the ring is made of a material that has high running properties even with a high clamping force of the ring material.

2) piston and sealing ring according to claim 1, characterized in that drawn or rolled profile rings made of material with high running properties are used.

3) piston and sealing ring according to claim 1, characterized by the use of double metals which have high running properties on the outside and high clamping force on the inside.

4) piston and sealing ring according to claims 1 and 3, characterized in that the running layer is at least 0.1 mm thick.

5) Process for the production of piston and sealing rings according to claims 1-4, characterized in that the running layer is plated onto a profile wire.

6) Process for the production of piston and sealing rings according to claims 1 and 3-4, characterized in that a steel sheet plated with bronze and brass is deformed into a slotted tube and individual rings are cut off from this.

7) Method according to claims 1 and 3-4, characterized in that a running layer, preferably made of brass or bronze, is applied to the outside of a slotted steel tube and then individual strips are cut off as rings.

8) piston and sealing ring according to claims 1 - 7, characterized in that preferably heat-resistant bronze or brass with manganese and silicon is used as the material.