DEP0027951DA - Selbstspannender Kolbenring mit hohem Anpreßdruck - Google Patents

Description

Selbstspannende Kolbenringe sind Bauelemente, die durch Eigenfederung an ihrem Umfang an der Zylinderwandung mit einem bestimmten Anpressdruck, sei es von rundum gleicher Höhe am ganzen Umfang, sei es einem bestimmten Druckverteilungsgesetz folgend, anliegen sollen.

Die Höhe des Anpressdruckes hängt dabei ab (wobei der sog. spezifische, d. i. der auf die Flächeneinheit der Ringlauffläche bezogene Druck in Frage kommt):

von der radialen Breite des Ringes,

von der Grösse der Spannöffnung des Ringes im spannungslosen Zustand, d. i. von der sog. Maulweite,

vom Elastizitätsmodul des Ringwerkstoffes als einer Materialkonstanten.

Der Anpressdruck soll umso höher liegen, je höher die Drehzahl der Maschine liegt, in deren Kolben der Ring eingebaut wird. Da die Maschinendrehzahlen mit fortschreitender Entwicklung immer weiter gesteigert werden, geht auch die Ringentwicklung in Richtung gesteigerter Anpressdrücke.

Der Anpressdruck kann aber, bei der üblichen Formgebung der Ringe, durch Vergrössern der Maulweite am spannungslosen Ring oder durch Erhöhen der radialen Wandstärke nicht beliebig gesteigert werden:

Einerseits, weil die zulässige Biegebeanspruchung beim Schliessen des Ringes im Einbauzustand dem eine Grenze setzt. Für Graugussringe soll die Betriebsbiegebeanspruchung 30 kg/mm(exp)2 nicht überschreiten.

Andererseits entsteht beim Aufspreizen des Ringes zum Überstreifen auf den Kolben - und es werden heute nur überstreifbare Ringe verwendet - eine Biegebeanspruchung im entgegengesetzten Sinne, die auch gewisse Grenzen nicht überschreiten darf; für Graugussringe werden 30 kg/mm(exp)2 noch zugelassen.

Für den Kolbenring als Bauelement ist es wichtig, dass er seine ursprüngliche Spannung im Betrieb möglichst lange unverändert beibehält. Der allmählich eintretende Spannungsabfall hängt von der Betriebstemperatur des Ringes und von der Höhe der Einbau-Biegespannung ab; je höher diese liegen, desto rascher erfolgt der Spannungsabfall und desto grösser ist er.

Unrichtig ist es daher, den vom Motorenbau verlangten erhöhten Anpressdruck durch eine Erhöhung der im Ring auftretenden Beanspruchungen erzielen zu wollen.

Es wird daher erfindungsgemäss vorgeschlagen, Kolbenringe mit erheblich grösseren radialen Wandstärken auszuführen, als dies bisher bei den genormten Ringen der Fall war. Selbst bei Anpressdrücken, deren Mittelwert erheblich höher liegt, als z.B. bei den jetzt durch die DINormen genormten Ringen, kann die Biegebeanspruchung im Ring dabei wesentlich niedriger liegen und damit die Spannungshaltung besser gewahrt bleiben.

Um aber dabei die Überstreifspannung nicht auf höhere Wert ansteigen zu lassen, als der Werkstoff sie zulässt, sind die Stossenden der Ringe erfindungsgemäss auf der Ringinnenseite entsprechend abzunehmen (vergl. Abb.) Dies kann ohne Beeinträchtigung der Ringgüte erfolgen, weil die Biegemomente zunächst den Stossenden klein sind und an diesen selbst zu Null werden. Trotz dieser Abnahme an den Stossenden lässt sich aber ohne weiteres auch eine Druckverteilung erzielen, bei welcher der spezifische Anpressdruck an diesen Punkten wesentlich höher liegt, als am übrigen Umfang, wie es der moderne Kolbenring verlangt.

Die vorgeschlagene Ringausführung eignet sich sowohl für sog. Unrundringe, als auch für thermisch gespannte, gehämmerte usw. Ringe.

Die folgende Tabelle zeigt die weitaus günstigeren Werkstoffbeanspruchungen bzw. - ausnutzungen bei nach dem Erfindungs-Vorschlag gestalteten Ringen gegenüber z.B. den nach DINormen ausgeführten Ringen.

Es bedeuten (vergl. Abb.)

D der Ringaussendurchmesser im Einbauzustand (Nenndurchmesser)

a radiale Wandstärke des Ringes

p den spezifischen Anpressdruck in kg/cm(exp)2

kb(sub)l die Biegebeanspruchung im gespannten (Einbau-)Zustand im gefährlichen Querschnitt, d. i. gegenüber vom Stoss, in kg/mm(exp)2

kb(sub)ü die Überstreifspannung im höchstbeanspruchten Querschnitt, in kg/mm(exp)2

S Stossöffnung (Maulweite) spannungslos

Claims (1)

1. Selbstspannender Kolbenring mit hohem Anpressdruck, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring gegenüber den bekannten Ringen eine erheblich grössere radiale Wandstärke besitzt, wobei die Breite der Stossenden des Ringes auf der Innenseite abnimmt.