Kolbenring Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben ring im allgemeinen und einen Ölabstreifring für eine Brennkraftmaschine im besonderen.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen neuen Kolbenring zu schaffen, der besonders als Ölab- streifring geeignet ist und für wirksame Lenkung des Ölflusses sorgt.
Insbesondere soll ein neuer Kolbenring geschaf fen werden, der für die Verwendung als ölabstreif- ring geeignet ist und besonders beim Arbeiten mit hohem Vakuum den ölfluss zwischen den Seiten der Nuten im Kolben und dem Ringbauteil verhin dert.
In der beigefügten Zeichnung sind zwei Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veran schaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen vergrösserten radialen Querschnitt eines erfindungsgemässen Kolbenringes in seiner Stellung innerhalb einer ringförmigen Nut eines Kol bens, Fig.2 eine perspektivische Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Kolbenringes,
Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer andern Ausführungsform und Fig.4 einen Teil-Grundriss des in Fig. 3 darge stellten Kolbenringes im Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3.
Bei der üblichen Ringkonstruktion besteht, un abhängig davon, ob es sich um eine Bauart mit einem einzelnen Teil oder mit mehreren Teilen han delt, ein geringes Spiel zwischen dem Ring und den Seiten der Nut im Kolben, damit der Ring freie Ausdehnungsmöglichkeit hat und sich der Zylinder- wandung eng anpassen kann. Es ist jedoch festge stellt worden, dass bei vielen der in Kraftwagen verwendeten neueren Maschinen, bei denen ein Zustand hohen Vakuums vorkommt, sich bei Ver- wendung der üblichen Kolbenringe übermässiger Öl verbrauch ergibt.
Die übliche Konstruktion der Öl- abstreifringe sieht Öffnungen vor, die das von den Zylinderwänden gekratzte Öl in das Innere der Nut und von dort durch vom Bodenteil der Nut aus verlaufende, im Kolben angeordnete Kanäle zum Kurbelgehäuse zurückfliessen, lassen.
Bei genauer Prüfung von Maschinen mit übli chen Kolbenringen ist festgestellt worden, dass der grosse Ölverbrauch eine Folge der Tatsache ist, dass das .auf dem Grund der Nut hinter dem Kolben ring befindliche Öl durch den Spielraum zwischen dem Ring und der Seite der Nut; insbesondere an der obern Seite der Nut, durch das im Zylinder-auf- tretende hohe Vakuum herausgezogen wird.
Das Ausführungsbeispiel stellt daher eine Kolbenring konstruktion dar, die eine Abdichtung an den Seiten der Nut bewirkt, insbesondere an der obern Seite; und die dadurch das Öl daran hindert, an dieser Stelle durch den erwähnten Spielraum nach aussen gezogen zu werden. , Obwohl eine Abdichtung an der obern Seite der Nut ausreicht, um das infolge des hohen Vakuums erfolgende Fliessen von Öl nach aussen zu verhin dern, gibt es zwei Gründe, in der bevorzugten Aus führungsform eine Abdichtung an beiden Seiten der Nut vorzusehen.
So müssen bei einem aus meh reren Einzelheiten bestehenden Kolbenring die ein zelnen Teile zur Abdichtung nur an der obern Seite der Nut in einer vorbestimmten Weise montiert werden, damit. die Abdichtung eher an der obern als an der untern Seite der Nut erfolgt. Falls weiter hin eine Abdichtung an der untern Seite nicht vor gesehen wird, kann mehr Öl in den Innenteil der Nut eindringen, als wenn der Ring eine Abdichtung an der untern Seite vorsähe.
Dadurch, dass man den Ring in bezug auf die beiden Seiten der Nut symmetrisch macht, besteht weniger Gefahr, dass die Elemente des Ringes falsch zusammengebaut werden, und es wird eine Abdichtung an der obern Seite der Nut erreicht, wo sie am nötigsten ist, wie auch der Ring eingesetzt sein mag. Die Ab dichtung an der untern Seite der Nut verhindert auch, dass übermässig viel Öl in den hintern Teil der Nut eindringt.
Die an der Seitenwand der Nut erfolgende Abdichtung muss auch derartig sein, dass sie nicht so viel Reibung erzeugt, dass sich der Ring längs der Zylinderwandung etwa nicht leicht ausdehnen und zusammenziehen könnte. Die Teile des Kolben ringes müssen auch so geformt sein, dass sie sich ohne unnötige Reibung untereinander leicht bewegen können, je nachdem dieses bei der Zusammenzie hung und Ausdehnung erforderlich wird.
Beide hier dargestellten Ausführungsformen ver wenden ein Paar den Zylinder berührende Ringteile. Solche normal hergestellten Ringteile haben zwei Eigenschaften, die sie für richtige Arbeitsweise der hier offenbarten Kolbenringe geeignet machen. So werden die Ringteile der hier in Betracht gezogenen Art gewöhnlich mit abgerundeten Ecken hergestellt. Solche Ecken gleiten leicht an allen Teilen, die sie berührten, entlang und fressen sich nicht fest, wie das bei scharfkantigen Ecken auftreten kann.
Bei der Herstellung von Ringteilen dieser Art erhält man den Metallrohling in der Form eines geraden Strei fens, der auf die gewünschte Länge geschnitten und dann hochkant gebogen wird, so d'ass er im wesent lichen einen Kreis bildet, wenn er im Zylinder eingeschlossen ist. Bei diesem Biegen wird das Metall am innern Umfang der Ringteile zusammengedrückt, während das Metall am äussern Umfang gestreckt wird. Das gibt dem Ringteil im allgemeinen die Tendenz, eine konische Form anzunehmen.
Diese Tendenz wird bei den vorliegenden Ausführungs formen dazu verwendet, die Ringteile vorzugsweise mit ihrem innern Umfang gegen die Seitenwände der Nut in Anlage zu bringen.
In beiden hier dargestellten Ausführungsformen umfasst der Kolbenring ein Paar solcher Ringteile mit einem Abstandhalter, um die Ringteile in axialem Abstand in der Nähe der Seitenwände der Nut zu halten. Trotz der hier dargestellten Ausführungs formen mit einem Paar Ringteile kann natürlich auch ein Kolbenring verwendet werden, der nur aus einem einzigen Ringteil und einer Spreiz- und Halte vorrichtung an einer Seitenwand der Nut besteht.
Bei beiden Konstruktionsformen des Kolbenringes, also mit zwei oder nur einem Ringteil, kann eine Spreiz- und Haltevorrichtung entweder von der in Umfangsrichtung sich ausdehnenden Art sein oder einen gesonderten Abstandhalter oder ein einstel lendes Element und eine Feder umfassen.
In der Zeichnung ist eine Zylinderwand mit 10 und ein mit einer Kolbenringnut 12 versehener Kolben mit 11 bezeichnet. Am Grunde der Nut 12 kann eine Anzahl Abflusslöcher vorgesehen werden, von denen eines bei 13 angedeutet ist, wobei die Abtlusslöcher dazu dienen, das sich ansammelnde Öl durch den Kolben zum Kurbelgehäuse der Ma schine zurückzuleiten.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungs form umfasst ein Paar Ringteile 14, die an den Seitenwänden der Nut - angeordnet sind und in dieser Stellung durch eine Spreiz- und Haltevorrich tung erhalten werden, die aus einem allgemein mit 15 bezeichneten, umfänglich ausdehnbaren Teil besteht. In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Teil 15 aus einer Vielzahl in umfänglichem Abstand angeordneter U-förmiger Stege 16, die durch zwei in axialem Abstand befindliche Reihen von Ringabschnitten 17 verbunden sind. Der Teil 15 wird zwischen die beiden Ringteile 14 eingeführt und hält diese an den gegenüberliegenden Seitenwänden der Nut.
Die axiale Höhe des Teils 15 zuzüglich der Dicke der beiden Ringteile 14 ist so bemessen, dass normalerweise ein geringer Spielraum zwischen den Ringteilen und den Seitenwänden der Nut be stünde, falls die Ringteile flach an den Seiten des Teils 15 lägen.
Ein solcher Spielraum würde es normalerweise ermöglichen, dass Öl aus dem innern Teil der Nut über den obern Ringteil 14 herausgezogen würde, wenn im Maschinenzylinder ein hohes Vakuum auftritt. Um dieses zu verhindern, wird die Spreiz- und Haltevorrichtung 15 so geformt, dass sie wenig stens den obern Ringteil und vorzugsweise beide Ringteile sich auf die betreffende angrenzende Seite der Nut stützen lässt.
Vorzugsweise stützen sich die Ringteile nur an ihrem innern Umfang gegen die Seiten der Nut, so dass sich keine übermässige Rei bung ergibt, obwohl an diesem Punkt Abdichtung erzielt wird.
Zu diesem Zweck ist die Spreiz- und Haltevor richtung so eingerichtet, dass sie sowohl radial nach aussen als auch axial auf den innern Umfang der Ringteile drückt. Um diese Wirkung zu erzielen, sind die Ringabschnitte 17 bei beiden Ringteilen am innern Rand so gebogen, dass die abgebogenen Randpartien 20 unter der Spreizkraft des Teils 15 in einem Winkel ,a (Fig. 1) in bezug auf die Kolben achse gegen die Ringteile 14 drücken. Somit übt das Spreiz- und Halteorgan 15 sowohl eine radial nach aussen gerichtete Kraftkomponente auf die Ringteile 14 aus, so dass diese sich dem Umriss der Zylinderwand anpassen, wie auch eine axial auf den innern Umfang des Ringteils gerichtete Kraft komponente.
Wegen der vorher beschriebenen Ten denz der Ringteile eine konische Form anzuneh men, ergibt die durch das Teil 15 auf die Ringteile ausgeübte axiale Kraft, d'ass der Ringteil, wie in Fig. 1- klar dargestellt, eine konische Gestalt erhält. Daher drückt nur der innere Umfangs- oder Kanten teil der Ringteile 14 gegen die Seitenwand der Nut, um die Abdichtung zu erzielen, und es ergibt sich sehr wenig Reibung, so dass sich die Ringteile leicht ausdehnen und zusammenziehen können, um dem Umriss der Zylinderwände zu folgen.
Die abge rundete innere, auf die Randpartien 20 der Ring abschnitte 17 drückende Kante der Ringteile bewirkt auch eine nur sehr geringe Reibung, so dass der Teil 15 sich in Umfangsrichtung leicht ausdehnen und daher umfänglich in bezug auf die Ringteile während der Ausdehnung und der Zusammenziehung bewegen kann. Die äussere abgerundete Kante der Ringteile bietet eine leicht gleitende, gegen die Zylinderwand drückende Oberfläche, unabhängig davon, ob der Ringteil flach an den Seiten des Teils 15 liegt oder konisch ausgebildet ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten und arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise, mit Ausnahme, dass die Spreiz- und Haltevorrichtung einen Ab standhalterteil 21, der zwischen die beiden Ring teile eingefügt ist, um diese an den Seitenwänden der Nut zu halten, und eine Feder 22 umfasst, die eine Kraft auf den Ringteil ausübt, die sowohl eine Komponente radial nach aussen als auch eine solche in axialer Richtung aufweist. Im vorliegenden Falle ist der Abstandhalterteil 21 als ein Gusseisenring dargestellt, der mit einer Umfangsnut 23 versehen ist, die zwei den Zylinder berührende Flansche 24 bildet.
Von der Nut 23 aus verläuft nach innen eine Anzahl Bohrungen 25, die es ermöglichen, dass- das zwischen den beiden Ringteilen abgekratzte Öl zum innern Teil der Kolbennut gelangt. Die An pressfeder 22 besteht aus einer Anzahl Teile 26, die sich gegen den Boden der Kolbennut stützen, und einer Anzahl mit den Teilen 26 abwechselnden Teile 27, die nach aussen gebogen sind, um gegen.' den innern Umfang der Leisten 14 zu drücken.;
Um die Ringteile 14 nach aussen zu drücken und gleichzeitig eine Abdichtung zwischen deri Ringteilen und den Seiten der Kolbennut zu be wirken, sind die Teile 27 der Feder 22 in einem Winkel zur Kolbenachse nach innen gebogen, wie bei 30 dargestellt ist.
So presst die Feder 22 unter dem nach aussen gerichteten Druck mit ihren Rand partien 30 die Ringteile nach aussen und an ihrem innern Umfang in Richtung gegen die Seitenwände der Kolbennut, nur damit die Abdichtung an den Seitenwänden der Nut erreicht wird.. Die abgerun dete innere Kante der Ringteile ermöglicht es diesen, auf den Seitenwänden der Nut und den Rand partien 30 der Feder leicht zu gleiten, während die abgerundeten äussern Kanten der Ringteile es ihnen ermöglichen, auf der Zylinderwand und den Seitenoberflächen des Abstandhalters 21 leicht zu gleiten.
In beiden, in der Zeichnung dargestellten Aus führungsformen ist der Winkel der gebogenen Rand partien 20 und 30 derartig, dass die Hauptkompo nente der von Spreiz- und Haltevorrichtung auf die Ringteile ausgeübten Kraft in radialer Richtung verläuft. Dadurch wird ein guter Kontakt zwischen den Ringteilen und der Zylinderwand sichergestellt, wo die dichtende oder schabende Wirkung des Ringes am nötigsten ist. An den Seiten der Nut kann genügende Abdichtung mit geringer Kraft erzielt werden, und der Winkel der Randpartien 20 und 30 in den betreffenden Ausführungsformen ist so ausgebildet, dass eine Kraftkomponente entspre chender Grösse erzielt wird..
Es ist festgestellt wor den, dass Maschinen verschiedener Bauart verschie dene Winkel für diese Teile benötigen, doch wird in allen geprüften Maschinen die Hauptkraftkömpo- nente radial ausgeübt und die kleinere Kraftkompo nente axial. Im vorliegenden Falle beträgt der Winkel der abgebogenen Randpartien 20 und 30 in bezug auf die Kolbenachse ungefähr 15 , doch ist die Erfindung keinesfalls auf diesen Winkel be schränkt.
Aus der vorangehenden .Beschreibung ist es offensichtlich, dass ein neuartiger Kolbenring ge schaffen worden ist, der als Ölabstreifring verwen det werden kann und der für die Lenkung des Öl flusses besonders wirksam ist. Da die Ringteile beider Ausführungsformen eine Abdichtung an den Seiten der Nut bewirken, wird das Öl daran ge hindert, durch hohes Vakuum vom Grund der Nut in den Zylinder gezogen zu werden. Obwohl die Ringteile die Seiten der Rille berühren, wird un nötig hohe Reibung zwischen den Ringteilen und den Seiten sowie zwischen den Ringteilen und an dern Teilen des Kolbenringes vermieden.
Piston ring The present invention relates to a piston ring in general and an oil control ring for an internal combustion engine in particular.
The aim of the invention is to create a new piston ring which is particularly suitable as an oil control ring and which ensures effective control of the oil flow.
In particular, a new piston ring is to be created which is suitable for use as an oil control ring and which prevents the flow of oil between the sides of the grooves in the piston and the ring component, especially when working with a high vacuum.
In the accompanying drawings, two Ausfüh approximately examples of the subject invention are illustrated. 1 shows an enlarged radial cross section of a piston ring according to the invention in its position within an annular groove of a piston, FIG. 2 shows a perspective partial view of the piston ring shown in FIG. 1,
FIG. 3 shows a representation similar to FIG. 1 of another embodiment, and FIG. 4 shows a partial plan view of the piston ring shown in FIG. 3 in section along the line 4-4 in FIG. 3.
In the usual ring design, regardless of whether it is a single-part or multi-part design, there is little play between the ring and the sides of the groove in the piston so that the ring can expand freely and the Can adjust the cylinder wall closely. It has been found, however, that many of the newer machines used in automobiles that are in a high vacuum condition have excessive oil consumption when the conventional piston rings are used.
The usual design of the oil control rings provides openings which allow the oil scraped from the cylinder walls to flow into the interior of the groove and from there back to the crankcase through channels located in the piston and extending from the bottom part of the groove.
On closer inspection of machines with common piston rings it has been found that the large oil consumption is a result of the fact that the oil located on the bottom of the groove behind the piston ring through the clearance between the ring and the side of the groove; in particular on the upper side of the groove, through which the high vacuum occurring in the cylinder is drawn out.
The embodiment therefore represents a piston ring construction that causes a seal on the sides of the groove, in particular on the upper side; and which thereby prevents the oil from being drawn outwards at this point through the clearance mentioned. Although a seal on the upper side of the groove is sufficient to prevent the outward flow of oil due to the high vacuum, there are two reasons to provide a seal on both sides of the groove in the preferred embodiment.
So with a piston ring consisting of several details, the individual parts for sealing only have to be mounted on the upper side of the groove in a predetermined manner so that. the sealing takes place more on the upper than on the lower side of the groove. If further a seal on the lower side is not seen before, more oil can penetrate into the inner part of the groove than if the ring provided a seal on the lower side.
By making the ring symmetrical with respect to the two sides of the groove, there is less risk of the elements of the ring being assembled incorrectly and a seal is achieved on the top of the groove where it is most needed, such as the ring may also be inserted. The seal on the lower side of the groove also prevents excessive oil from penetrating the rear part of the groove.
The seal on the side wall of the groove must also be such that it does not generate so much friction that the ring cannot easily expand and contract along the cylinder wall. The parts of the piston ring must also be shaped so that they can move easily with one another without unnecessary friction, depending on whether this is required during contraction and expansion.
Both embodiments shown here use a pair of ring parts contacting the cylinder. Such normally manufactured ring members have two properties that make them suitable for proper operation of the piston rings disclosed herein. Thus the ring parts of the type under consideration are usually made with rounded corners. Such corners slide easily along any parts they touched and do not seize up as can occur with sharp corners.
In the manufacture of ring parts of this type, the metal blank is obtained in the form of a straight strip which is cut to the desired length and then bent on edge so that it essentially forms a circle when it is enclosed in the cylinder. During this bending, the metal on the inner circumference of the ring parts is compressed, while the metal on the outer circumference is stretched. This generally gives the ring member a tendency to assume a conical shape.
This tendency is used in the present embodiment forms to bring the ring parts preferably with their inner circumference against the side walls of the groove in contact.
In both of the embodiments shown here, the piston ring comprises a pair of such ring parts with a spacer to hold the ring parts axially spaced near the side walls of the groove. Despite the execution shown here forms with a pair of ring parts, a piston ring can of course also be used, which consists of only a single ring part and an expanding and holding device on a side wall of the groove.
In both constructional forms of the piston ring, ie with two or only one ring part, a spreading and holding device can either be of the circumferentially expanding type or comprise a separate spacer or an adjusting element and a spring.
In the drawing, a cylinder wall is denoted by 10 and a piston provided with a piston ring groove 12 is denoted by 11. At the bottom of the groove 12, a number of drainage holes can be provided, one of which is indicated at 13, the drainage holes serving to guide the accumulating oil back through the piston to the crankcase of the machine.
The embodiment shown in Fig. 1 and 2 comprises a pair of ring parts 14, which are arranged on the side walls of the groove - and are obtained in this position by a Spreiz- and Haltevorrich device, which is generally designated by 15, circumferentially expandable part consists. In the preferred embodiment, the part 15 consists of a plurality of circumferentially spaced U-shaped webs 16, which are connected by two rows of ring sections 17 that are axially spaced. The part 15 is inserted between the two ring parts 14 and holds them on the opposite side walls of the groove.
The axial height of the part 15 plus the thickness of the two ring parts 14 is dimensioned such that there would normally be a small clearance between the ring parts and the side walls of the groove if the ring parts were to lie flat on the sides of the part 15.
Such clearance would normally allow oil to be drawn from the interior of the groove via the top ring portion 14 when a high vacuum occurs in the machine cylinder. In order to prevent this, the spreading and holding device 15 is shaped so that it can be supported at least the upper ring part and preferably both ring parts on the relevant adjacent side of the groove.
The ring parts are preferably only supported on their inner circumference against the sides of the groove, so that there is no excessive friction, although sealing is achieved at this point.
For this purpose, the expanding and holding device is set up so that it presses both radially outward and axially on the inner circumference of the ring parts. In order to achieve this effect, the ring sections 17 are bent at the inner edge of both ring parts so that the bent edge parts 20 under the spreading force of part 15 at an angle, a (Fig. 1) with respect to the piston axis against the ring parts 14 to press. Thus, the spreading and holding member 15 exerts both a radially outwardly directed force component on the ring parts 14, so that they adapt to the contour of the cylinder wall, as well as a force component directed axially onto the inner circumference of the ring part.
Because of the previously described tendency of the ring parts to assume a conical shape, the axial force exerted by the part 15 on the ring parts results in the ring part being given a conical shape as clearly shown in FIG. Therefore, only the inner peripheral or edge portion of the ring members 14 press against the side wall of the groove to achieve sealing and there is very little friction so that the ring members can easily expand and contract to conform to the outline of the cylinder walls consequences.
The rounded inner, on the edge parts 20 of the ring sections 17 pressing edge of the ring parts also causes only very little friction, so that the part 15 expand slightly in the circumferential direction and therefore move circumferentially with respect to the ring parts during the expansion and contraction can. The outer rounded edge of the ring parts offers a slightly sliding surface that presses against the cylinder wall, regardless of whether the ring part lies flat on the sides of part 15 or is conical, as shown in FIG.
The embodiment shown in Fig. 3 and 4 is similar to that shown in Figs. 1 and 2 and works in essentially the same way, except that the spreader and holding device is a spacer part 21 which is inserted between the two ring parts in order to hold them on the side walls of the groove, and comprises a spring 22 which exerts a force on the ring part which has both a component radially outward and such in the axial direction. In the present case, the spacer part 21 is shown as a cast iron ring which is provided with a circumferential groove 23 which forms two flanges 24 in contact with the cylinder.
A number of bores 25 extend inward from the groove 23, which allow the oil scraped off between the two ring parts to reach the inner part of the piston groove. On the compression spring 22 consists of a number of parts 26, which are supported against the bottom of the piston groove, and a number of parts 27 alternating with the parts 26, which are bent outward to counter. to press the inner circumference of the strips 14 .;
In order to push the ring parts 14 outwards and at the same time to act as a seal between the ring parts and the sides of the piston groove, the parts 27 of the spring 22 are bent inwards at an angle to the piston axis, as shown at 30.
So the spring 22 presses under the outward pressure with its edge parts 30 the ring parts outward and on their inner circumference in the direction against the side walls of the piston groove, only so that the seal on the side walls of the groove is achieved .. The rounded inner Edge of the ring parts allows them to slide easily on the side walls of the groove and the edge parts 30 of the tongue, while the rounded outer edges of the ring parts allow them to slide easily on the cylinder wall and the side surfaces of the spacer 21.
In both of the embodiments shown in the drawing, the angle of the curved edge parts 20 and 30 is such that the main component of the force exerted by the spreading and holding device on the ring parts runs in the radial direction. This ensures good contact between the ring parts and the cylinder wall where the sealing or scraping effect of the ring is most needed. Sufficient sealing can be achieved on the sides of the groove with little force, and the angle of the edge portions 20 and 30 in the respective embodiments is designed so that a force component of a corresponding size is achieved.
It has been established that machines of different designs require different angles for these parts, but in all machines tested the main force component is exerted radially and the smaller force component axially. In the present case, the angle of the bent edge portions 20 and 30 with respect to the piston axis is approximately 15, but the invention is in no way limited to this angle.
From the preceding description it is evident that a new type of piston ring has been created which can be used as an oil control ring and which is particularly effective for directing the flow of oil. Since the ring parts of both embodiments create a seal on the sides of the groove, the oil is prevented from being drawn into the cylinder from the bottom of the groove by high vacuum. Although the ring parts touch the sides of the groove, unnecessarily high friction between the ring parts and the sides and between the ring parts and other parts of the piston ring is avoided.