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Kolbenring _ Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring, insbesondere
Ölabstreifring, und betrifft einen derartigen Kolbenring, der aus einem unteren
und einem oberen flachen Scheibenring und einem zwischen beiden liegenden als in
Umfangsrichtung wirkende Druckfeder vom Ringnutboden frei liegenden Tragring besteht,
der die Scheibenringe axial in Abstand hält und sie radial nach außen drückt.
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Kolbenringe müssen, um eine Abdichtung zu erreichen, nach außen gegen
die Zylinderwand, d. h. aus der Ringnut heraus, im Sinne einer Umfangsvergrößerung
vorgespannt sein. Sie müssen außerdem, auch bei relativ starker Anpressung an eine
Seitenwand der Nut durch die Kolbenbewegung, an dieser Seitenwand gut gleiten können,
um die seitliche Kolbenbewegung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und der
Belastung des Kolbens ohne Abheben einzelner Abschnitte aus der dichten Anlage an
der Zylinderwand auszugleichen. Die Bewegung der Kolbenringe in der Kolbennut ist
zwar an sich sehr geringfügig und beträgt in der Regel nur wenige Hundertstel Millimeter,
jedoch sind die Auswirkungen der Reibung infolge der hohen Drücke und der häufigen
Lastwechsel bei gleichzeitigen extrem schwierigen Temperaturbedingungen außerordentlich
stark.
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Die allgemein bekannten geschlitzten Kolbenringe mit massivem Querschnitt
erfüllen die Forderungen nur in geringem Umfang, da sich die Krümmung des Ringes
mit zunehmendem Verschleiß und damit größerer Aufspreizung und/oder mit Temperaturwechsel
ändert und der Ring sich dabei mit Teilen seines Umfanges von der Zylinderwand etwas
anhebt, da das Krümmungsmaß des Kolbenringes dann nicht mehr genau mit dem Krümmungsmaß
der Zylinderwand übereinstimmt.
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Um diesen Mangel zu vermeiden, ist es bekannt, den Kolbenring mit
einem U-förmigen Querschnitt auszubilden und im Inneren einen Spreizfederring einzulegen,
der den Kolbenring gegen die Zylinderwand anpreßt. Durch den verminderten Querschnitt
und da das Material des Kolbenringes selbst nicht mehr die Federkraft für die Anlage
aufbringen muß und daher nachgiebiger sein kann, erfolgt eine verbesserte Anpassung
der Kolbenringkrümmung an die Zylinderwandkrümmung. Aber auch bei diesem bekannten
Kolbenring ist der Anpreßdruck gegen- die Zylinderwand um den Umfang des Kolbenringes
unterschiedlich. Auch eine andere.Ausführungsform derartiger nicht mit massivem
Querschnitt ausgebildeter Kolbenringe, die ein U-förmiges Profil mit einer Umfangsmittelrippe
im Steg des U-Profils zur Erhöhung der Federkraft -aufweisen, die sich jedoch mit
den freien Enden der Schenkel des U-Profils an die Zylinderwand anlegen, ermöglichen
keinen besseren Ausgleich des Anpreßdruckes am Umfang, da sie bei gleicher Federkraft
auch gleiche Elastizitätseigenschaften aufweisen wie Ringe mit massivem Querschnitt.
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Um einen gleichförmigeren Anpreßdruck zu erreichen, ist es bekannt,
den Kolbenring selbst durch entsprechende Einschnitte leicht biegbar und damit in
seiner Krümmung leicht anpreßbar zu machen und durch eine sich wellenförmig einerseits
gegen den Nutgrund und andererseits gegen die Innenseite des Kolbenringes abstützend
umlaufende Feder den Ring an einer Vielzahl von Punkten am Umfang nach außen anzupressen.
Ein Mangel dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß das Federelement bei der
seitlichen Bewegung des Kolbenringes, in Abhängigkeit von der seitlichen Bewegung
des Kolbens im Zylinder, am Nutgrund und an der Innenseite des Kolbenringes reibt,
was, insbesondere bei Leichtmetallkolben, sehr schnell zu Verschleißerscheinungen
führt. Dieser Verschleiß tritt auch bei einer bekannten Abwandlungsform auf, deren
Kolbenring aus einem Stützelement mit U-förmigem Querschnitt mit nach außen abgewinkelten
Enden der Schenkel und zwischen den Außenseiten der Schenkel des Stützprofils und
den Seitenwänden der Nut eingelegten Scheibenringen als eigentliches Dichtungselement
besteht, wobei die offene Seite des Querschnittes gegen den Nutgrund gerichtet ist.
Der Anpreßdruck wird dabei durch eine sich polygonartig abwechselnd am Nutgrund
und an der Innenseite des Stützringes abstützende Feder aufgebracht. Der Stützring
ist mit radialen Schlitzen versehen, um eine bessere Biegbarkeit und damit eine
gleichförmigere Verteilung des Anpreßdruckes auf
den Umfang zu ermöglichen.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Verschleiß, insbesondere am Nutgrund, erheblich.
Dieser Verschleiß fällt im Hinblick auf die bei neuzeitlichen Motoren geforderte
hohe Lebensdauer besonders stark ins Gewicht. Außerdem muß die Nut tiefer als normal
ausgebildet sein, um Platz für eine ausreichend starke Stützfeder zwischen dem eigentlichen
Kolbenring und dem Nutgrund zu schaffen, und außerdem eine innerhalb eines engen
Toleranzbereiches genaue Tiefe aufweisen, da die Nuttiefe die Zusammenpressung und
damit die Federkraft der Feder bestimmt: Um den Anpreßdruck des Kolbenringes ohne
Abstützung am Nutgrund bei besserer Verteilung des Anpreßdruckes um den Umfang zu
erreichen, ist es bekannt, den Kolbenring mit einer umlaufenden Schrauben-Druckfeder,
Wellen-Bandfeder od. dgl. zu versehen und als Dichtungselemente des Kolbenringes
Scheibenringe zwischen die umlaufende Druckfeder und die Seitenwände der Nut einzulegen,
wobei der Druckfederring sich an entsprechende Auskragungen des Querschnittes der
Scheibenringe anlegt, und diese durch seine in Längsrichtung, d. h. im Sinne einer
Verlängerung, entsprechend einer Umfangsvergrößerung, wirkende Federkraft nach außen
gegen die Zy-
linderwand anpreßt.
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Diese bekannte Anordnung ergibt zwar eire gleichförmige Verteilung
des Anpreßdruckes am Umfang der Zylinderwand, jedoch ist es schwierig, das Federelement
aus Draht mit rundem Querschnitt (Schraubenfeder) oder aus quer zur Längsrichtung
gebogenem Federband (Wellenfeder) wegen der entsprechend dem Umfang des Kolbenringes
großen Wirklänge der Feder so stark auszubilden, daß der erforderliche hohe Anpreßdruck
auch bei den z. $. bei Brennkraftmaschi= nen herrschenden hohen Betriebstemperaturen
sicher erreicht wird. Außerdem ist es schwierig, die Kolbenringe, die in der Regel
aus Gußwerkstoff bestehen und an den Stirnflächen überschliffen werden, mit der
rela= tiv komplizierten Querschnattsform herzustellen, wobei außerdem die Auflageftäche
des Kolbenringes an der Seitenwand der Nut durch die Auskragung vermindert wird
und der Kolbenring daher bei der Kolbenbewegung leicht schräg gestellt wird.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Kolbenring
zu schaffen, der eine möglichst weitgehende, gleichförmige Verteilung des Anpreßdruckes
über den Umfang ermöglicht und der gleichzeitig auch bei relativ kleinem Querschnitt
eine ausreichend große Federkraft zur Erzielung eines ausreichenden Anpreßdruckes
abgibt, Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Tragring in an sich
bekannter Weise U-förmig mit am Innenumfang liegenden, nach auswärts gebogenen Schenkelenden
und am Außenumfang des Ringes liegenden geschlitzten Stegen aus einem Bandzuschnitt,
der in einer Mäanderlinie verläuft, gelogen ist.
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Durch die Verwendung dieser m4anderartig gebogenen Feder als Stützring
wird in Biegerichtung das Querschnittsprofil hochkant zur Biegeachse gelegt und
daher bei gleichem Querschnitt ein wesentlich größeres Widerstandsmoment und damit
eine wesentlich größere Federkraft als bei quer zur Längsachse des Bandes gebogenen
Federn (Wellenfedern) erreicht. Es kann daher der bekannte U-förmige Stützring,
an dessen Außenseiten der Schenkel Scheibenringe als Dichtringe liegen, die durch
die erfindungsgemäße Abwandlung ohne Druckfeder zwischen Nutgrund und Stützring
eine für eine einwandfreie Abdichtung über den ganzen Umfang notwendige hohe Anpressung
bewirken. Die bei Scheibenringen gegenüber Kolbenringen mit breiter Anlagefläche
über die ganze Nuthöhe an sich größere Neigung zum Schrägstellen durch die Kolbenbewegung
und der damit verbundenen Kantenpressung wird durch Anlage der Scheibenringe fast
über die ganze Breite auf beiden Seiten weitgehend ausgeglichen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g, 1 einen Zuschritt für den Stützring,
F i g. 2 eine Schrägansicht eines Teils eines aus dem in F i g. 1 dargestellten
Zuschnitt fertiggebogenen Stützringes, F i g. 3, eine Draufsicht auf den in F i
g. 2 dargestellten Ringteil, und F i g. 4 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt
entlang der Linie 3-3 in F i g. 3.
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Der Kolbenring hat zwei axial im Abstand liegende Scheibenringe 60,
die an der Oberseite und an der Unterseite der Ringnut des Kolbens anliegen und
mit ihrer Außenkante an der .Zylinderwandung anliegen. Jeder Scheibenring 60 ist
aus einem flachen Metallstreifen, beispielsweise aus Stahl, hergestellt, und wie
üblich radial geschlitzt, Jeder Scheibenring hat eine Eigenelastizität, so daß er
von sich aus etwas Druck nach außen auf die Zylinderwand ausübt.
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Der sich federnd aufweitende Stützring übt einen Druck nach außen
auf den Innenumfang der Scheibenringe 40 aus und wirkt gleichzeitig als Abstandhalter
für diese Scheibenringe. Der Zuschnitt, aus dem der Stützring hergestellt ist, hat
die in F i g. 1 gezeigte Mäanderform, die durch Ausschneiden von Querschlitzen
61 aus einem Band gebildet wird. Die Schlitze 61 erstrecken sich abwechselnd
von den gegenüberliegenden Rändern des Bandes nach innen.
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Das Band wird dann entlang der gestrichelt in F i g. 1 angedeuteten
Längslinien zu einem U-förmigen Querschmitt (F i g. 4.) gebogen, Durch das Stanzen
und Biegen entstehen sa zwei Reihen von Stegen 62, die an der Oberseite und an der
Unterseite des Tragringen versetzt angeordnet und durch Axialstege 63 verbunden
sind. Der durch die Umfangsstege 62 und die Axialstege 63 gebildete U-förmige Querschnitt
liegt zwischen den Scheibenringen 60 und ist so bemessen,, daß er die Scheibenringe
in genauem axialem Abstand voneinander an der oberen und unteren Seitenwand der
Kolbenringnut in Anlage hält, Zur übertragung des Radialdruckes auf die Scheibenringe
60 sind die Umfangsstege 62 an ihrer Innenkante rechtwinklig nach
außen aufgebogen und bilden Flansche 64, die am Innenumfang der Scheibenringe
60 anliegen, Der Stützring ist in Ringform gekrümmt.