DE1271476B

DE1271476B - Piston ring assembly

Info

Publication number: DE1271476B
Application number: DE19641271476
Authority: DE
Inventors: Theodore P Rodenkirchen
Original assignee: SKF Automotive Products Inc
Current assignee: SKF Automotive Products Inc
Priority date: 1964-03-17
Filing date: 1964-03-17
Publication date: 1968-06-27

Description

Kolbenringanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenringanordnung, bestehend aus einem Paar Scheibenringe und einem vom Grund der Ringnut freien Abstands-und Spreizring, der wellenförmig ausgebildet ist, wobei die radial außenliegenden Wellenbereiche als axiale Unterstützung für die Scheibenringe dienen und die radial innenliegenden Bereiche Stege aufweisen, welche die Scheibenringe radial nach außen drücken und deren Berührungskanten bzw. -flächen sich auf der Innenseite der Scheibenringe axial erstrecken. Derartige Kolbenringanordnungen eignen sich sowohl als Ölabstreifringe allein als auch als kombinierte Ölabstreif- und Verdichtungsringe für Brennkraftmaschinen.Piston ring assembly The invention relates to a piston ring assembly, consisting of a pair of washer rings and a spacer and free from the base of the ring groove Expanding ring, which is formed in a wave-like manner, with the radially outer wave regions serve as axial support for the disc rings and the radially inner ones Areas have webs which press the disk rings radially outward and whose contact edges or surfaces are axially on the inside of the disk rings extend. Such piston ring arrangements are suitable both as oil control rings alone and as combined oil control and compression rings for internal combustion engines.

Es sind bereits Abstands- und Spreizringe für die genannten Kolbenringanordnungen bekannt, die als mäanderförmige tangential und radial federnde Spannfedern zum Abstützen von scheibenförmigen Kolbenringen dienen und bei denen die äußeren Wellenbereiche die Kolbenringe in axialer Richtung abstützen und Stege an den inneren Wellenbereichen die Kolbenringe radial nach außen drängen.There are already spacer and expanding rings for the piston ring assemblies mentioned known as meander-shaped tangential and radially resilient tension springs for support of disc-shaped piston rings are used and in which the outer shaft areas support the piston rings in the axial direction and webs on the inner shaft areas push the piston rings radially outwards.

Diese Stege entstehen durch axiale Verbreiterung der inneren Krümrnungsscheitel und sind entweder so breit, daß ihre bereits radial gerichteten abgeschrägten Endflächen auf die Kolbenringe einwirken, oder bei einem gradlinigen Verlauf sind sie verhältnismäßig kurz und wirken mit ihren ebenfalls abgeschrägten Seitenflächen auf die Kolbenringe ein.These webs are created by axially widening the inner curvature apex and are either so wide that their already radially directed beveled end faces act on the piston rings, or if they are straight, they are proportionate short and act with their also beveled side surfaces on the piston rings a.

Diese bekannten Abstands- und Spreizringe weisen aber die Nachteile auf, daß sie einmal auf die Kolbenringe mit verhältnismäßig breiten Auflageflächen einwirken, wodurch zwischen den Abstands- und Spreizringen und den dazugehörigen Kolbenringen erhöhte Reibungswiderstände wirken und eine gegenseitige Behinderung der jeweiligen Bewegungen stattfindet, die Ansprechempfindlichkeit herabgesetzt und die selbstausgleichende Federbewegung behindert wird, und zum anderen die innere Wellenkrümmung unnötig nachgiebig und federnd wird, wodurch ein schwer abstimmbarer und zu geringer Expansionsdruck auftritt.However, these known spacer and expanding rings have the disadvantages on that they once on the piston rings with relatively wide contact surfaces act, whereby between the spacer and expanding rings and the associated Piston rings have increased frictional resistance and act as a mutual hindrance of the respective movements takes place, the responsiveness is reduced and the self-balancing spring movement is hindered, and on the other hand the inner one Wave curvature becomes unnecessarily resilient and resilient, making it difficult to tune and the expansion pressure is too low.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Abstands- und Spreizrings, bei dem die vorgenannten Nachteile nicht mehr auftreten und der infolge einer punktförmigen Berührung ein Minimum an Reibung zwischen den Kolbenringen und dem jeweiligen Abstands- und Spreizring und die damit verbundenen Vorteile aufweist und bei dem durch die Steifheit der inneren Wellenkrümmung der Expansionsdruck hauptsächlich von den äußeren Wellenkrümmungen abgefedert wird, welche die größeren Schwenkhebelarme aufweisen, und zwar ohne daß der Abstands- und Spreizring durch unnötige Nachgiebigkeit zu weich wird.The object of the invention is therefore to create a spacing and Expansion ring, in which the aforementioned disadvantages no longer occur and as a result a point-like contact with a minimum of friction between the piston rings and the respective spacer and expanding ring and the associated advantages and in which by the rigidity of the inner wave curvature, the expansion pressure mainly is cushioned by the outer wave curvatures, which the larger swivel arm arms have, without the spacer and expanding ring by unnecessary flexibility becomes too soft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die radial innenliegenden Wellenbereiche einschließlich der Stege eine Gegenkrümmung aufweisen, deren Radius kleiner als der Innenradius der Scheibenringe ist.This object is achieved in that the radial inner shaft areas including the webs have a counter-curvature, whose radius is smaller than the inner radius of the disc rings.

Zur Erzeugung eines Axialdrucks auf die Scheibenringe können vorteilhafterweise die Stege (Lappen) an ihren den Scheibenringen zugewandten Seiten in axialer Richtung abgeschrägt oder konvex ausgebildet sein.To generate an axial pressure on the disk rings can advantageously the webs (tabs) on their sides facing the disk rings in the axial direction be beveled or convex.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Streifen aus Federmaterial, welche das sich an beiden Streifenkanten ständig wiederholende Muster veranschaulicht, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kolbenringanordnung, bei welcher der obere Scheibenring zwecks Veranschaulichung des Abstands- und Spreizrings entfernt ist, F i g. 4 einen Schnitt durch die Kolbenringanordnung längs der Linie 4-4 in F i g. 3, F i g. 5 eine Aufsicht auf einen anderen Streifen aus Federmetall mit -den Merkmalen der Erfindung, der sich an Stelle desienigen gemäß F i g. 1 anwenden läßt, F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5, F i g. 7 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Kolbenringanordnung gemäß F i g. 5 und 6, bei welcher der obere Scheibenring entfernt ist, F i g. 8 einen Schnitt durch die Kolbenringanordnung längs der Linie 8-8 in F i g. 7, F i g. 9 eine Aufsicht auf einen noch anderen Streifen aus Federmaterial mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9 und F i g. 11 eine Aufsicht auf den Streifen gemäß F i g. 9 nach dessen Wellung.In the following are exemplary embodiments of the invention with reference to the drawings described in more detail. It shows F i g. 1 a plan view of a strip of spring material, which illustrates the repetitive pattern on both edges of the stripe, F i g. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1, Fig. 3 a supervision a piston ring assembly according to the invention, in which the upper disc ring for the purpose Illustration of the spacer and expansion ring is removed, FIG. 4 a section through the piston ring assembly along line 4-4 in FIG. 3, F. i g. 5 is a plan view of another strip of spring metal with the features of the invention, which instead of desienigen according to FIG. 1 can be applied, F i g. 6 shows a section along the line 6-6 in FIG. 5, Fig. 7 a top view of the Piston ring assembly according to the invention according to FIG. 5 and 6, in which the upper Disc ring is removed, F i g. 8 shows a section through the piston ring arrangement along line 8-8 in FIG. 7, fig. 9 is a plan view of yet another strip made of spring material with the features of the invention, F i g. 10 a section along the line 10-10 in Fig. 9 and Fig. 11 shows a plan view of the strip according to FIG G. 9 after its corrugation.

Gemäß den F i g. 1 und 2 besteht der erfindungsgemäße Abstands- und Spreizring aus einem Streifen 10 aus Federmetall, der vorzugsweise an seiner Stirnseite an beiden Kanten bei 11 und 12 abgeschrägt ist. Der Abschrägungswinkel liegt vorzugsweise bei etwa 7°. Die Breite der Abschrägung hängt von der Stärke der Scheibenringe ab, mit denen zusammen der Abstands- und Spreizring verwendet werden soll, d. h. von der Breite der Fläche des jeweiligen Scheibenrings, der mit der abgeschrägten Kante 11 bzw. 12 in Berührung gelangen soll. Der Streifen 10 ist an seiner Ober- und Unterkante je mit einem sich wiederholenden Muster bogenförmiger Ausnehmungen 13 und 15 bzw. 14 und 16 versehen, die zwischen sich kurze Flachseiten 17 bzw. 18 festlegen, da sie nicht tatsächlich ineinander übergehen. Die Flachseiten 17 und 18 bilden die Kontaktstellen mit den Scheibenringen und haben eine Länge von etwa 0,25 mm. Sie dienen also zur Abstandhaltung der Scheiben 30, 31.According to FIGS. 1 and 2, the spacer and expanding ring according to the invention consists of a strip 10 made of spring metal, which is preferably beveled on its end face at both edges at 11 and 12. The taper angle is preferably about 7 °. The width of the bevel depends on the thickness of the disc rings with which the spacer and expansion ring is to be used, ie on the width of the surface of the respective disc ring which is to come into contact with the beveled edge 11 or 12. The strip 10 is provided on its upper and lower edge with a repeating pattern of arcuate recesses 13 and 15 or 14 and 16, which define short flat sides 17 and 18 between them, since they do not actually merge into one another. The flat sides 17 and 18 form the contact points with the disk rings and have a length of about 0.25 mm. They therefore serve to keep the disks 30, 31 spaced.

Gemäß F i g. 3 ist der Streifen 10 gewellt ausgebildet, wobei diese Wellungen auf das sich wiederholende Muster an den Scheibenringkanten ausgerichtet sind, so daß der Abstands- und Spreizring eine Anzahl von Krümmungen aufweist, welche innenliegende Wellenbereiche 20 und außenliegende Wellenbereiche 21 bilden. Die außenliegenden Wellenbereiche 21 weisen an ihren Scheitelpunkten die Flachseiten 17 und 18 auf, während die Stege 23 und 24 am Scheitelpunkt der innenliegenden Wellenbereiche 20 angeordnet sind. Die innenliegenden Wellenbereiche 20 weisen außerdem eine Gegenkrümmung 25 auf, wodurch die innenliegenden Wellenbereiche 20 des Abstands- und Spreizrings in Axial-und Umfangsrichtung versteift werden.According to FIG. 3, the strip 10 is corrugated, these corrugations being aligned with the repeating pattern on the disc ring edges so that the spacer and expanding ring has a number of curvatures which form inner corrugation areas 20 and outer corrugation areas 21. The outer corrugated areas 21 have the flat sides 17 and 18 at their apexes, while the webs 23 and 24 are arranged at the apex of the inner corrugated areas 20 . The inner shaft regions 20 also have a counter-curvature 25, as a result of which the inner shaft regions 20 of the spacer and expanding ring are stiffened in the axial and circumferential directions.

Die Stege 23 und 24 erstrecken sich über die einander gegenüberliegenden Innenflächen der Scheibenringe 30 und 31 hinaus, so daß die abgeschrägten Kanten 11 und 12 mit dem Innenumfang der beiden Scheibenringe 30 bzw. 31 in Berührung gelangen. Die Gegenkrümmung 25 legt infolge ihrer Ausbildung bei 11 und 12 je eine kegelmantelförmige Fläche fest, die am Innenumfang des betreffenden Scheibenrings anliegt. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, bilden die außenliegenden Wellenbereiche 21 die nachgiebigen Abschnitte des Abstands- und Spreizrings. Die außenliegenden Wellenbereiche 21 bilden somit die Federn, die in zusammengesetztem Zustand eine in Umfangsrichtung wirkende Ausdehnungskraft ausüben, wenn die Scheibenringanordnung in einen Zylinder eingesetzt ist. Diese in. Umfangsrichtung wirkende Ausdehnkraft hat zur Folge, daß die abgeschrägten Kanten 11 und 12 eine radial auswärts gerichtete Kraft und eine axial gerichtete Kraft auf die Scheibenringe 30 und 31 ausüben, wobei die Radialkraft die Außenkanten der Scheibenringe 30 und 31 in Berührung mit der Zylinderwand und die Axialkraft die Scheibenringe 30 und 31 in Berührung mit den Seitenwänden der im Kolben vorgesehenen Ringnut bringt.The webs 23 and 24 extend beyond the opposing inner surfaces of the disk rings 30 and 31 so that the beveled edges 11 and 12 come into contact with the inner circumference of the two disk rings 30 and 31, respectively. As a result of its formation at 11 and 12, the counter-curvature 25 defines a cone-shaped surface that rests on the inner circumference of the disc ring in question. As is readily apparent, the outer shaft regions 21 form the flexible sections of the spacer and expansion ring. The outer shaft regions 21 thus form the springs which, in the assembled state, exert an expansion force acting in the circumferential direction when the disk ring arrangement is inserted into a cylinder. This circumferential expansion force causes the beveled edges 11 and 12 to exert a radially outward force and an axially directed force on the disk rings 30 and 31, the radial force exerting the outer edges of the disk rings 30 and 31 in contact with the cylinder wall and the axial force brings the disc rings 30 and 31 into contact with the side walls of the annular groove provided in the piston.

Der Abstands- und Spreizring gemäß der abgewandelten Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 ist ähnlich wie der Abstands- und Spreizring nach den F i g. 1 bis 4 aufgebaut und besteht aus einem Streifen 40 aus Federstahl, der an seinen beiden Kanten ein sich wiederholendes Muster von Ausnehmungen aufweist, welches so angeordnet ist, daß sich die abgeschrägten Kanten 41 und 42, die gemäß F i g. 8 auf die Ringscheiben 55 und 56 wirken, an den Stegen 43 und 44 befinden. In der einen Streifenkante sind bogenförmige Ausnehmungen 45 und 47 und in der anderen Streifenkante sind bogenförmige Ausnehmungen 46 und 48 vorgesehen, welche Steuerpunkte 49 bzw. 50 festlegen. Im Hinblick auf Herstellungstoleranzabweichungen befinden sich die Punkte 49 und 50 nicht genau an der Überschneidungsstelle zwischen den Ausnehmungen 45 und 47 bzw. 46 und 48. Die bogenförmige Ausnehmung 46 ist mit der Ausnehmung 47 und die bogenförmige Ausnehmung 45 ist mit der Ausnehmung 48 spiegelgleich. Die gestrichelte Linie A-B in F i g. 5 deutet die Streifenmittellinie an.The spacer and expanding ring according to the modified embodiment according to FIGS. 5 and 6 is similar to the spacer and expanding ring according to FIGS. 1 to 4 and consists of a strip 40 of spring steel, which has a repeating pattern of recesses on its two edges, which is arranged so that the beveled edges 41 and 42, which according to FIG. 8 act on the annular disks 55 and 56, are located on the webs 43 and 44. In one edge of the strip arcuate recesses 45 and 47 are provided and in the other edge of the strip arcuate recesses 46 and 48 are provided which define control points 49 and 50, respectively. With regard to manufacturing tolerance deviations, points 49 and 50 are not located exactly at the point of intersection between recesses 45 and 47 or 46 and 48 . The dashed line AB in FIG. 5 indicates the center line of the stripe.

Gemäß F i g. 7 sind die im Abstands- und Spreizring ausgebildeten Wellen auf die Konfiguration der Streifenkanten ausgerichtet, so daß ein gewellter Ring mit außenliegenden biegsamen Wellenbereichen 51 und innenliegenden verhältnismäßig steifen Wellenbereichen 52 gebildet wird. Die innenliegenden Wellenbereiche weisen die erfindungsgemäße Gegenkrümmung 54 auf.According to FIG. 7 are those formed in the spacer and expanding ring Corrugations aligned with the configuration of the strip edges so that a corrugated Ring with flexible shaft portions 51 on the outside and relatively on the inside rigid wave regions 52 is formed. The inner wavy areas show the counter-curvature 54 according to the invention.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß den F i g. 9 und 10 weist der Abstands- und Spreizring 60 die abgeschrägten Kanten 61 und 62, bogenförmige Ausnehmungen 63, 65 und 64, 66 und zusätzlich gekrümmte Ausnehmungen 67 und 68 auf, so daß am Ende der Ausnehmungen 63 und 64 Steuerpunkte 69 und 70 entstehen. Diese Ausnehmungen bilden Entlüftungsöffnungen und einen biegsamen Abschnitt längs der Linie A'-B', der länger ist als der Abstand zwischen den Linien C'-C und D'-D', wobei dieser den eigentlichen biegsamen Abschnitt in Form der außenliegenden Wellenbereiche 76 des Abstands- und Spreizrings bildet. Der innenliegende Wellenbereich weist ebenfalls eine Gegenkrümmung 79 auf.In the embodiment of the invention according to FIGS. 9 and 10, the spacer and expansion ring 60 has beveled edges 61 and 62, arcuate recesses 63, 65 and 64, 66 and additionally curved recesses 67 and 68, so that control points 69 and 70 arise at the end of the recesses 63 and 64. These recesses form ventilation openings and a flexible section along the line A'-B 'which is longer than the distance between the lines C'-C and D'-D', this being the actual flexible section in the form of the outer shaft regions 76 of the Forms spacer and expansion ring. The inner shaft area also has a counter-curvature 79.

Claims

Claims: 1. Piston ring arrangement, consisting of a pair of disc rings and a spacer and expanding ring free from the base of the ring groove, which is wave-shaped, the radially outer shaft areas serving as axial support for the disc rings and the radially inner areas having webs which the Press disk rings radially outward and their contact edges or surfaces are inclined axially inward, characterized in that the radially inner shaft regions (20) including the webs (23) have a counter-curvature (25), the radius of which is smaller than the inner radius of the Disc rings (30, 31) is.

2. Piston ring arrangement according to Claim 1, characterized in that the webs (tabs) (23) on their disk rings (30, 31) facing sides sawn off in the axial direction or formed convex are. Documents considered: German Patent No. 1029 205; U.S. Patent Nos. 2,893,798, 3,004,811.