DE3934795C1

DE3934795C1 - Piston ring and piston groove - has radial passages in piston ring lower flank, unconnected in peripheral direction

Info

Publication number: DE3934795C1
Application number: DE19893934795
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 5090 Leverkusen De Stecher
Original assignee: Individual
Current assignee: Stecher Friedhelm 26386 Wilhelmshaven De
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2009-10-20

Abstract

The piston ring for i.c. engine has rectangular cross section and a circular axial step (2) on the underside. The radial width of the step is between 10 and 80 per cent of the radial piston ring width. When, due to mechanical or thermal action, the piston ring is axially twisted, the step allows radial leakage into the piston ring groove without friction contact with the axial sides of the groove. A similar step (1) can be provided for the inside edge of the same piston ring face. ADVANTAGE - Reduce wear.

Description

Kolbenringe in Verdichtern und in Verbrennungsmotoren haben die Aufgabe, gegen Gas abzudichten. Sie liegen dabei in einer Nut des Kolbens und werden durch Eigen spannung und Gasdruck sowohl gegen die Zyliinderlauf fläche als auch die Unterflanke gedrückt.Piston rings in compressors and in internal combustion engines have the task of sealing against gas. they lay thereby in a groove of the piston and become own voltage and gas pressure both against the cylinder barrel surface as well as the lower flank pressed.

Je nach Betriebsweise dieser Maschinen entsteht ein sehr unterschiedlich hoher Verschleiß der Kolbenring lauffläche und der Zylinderlauffläche, der zu einer Beschränkung der Lebensdauer bzw. zum Einsatz ver schleißfester Oberflächenschichten geführt hat.Depending on the mode of operation of these machines, a very different levels of wear on the piston ring tread and the cylinder tread leading to a Limitation of service life or use ver wear-resistant surface layers.

Auch sind Kolbenringe mit äußeren Entlastungskanälen zwar bekannt (US 13 54 548), aber nur in Verbindung mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut innerhalb der Flanke. Die erfindungsgemäßen einzelnen Überströmkanäle haben dagegen die Aufgabe, den Ring nur örtlich undicht werden zu lassen. Die dort dargestellte Form der Über strömkanäle in Verbindung mit der umlaufenden Nut soll dagegen die Abdichtung der Flanken verbessern, indem eingedrungenes Gas entspannt und abgeleitet wird.Also piston rings are with outer Relief channels are known (US 13 54 548), but only in connection with one running in the circumferential direction Groove inside the flank. The individual according to the invention Overflow channels have the task, however, only the ring leak locally. The form of over represented there flow channels in connection with the circumferential groove should improve the sealing of the flanks, by relaxing and draining gas that has entered becomes.

Nach einem anderen Vorschlag (US 13 65 348) verlaufen radial angebrachte Kanäle über die gesamte Flanken breite, so daß diese Flanke bewußt keine Gasabdichtung unabhängig von ihrer Neigung gegenüber der Nutflanke ermöglicht.According to another proposal (US 13 65 348) run radially attached channels over the entire flanks wide so that this flank deliberately has no gas seal regardless of their inclination towards the groove flank enables.

Die in der Patentschrift DE-PS 35 38 978 C1 darge stellte nach innen verlaufende Verjüngung der Ring unterflanke wird nicht in Verbindung mit Maßnahmen gegen die Außenauflage der Ringunterflanke verbunden.The Darge in the patent DE-PS 35 38 978 C1 put inward tapering the ring lower edge is not in connection with measures connected to the outer surface of the ring lower flank.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Ursache für den er höhten Verschleiß zu beseitigen.The object of the invention is to find the cause for which he eliminate excessive wear.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. in stationären Verhältnissen und hohem Druck, der Kolben sich thermisch und mechanisch verformt und damit die Kolbennut ebenfalls eine geometrische Änderung erfährt. Dies führt häufig zu kleinen Winkelveränderungen der Nutflanke sowohl nach oben als auch nach unten. Ist der Kolbenring innerhalb dieser Nut gut eingelaufen, so daß er auf der ganzen Unterflanke aufliegt, so muß er diese Bewegungen mitmachen, die sich damit auf die Lauffläche übertragen. The invention is based on the knowledge that under certain operating conditions, such as. B. in stationary conditions and high pressure, the piston deforms thermally and mechanically and thus the Piston groove also undergoes a geometric change. This often leads to small changes in the angle of the Groove flank both upwards and downwards. Is the piston ring has run in well within this groove, so that it rests on the entire lower flank, so must he join in with these movements that affect the Transfer tread.

Wenn sich z. B. die Nutflanke nach außen neigt, dann wandert der Anlagepunkt auf der Kolbenringlauffläche weit nach oben. Dadurch entsteht eine unnötig hohe Zusatzbe lastung, die zu einem starken Verschleißanstieg der Laufflächen von Kolbenring und Zylinderwand führt. Ist dagegen die Nutflanke nach außen steigend, so daß sich die Ring- und Nutflanke nur im äußeren Bereich berühren, dann wandert der Anlagepunkt auf der Kolbenringlauffläche nach unten. Dadurch entsteht die Gefahr des radialen Kollabierens. Die erfinderische Lösung dieses Problems besteht darin, daß der Kolbenring durch annähernd radial verlaufende Überströmkanäle im äußeren Bereich der Unterflanke den Ring örtlich stark undicht werden lassen, sobald eine Flanke auf der äußeren Kante aufliegt. Durch diese axiale Undichtheit wird ein radiales Kollabieren des Ringes verhindert. Durch eine zusätzliche innere Flankenfase kann der Ring gegen eine nach außen abfallende Nutflanke unempfind licher gemacht werden.If z. B. the groove flank tends to the outside, then the contact point moves far on the piston ring running surface up. This creates an unnecessarily high additional load load, which leads to a sharp increase in wear Leads of piston ring and cylinder wall. Is on the other hand, the groove flank rising outwards, so that the Then only touch the ring and groove flank in the outer area, then the contact point moves on the piston ring running surface below. This creates the risk of radial Collapse. The inventive solution to this problem is that the piston ring by approximately radial extending overflow channels in the outer area of the Under the flank, the ring will leak locally leave as soon as a flank on the outer edge lies on. Due to this axial leak, a radial collapse of the ring prevented. By the ring can have an additional inner flank insensitive to a groove flank falling outwards be made lighter.

Die radiale Erstreckung der Überströmkanäle richtet sich nach der Verschleißform der Flanken von Kolben ring und Nut und beträgt im wesentlichen zwischen 20 und 50% der Flankenbreite. The radial extension of the overflow channels directs the shape of the flanks of pistons ring and groove and is essentially between 20 and 50% of the flank width.

Die radiale Breite der tragenden Flankenfläche, von der Lauffläche aus betrachtet, beträgt mindestens 20% mehr als die für die Gasdruckbeaufschlagung bei Nenndrehzahl nötige Flankenbreite zum Ausgleich der nach ben wirkenden Massenkraft.The radial width of the bearing flank surface, from viewed from the tread is at least 20% more than that for gas pressurization Flank width necessary to compensate the nominal speed after ben acting mass force.

Fig. 1 zeigt einen Ringquerschnitt mit Innenfase (1) an der Unterflanke und Überströmkanal (2) zur Lauf fläche (4) hin. Fig. 1 shows a ring cross section with inner chamfer ( 1 ) on the lower flank and overflow channel ( 2 ) to the running surface ( 4 ).

Claims

1. Piston ring and piston groove, characterized in that the lower flank of the piston ring in the outer region has approximately radially extending channels which are not connected to one another in the circumferential direction.

2. piston ring and piston groove, characterized in that the lower flank the piston groove approximately in the outer area has radially extending channels, which in each other in Circumferential direction are not connected.

3. piston ring and piston groove according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the overflow channels in the Outer surfaces of the lower flanks of the ring or piston nut over a flank width of at least 10% and a maximum of 80% of the load-bearing flanks extend wide and the channel depth at least twice as high as the expected flank wear, and that the free flow cross section is at least 10% of the Dead space cross section between 1st and 2nd ring at the bottom plant is.

4. piston ring and piston groove according to claims 1 to 3, characterized in that the lower edge of the Piston ring in the inner part with an extension of about a third to two thirds of the total Edge width by an inclination or by a Paragraph is withdrawn so far that a touch tion even when the groove flank is tilted is not possible in this area. The main one radial flank width should be at least 20% larger than for the gas pressurization at nominal speed necessary flank surface to balance the mass force be executed.

5. A piston ring according to any one of voerhergehenden claims, characterized in that the lower edge an inner bevel or a recess in the inner edge surface which / ₃ extends at the abutting ends over approximately ^_1/3 to ² of the radial width of the ring and in the region up to approx. 90 ° from the butt ends.

6. Piston ring according to one of the preceding claims with a radially tapering cross-section towards the butt ends, characterized in that in the region of the radial taper, max. per but to about 90 ° from the shock removed, the ring lower edge in the inner part by an inclined position or a paragraph about ^_1/3 to ^_2/3 of each existing flank width is so far to be withdrawn, that a contact in the inclined state of the groove flank in this area is not possible, the remaining radially outer gas-pressurized flank area must be able to hold the ring against the upward inertia force on the lower flank.