DE483916C - Aus einem Gussstueck bestehender, im Querschnitt rechteckiger Kolbenring - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenringe für Verbrennungskraftmaschinen und auf Verfahren zum Gießen solcher Kolbenringe und verfolgt den Zweck, hochgradig elastische Ringe herzustellen, deren Verschleißfläche frei ist von Stellen von solcher Härte, daß sie eine ungleichmäßige oder übermäßige" Abnutzung des Zylinders verursachen.

Es ist allgemein gebräuchlich, Kolbenringe dadurch herzustellen, daß ein rohrförmiges Gußstück aus einer Eisensorte angefertigt wird, die ein wenig weicher ist als das Metall, aus welchem die Zylinder gegössen werden. Das Rohr wird nach dem Aus*· bohren der Innen- und dem Abdrehen der Außenfläche in. schmale Stücke zerschnitten, welche dann geschliffen, zur Ermöglichung der Ausdehnung und Zusammenziehung auf der einen Seite aufgeschlitzt und so gestaltet werden, daß sie nach dem Aufbringen auf den Kolben in den Zylinder passen. Solche Ringe werden durch sorglose oder ungeschickte Arbeiter beim Einsetzen in die KoI-bennuten so leicht verdrillt, daß es bei der Herstellung von Ringen höherer Qualität gebräuchlich geworden ist, jeden Ring für sich zu gießen, in dem Bestreben, bessere! Gußstücke und in viel höherem Maße nachgiebige Ringe zu erzielen.

Wird ein kleines leichtes Gußstück in der gebräuchlichen Weise hergestellt, so weist es eine äußere Oberflächenschicht auf, die wegen rascher Abschreckung in der Form sehr hart ist. Wird diese harte Schicht nicht vollständig entfernt, so gibt es im ringförmigen Gußstück eine Stelle, die härter ist als der Zylinder; diese wirkt in dem Sinne, daß sie die Zylinderwandung ritzt. Wird die abgeschreckte Oberflächenschicht vollständig entfernt, so ist der Ring nicht mehr elastisch oder doch nur sehr viel weniger elastisch als ein Ring, der in der oben beschriebenen Weise durch Abschneiden von Teilstücken von einem Rohr hergestellt worden ist,

Um alle Vorzüge der einzeln gegossenen ' Ringe beizubehalten und gleichzeitig ihre Mängel zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein aus einem Gußstück bestehender, im Querschnitt rechteckiger Kolbenring derart ausgebildet, daß nach" der Bearbeitung durch Drehen und Schleifen (ohne Hämmern) seine Außenumfangsfläche und ein an diese grenzendes Stück einer jeden Seitenfläche aus Metall von geringerer Härte bestehen als dem des Zylinders, mit dem zusammen der Kolbenring benutzt wird, während die Oberflächenschicht des inneren Umfanges und des verbleibenden Stückes jeder Seitenfläche zwar aus dem nämlichen Werkstoff bestehen, je- = doch größere Härte aufweisen als die Oberflächenschicht des Außenumfanges.

Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist das Gußstück am äußeren Umfang viel breiter gemacht als auf seinem inneren Teil und der Durchmesser des Gußstückes größer ge-

halten als der des fertiggemachtem Ringes, so daß, wenn die Seitenflächen durch Bearbeitung parallel gemacht werden und der Ring bis zur richtigen Größe seines äußeren Umfanges abgedreht wird, die gesamte harte abgeschreckte Außenschicht des Gußstückes von der sich abnutzenden Ringfläche entfernt ist, während Teile der beiden Seiten und des inneren Umfanges eine OberfLächenschicht aus abgeschrecktem, hartem, elastischem Metall beibehalten·, welches als leinie Feder wirkt und den Ring nachgiebiger und weniger leicht verformbar macht als Ringe ohne solche Oberflächenschicht. Bei von der Innenseite her gehämmerten Ringen ist es bereits bekannt, daß die Oberflächenbeschaff einheit an der Innenfläche eine andere ist als auf der Außenseite, obgleich der Ring durchweg aus dem gleichen Werkstoff 'besteht. Bei rechteckigem. Querschnitt führt das Hämmern, von der Innenseite her zum, Auftreten vereinzelter, besonders harter Stellen an der Lauffläche. Wird zur Vermeidung solcher Fehler der Ring auf der Innenseite mit einer Kerbnut versehen, so bedeutet diese Nut eine Verschwächung der Biegungsfestigkeit, die durch größere Querschnittsabrnessungen ausgeglichen werden muß.

Beim Erfindungsgegenstand wird diezweckmäßigste Obeirflächenbeschaffenheit an allen Stellen ohne Abweichung von der aus Festigkeitsgründen erwünschten rechteckigen Qtiersdmittsform erreicht.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Kolbenringe auf ihrem Umfange mit einer Schicht von Teibungsminderndem Stoff von einer Zusammensetzung zu versehen, die verschieden ist von der des den' Körper ides Ringes bildenden Werkstoffes. Demgegenüber sind bei Ringen, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt sind, alle Stücke des Ringes zusammen hervorgebracht, um 'einen durchgehenden molekularen Zusammeinhanig zu ,erzielen und dabei doch auf der einen Ringzone geringere Härte zu bekommen als die OberfLächenihärte des Zylinders, mit dem zusammen der Ring benutzt wird, ferner eine mit dem Ring- einheitlich zusammenhängende und aus dem gleichen Werkstoff bestehende Zone, die die Eigenschaft größerer Elastizität aufweist, weil hinsichtlich der molekularen Anordnung eine Verschiedenheit besteht, die durch die raschere Abkühlung dieser Zone infolge ihrer unimittelbaren Berührung mit den Wandungen dex Form hervorgebracht ist.

So ziemlich alle handelsüblichen! Metall-

gußstücfce bestehen aus einem Gemisch von verschiedenen Bestandteilen, die vierschiedener molekularer Anordnungen fähig sind. Die Beschaffenheit des fertigen Erzeugnisses hängt von der Art und Weise ab, wie diese verschiedenen Anordnungen während des Herstellungsverfahrens in die Erscheinung treten. Die elastische äußere Haut, welche die U-förmige gehärtete Schicht badet, die als Oberflächenschicht des inneren Umfangesund des inneren Stückes der SeitenfLächm zurückbleibt, ist nahezu aus den nämlichen chemischen Bestandteilen zusammengesetzt wie der Werkstoff, der den weicheren äußeren Umfangsteil bildet. Der Härteunterschied rührt hauptsächlich von der Verschiedenheit in der molekularen Anordnung des Werkstoffes her, die sich ergibt, wenn die geschmolzene Legierung in der Form gehalten wird. Auf der Zeichnung sind Abb. ι und 2 'eine Oberansicht und ein Querschnitt des Gußstückes,

Abb. 3 und 4 eine Oberansicht und ein Querschnitt des fertiggemachten Ringes,

Abb. S ein in größerem Maßstabe gehaltener Querschnitt der bevorzugten Ausführungsform des Gußstückes,

Abb. 6 ein Querschnitt, der den Umriß nach Entfernung des ersten Teiles des überschüssigen Werkstoffes angibt,

Abb. 7 ein Querschnitt, der die Verteilung des Werkstoffes im fertiggemachten Ring erkennen läßt;

Abb. 8 und 9 sind Querschnitte von abgeänderten Bauarten, und

Abb. 10 ist .ein Querschnitt eines Teilstükkes einer anderen Ausführungsform des Rohgußkörpers.

Bei der Ausführungsform, deren aufeinanderfolgende Herstellungsstufen aus den Abb. 5, 6 und 7 ersichtlich sind, wird der Ringgußkörper auf seinem äußeren Umfang mit vergrößerter Breite ausgeführt, indem zum Querschnitt seitlich vorspringende Randstücke 10 hinzutreten, die sich auf jeder Seite weit genug hinaus erstrecken, um die bei 11 durch dunklere Schattierung angedeutete Außenschicht von abgeschrecktem. Werkstoff außerhalb der Seitenebene des fertiggemachten Ringes zu enthalten. Der Gußkörper ist ferner im Durchmesser um einen hinreichenden Betrag größer als der fertiggemachte Ring, so daß, wenn das äußere Umfangsstüdlc weggenommen wird, um den Gußkörper auf den Ringdurdhmesser herunterzubringen, die gesamte abgeschreckte Schicht von der sidh abnutzenden Fläche entfernt ist. Nach dem Wegnehmen des Metallüberschusses von der äußeren Umfangsfläcihe und von den äußeren Rändern der Seitenflächen wird nur ein kleines Stück des gehärteten Metalls vom inneren Umfang und vom inneren Stück der Seitenflächen beim Fertigschleif en wieggenommen, wie durch · den schmalen Raum zwischen der strichpunktierten Linie und dem

Querschnitt in Abb. 7 angegeben. Selbstverständlich sind die gezeichneten Abmessungen stark übertrieben.

Das innere Stück 12 des Gußkörpers ist frei von dem auf den Außenflächen des Gußkörpers gebildeten gehärteten Metall. Wird der Umriß in der aus Abb. 5 ersichtlichen Weise gestaltet, so läßt die Entfernung der über die ebenen Ringseitenflächen vorspringenden Stücke 10 auf jeder Seite das weiche Innere auf kurzem Abstand vom Außenumfang freiliegen, wie bei 13 angegeben, während das Abdrehen der Außenfläche zum Herunterbringen des Rohgusses auf den Ringdurchmesser eine weiche Abnutzungsfläche 14 freilegt. Somit kann, ehe ein Durchmesser erreicht wird, der seine Ersetzung notwendig macht, der Ring abgenutzt werden, bevor die harten, auf den Seiten belassenen Stücke 11 erreicht werden.

Das auf der Außenfläche des inneren Stükkes und den inneren Stücken der Seitenflächen verbleibende gehärtete Stück wirkt als ein federndes Organ, das hinreichende Nachgiebigkeit verleiht, um den Ring in richtiger Berührung mit dem Zylinder zu erhalten und ihn zu veranlassen, nach Verdrillung seine runde Umrißform wieder anzunehmen. Die strichpunktierten Umrißlinien in den Abb. 8 und 9 veranschaulichen andere Querschnitte, welche benutzt werden können, um verschiedene Verteilungen der gehärteten, im fertigen Ring verbleibenden Stücke anzugeben. Bei den in Abb. 8 gezeichneten geraden Seitenflächen bleibt weniger abgeschrecktes Material zurück als bei den gekrümmten, in Abb. 9 gezeichneten Flächen. Natürlich können auch sonstige gleichartige Querschnitte angewendet werden. Das wesentliche Merkmal ist in jedem Fall das, daß auf jedei* Seite ein Metallüberschuß verbleibt, und daß die Durchmesservergrößerung des Gußstükkes gegenüber dem fertigen Ring die Gewißheit liefert, daß sämtliches Metall von unerwünschter Härte vom äußeren Umfang und einwärts von den Außenkanten entfernt werden kann und doch, auf dem inneren Umfang und von diesem auswärts auf den Seitenflächen sich erstreckend, ein U-förxniges, abgeschrecktes, federndes Stück verbleibt.

Bei der in Abb. 10 gezeichneten Querschnittsfarm des Rohgußstückes wird ein Zylinder 14 mit einer Reihe von inneren Rippen 15 und Kanälen 16 gegossen. Die Innenfläche des Zylinders und die Kanalflächen werden beim Gießen abgeschreckt. Der Zylinder wird in Teilstücke zerschnitten; die Schnittflächen befinden sich in der Mitte der Kanal· boden. Die Ringrohlinge werden wie gesondert gegossene Rohlinge dadurch fertig bearbeitet, daß ihre äußere Umfangsfläche bis zu einer Stelle unter dem gehärteten Stück weggenommen wird, ferner durch Wegnahme einer verhältnismäßig dünnen Schicht von den Seitenflächen und vom inneren Umfang, wie bei 17 mit gestrichelten Linien ange- · geben. Die harte Oberflächenschicht ist in dieser Abbildung mit 11 bezeichnet und durch dunklere Querschnittschraffierung hervorgehoben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Aus einem Gußstück bestehender, im Querschnitt rechteckiger Kolbenring, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bearbeitung durch Drehen und Schleifen (ohne Hämmern) seine Außenumfangsfläche und ein an diese grenzendes Stück einer jeden Seitenfläche aus Metall von geringerer Härte bestehen als dem des Zylinders, mit dem zusammen der Kolbenring benutzt wird, während die Oberflächenschicht des inneren Umfanges und des verbleibenden Stückes jeder Seitenfläche zwar aus dem nämlichen Werkstoff bestehen, jedoch größere Härte aufweisen als die Oberflächenschicht des Außenumfanges.

2. Verfahren zur Herstellung von KoI-benringen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring nach der Außenumfangsfläche hin in seinem Querschnitt breiter und höher, als es dem Fertigquerschnitt entspricht, gegossen wird und dann durch Bearbeitung auf das Fertigmaß das abgeschreckte Stück von der Außenumfangsfläche sowie von beiden Seitenflächen in dem an die Außenkanten grenzenden Teil weggenommen wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Kolbenringen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges, auf seiner Innenfläche mit eingegossenen Abtrennungsnuten (16) versehenes Gußstück (12) längs der Mittelebene seiner Nuten zerteilt und bei der Bearbeitung die harte Außenflächenschicht weggenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen