Kolbenring und Verfahren zu seiner Herstellung. Die bekannten Kolbenringe sind so be schaffen, dass der Radialdruck auf dem Um fang des Ringes überall möglichst gleich mässig ist. Die Erfindung hat einen unrunden Kol benring zum Gegenstand, und zwar einen Kolbenring, dessen unrunde Form der Be dingung entsprechen soll, dass die Pbadial- driielverteilung des gespannten Ringes auf dessen Umfang in bestimmter Weise ungleich mässig ist.
Nach der Erfindung ist zur Er zeugung der gewünschten Ungleichmässigkeit der Radialdruckverteilung des gespannten Kolbenringes der Durchmesser des im Spann band zusammengezogenen Ringes über den Stoss gemessen grösser als der in die Kreisform gebrachte Ring, und es befindet sieh in den beiderseits der Ringriickenmitte liegenden Quadranten syminetriseh zur Ringrfiekeninitte je eine Stelle, an des der Krüminungsradius des zusammengezogenen Ringes gleich dem Krümmungsrad'ius des in die Kreisform ge brachten Ringes ist.
Die beiden symmetrisch in den genannten Quadranten liegenden Punkte, in denen der Krümmungsradius des Ringes dem. Krümmungsradius des Zylinders entspricht, können in den Schnittpunkten der Achse liegen, die senkrecht zu der durch den Stoss gelegten Achse steht. Sie können aber auch innerhalb der beiden untern Quadranten nach der Ringrückenmitte zu, wiederum sym metrisch, verschoben sein. Zweckmässig liegen die Punkte symmetrisch zwischen 48 und 58 Entfernung von der Ringrückenmitte.
Unter dem Zusammenziehen des Kolben ringes im Spannband' versteht man das Ein legen des gespreizten Ringes in ein elastisches Baud aus Federstahl oder dergleichen, das darauf so weit zu einer Schlinge zusammen gezogen wird, dass sich die Stossenden des Kolbenringes gerade berühren oder höchstens so viel Spiel haben, wie es im Betriebszustand auftritt. Das Mass, um das das Spannband zusammengezogen wird, gilt üblicherweise zur Feststellung des vom Kolbenring auf die Zylinderwand ausgeübten Gesamtradial druckes.
Der Kolbenring nimmt im Spann band infolge dessen Elastizität eine andere Form ein als im Zylinder; im Zylinder ist der Kolbenring naturgemäss kreisrund, im Spannband hat der Kolbenring dagegen die beanspruchte Unrundform.
Das Verfahren zur Herstellung des erfin dungsgemässen Kolbenringes zeichnet sich da- durch axis, dass aus einem rund gedrehten und sodann aufgeschnittenen Modellring eine Schablone gefertigt wird, indem der Quer schnitt des Modellringes zur Erzeugung einer bestimmten Radialdruckverteihlng des herzu stellenden Kolbenringes stellenweise verändert und der Ring sodann mit einer der Summe der Radialdruckkräfte des herzustellenden Ringes entsprechenden Kraft gespreizt wird,
worauf aus dem nach der Schablone im Kopierverfahren gedrehten unruhden Ring das der Spreizung entsprechende Stück her ausgeschnitten wird.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform eines Kolbenringes nach der Erfindung in Aufsicht dargestellt und im fol genden wird ein Ausführungsbeispiel. des Ver fahrens nach der Erfindung erläutert.
Die unrunde Form des Ringes ergibt sich aus der Anweisung, dass der durch den Stoss 1. des im Spannband zusammengezogenen Ringes 2 gelegte Durchmesser d grösser ist als der Durchmesser des in Kreisform gebrachten Ringes und dass sich in den zu beiden Seiten der Ringrückenmitte 3 gelegenen Quadranten Q und P symmetrisch zur Ringrückenmitte Stellen 4, 5.
befinden, in denen der Krüm- mungsradius 7- gleich dem Krümmungsradius des in Kreisform gebrachten Ringes ist. Die Winkel betragen vorteilhaft 48 bis 58 .
Die sich ergebende unrunde Form des Kol benringes kann durch Drehen, Schleifen oder Fräsen auf sogenannten Kopierwerkzeug maschinen hergestellt werden. Dabei arbeitet man nach einem Modell, das der Form. des freiliegenden, d. h. am Stoss gespreizten, ferti gen Ringes entspricht. Die ,sich spreizenden Stossenden des fertigen Ringes werden auf dem Modell durch ein Füllstück überbrückt.
Würde man nun nur den Aussenumfang dieser Kolbenringe unrund drehen, die Ringe nach dem Herausschneiden des die Stoss öffnung überbrückenden Stückes zusammen spannen und nun rund ausbohren, dann treten beim Zusammendriicken der Ringe in einer Matrize so hohe Spannungen im Ring auf, dass sich bleibende Verformungen ergeben. Solche Ringe haben nach dem Ausbohren bereits einen Teil ihrer Spannung verloren.
Um die Spannung der Kolbenringe voll zu erhalten, sind diese auch innen unrund aus gebildet, und zwar vor dem Herausschneiden des die Stossentfernung darstellenden Ring stückes. Man kann dann sowohl dis Aussen- als auch das Innen-Formdrehen zur gleichen Zeit durchführen, ohne dass man den Kolben ring aus seiner Spannvorrichtung löst.
Zur Herstellung des unrunden Kolben ringes wird' eine Schablone benutzt. Eine Kolbenringschablone muss die Form haben, die der nach dem Einbau kreisrunde Ring vor seinem Einbau besitzt. Schneidet man einen aussen und innen rund gedrehten Ring auf und belastet man ihn durch zwei tangential. am Stoss in Aufspreizriehtung an greifende Kräfte, dann nimmt der Ring die Gestalt an, die er haben müsste,
wenn eine allseitig gleichmässig verteilte Last von der zweifachen Gesamthöhe der beiden Aufsprei- zung*skr äfte ihn wieder in die Kreisform zu- saminendriicken soll. Die zum Aufreissen des Stosses benötigte Kraft entspricht also der Summe der auf den ganzen Ringumfang gleichmässig verteilten Radialdrücke. In dieser Weise kommt man ohne Berechnung zu einer Schablone, nach der man auf einer Kopier drehbank weiter Ringe herstellen kann.
Soll nun der Radialdruck nach einem andern Gesetz verteilt und am Stoss höher als an den sonstigen Umfangsstellen des Ringes sein, so kann man dennoch von dem vor stehend beschriebenen Modellring als Scha blone ausgehen, wenn man beachtet, dass die gewünschte Radialdruckverteilting des Werk- stückes durch eine Schwächung oder Verstär kung des Querschnittes des Modellringes an einzelnen Umfangsstellen ohne weiteres her vorgerufen werden kann.
Von den vorstehend dargelegten über legungen ausgehend wird die Herstellung des Kolbenringes in der Weise vorgenommen, dass aus einem rund gedrehten und sodann aufge- selinittenen Modellring eine Schablone gefer tigt wird, indem der Querschnitt des Modell ringes zur Erzeugung einer bestimmten Radia.ldruckverteilung des herzustellenden Kolbenringes stellenweise verändert und der Modellring sodann mit einer der Summe der Radialdruckkräfte der herzustellenden Ringe entsprechenden Kraft gespreizt wird.
Für die Erreehnilng der zum Spreizen des Modell ringes notwendigen Kraft kann man die beider seits der dem Stoss des Ringes gegenüberliegen den Ringrückenmitte Fliegenden Ringhälften als gekrümmte, einseitig eingespannte Stäbe auf fassen, die auf ihrer ganzen Länge von Kräf ten belastet sind.
Da bei Kolbenringen mit nicht gleichmässiger Anpressung über den Um fang der Ungleichförmigkeitsgrad der Radial druckverteilung verhältnismässig gering ist, kann ferner für die Rechnung angenommen werden, dass das maximale Biegemoment M in der Ringrückenmitte ebenso gross ist wie bei einem Ring mit gleichmässiger Verteilung des Anpressdruckes. Es kann also angenommen werden, dass die als gekrümmter, einseitig eingespannter Stab zu betrachtende Ring hälfte auf ihrer ganzen Länge von einer gleichmässigen Flächenpressung p belastet ist.
Wird mit a die axiale Ringhöhe und mit d der Durchmesser des Ringes bezeichnet, und wird berücksichtigt, dass bei einem halbkreisförmig gekrümmten Trä ger der wirksame Hebelarm gleich dem Durchmesser d ist und die Summe aller ihn belastenden Kräfte ebenso wirkt wie eine Ein zelkraft a <I>- p - d,</I> die mit einem Hebelarm von der Länge des halben Durchmessers
EMI0003.0010
an- greift, so ergibt sich demnach:
EMI0003.0012
Das gleiche Biegemoment soll die an jedem Stossende des Kolbenringes zum Spreizen des Ringes erforderliche Tangentialkraft T erzeu gen.
Für diese Tangentialkraft gilt demnach
EMI0003.0015
Darauf werden nach der so hergestellten Schablone im Kopierverfahren die Ringe ge dreht und aus den entstehenden unrunden Ringen das der Spreizung entsprechende Stück herausgeschnitten.
Ein Kolbenring, der in dieser Weise als sogenannter unrunder Kolbenring hergestellt worden ist und alsdann die genannte Radial druckverteilung im gespannten Zustand auf weist, hat den bekannten Kolbenringen gegen über erhebliche technische Vorteile.
Durch den höheren Radialdruck des Ringes am Stoss und durch den Ausgleich dieses Überdruckes zu beiden Seiten der Ringrückenmitte wird das bei kritischen Drehzahlen auftretende Durch- blasen von Verbrennungsgasen zwischen Ring und Zylinderwand sicher verhindert. Die da bei bisher beobachteten Brüche werden ver mieden. Schliesslich wird dem Einfallen der Stossenden, das einem im Betrieb vielfach beobachteten Spannungsverlust an dieser Stelle entspricht, entgegengewirkt.