CH308345A - Kolbenring und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Kolbenring, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des im Spannband zu sammengezogenen Ringes (2) über den Stoss (1) gemessen grösser ist als der in die Kreis form gebrachte Ring, und dass sich in den beiderseits der Ringrückenmitte (3) liegen den Quadranten (Q, P), symmetrisch zur Ringrückenmitte, je eine Stelle (4, 5) befin det, an der der Krümmungsradius (r) des zusammengezogenen Ringes gleich dem Krüm- mungüradius des in die Kreisform gebrachten Ringes ist.

   UNTERANSPRUCH: 1.- Kolbenring nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die beiden in den Quadranten (Q, P) liegenden Stellen (4, 5) symmetrisch zwischen 48 und 58 Entfernung von der Ringrückenmitte liegen.

   PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung von Kolben ringen nach Patentanspruch I und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem rund gedrehten und sodann aufgeschnit- tenen- Modellring eine Schablone gefertigt wird,

   indem der Querschnitt des Modellringes zur Erzeugung einer bestimmten Radialdruck- verteilung des herzustellenden 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 unrunden Ring das der Spreizung entspre chende Stück herausgeschnitten wird. UNTERANSPRÜCHE 2.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Aussen- und Innenumfanges jedes Kolben ringes gleichzeitig durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Aussen- und Innenumfanges. durchgeführt wird, ohne dass der Kolbenring aus der Spann- Vorrichtung seiner Bearbeitungsvorrichtung gelöst wird.