DE1232419B - Mehrteilige Kolbenringanordnung - Google Patents

Description

• Mehrteilige Kolbenringanordnung Die Erfinduna bezieht sich auf eine mehrteilige Kolbenringanordnung zum Einsetzen in eine Kolbenringnut mit einem aus einem flachen Metallband mäanderförmig geprägten, in Umfangsrichtung federnden und zwischen einem oberen und einem unteren Kolbenring angeordneten Federring, der an seinem Innenumfang axial nach oben gerichtete, mit dem Innenumfang des oberen Kolbenringes in Berührung stehende Zungen aufweist.
• Bei der Anwendung an einem Kolben einer Brennkraftmaschine ist diese Art von Kolbenringanordnung gewöhnlich unmittelbar unterhalb eines Flammenrings angeordnet und wirkt mit diesem zusammen, um beim Kompressionshub und beim Arbeitshub der Brennkraftmaschine ein Vorbeiströmen der Gase am Kolben auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Wenn eine Kolbenringanordnung für diesen Verwendungszweck geeignet sein soll, muß sie sowohl an der Zylinderwand als auch in der Nut des Kolbens in beiden Richtungen der Kolbenbewegung eine Abdichtung aufrechterhalten.
• In Abhängigkeit von den verschiedenen Arbeitstakten und von den verschiedenen Betriebszuständen beim Verbrennungsmotor werden die meisten Kornpressionsringe entweder in überwiegendem Maße durch das radial hinter die Ringe gelangende Druckgas oder vorwiegend bzw. ausschließlich durch die ihnen eigene Elastizität gegen die Zylinderwand ge# preßt.
• Um eine gleichmäßigere Anpressung der Kolbenringe zu erreichen, wurden bereits hinter den Kompressionsringen Federringe der verschiedensten Art angebracht, ohne daß hierdurch jedoch ein merklicher Erfolg erzielt worden wäre, da der Federring die Abdichtung zwischen Ring und Ringnut im Kolben mehr als wahrscheinlich nicht verbessert. Im Handel sind in neuerer Zeit mehrteilige Kolbenringanordnungen erschienen, die aus zwei dünnen Kolbenringen mit einem dazwischen angeordneten T-förmigen Kehrspiralen-Federring bestehen, wobei die Schenkel des T nach auswärts am inneren Rand der Kolbenringe wirken. Obgleich diese mehrteiligen Kolbenringanordnungen in manchen Anwendungsfällen zu einer verbesserten Abdichtung führen, hat die spätere Erfahrung ergeben, daß das in die Hohlräume am Außenrand zwischen den Kolbenringen eindringende öl nicht aus den Nuten im Kolben abläuft, sondern in diesen eingeschlossen bleibt und später verkohlt, wodurch ein Fressen der Kolbenringe in der Nut auftritt.
• Die außerdem bekanntgewordenen, aus einem flachen Metallband mäanderförmig geprägten Feder-C ringe für mehrteilige Kolbenringanordnungen, die mit dem Innenumfang des oberen Kolbenrings in Berührung stehende Zungen aufweisen, sind aufwendig und kompliziert aufgebaut und weisen nicht die erforderliche zusammenwirkende Federkraft in axialer und radialer Richtung auf.
• Die aufgeführten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß der Federring an seinem Außenumfang abwärts gerichtete Zungen aufweist, die mit dem Außenumfang des unteren Kolbenrings in Berührung stehen, und daß der Federring eine an sich bekannte schüsselförmige Gestalt hat. Des weiteren können zwischen den abwärts abstehenden Zungen Lagerflächen vorgesehen sein, die über den Umfang des unteren Kolbenrings und über den Umfang der abwärts abstehenden Zungen hinausstehen und den oberen Kolbenring unterstützen.
• Der Querschnitt des Federrings kann auch S-förmig sein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der die mehrteilige Kolbenringanordnung bildenden Glieder, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Federring, F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, in Richtung der Pfeile gesehen, F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in C F i g. 2, in Richtung der Pfeile gesehen, F i g. 5 einen Teilquerschnitt durch einen Ab- schnitt des Kolbens neben der Kolbennut, einen Teil der Zylinderwand gegenüber der Kolbennut und die Kolbenringanordnung in der Nut, in stark vergrößertem Maßstab, F i g. 6 einen Querschnitt ähnlich F i g. 3 durch einen Ring, der in unbelastetem Zustand flach und nicht schüsselförmig ist, und F i g. 7 eine Ansicht ähnlich F i g. 5, aus der die Zusammenwirkung der Teile der Anordnung bei einem in unbelastetern Zustand flachen Federring ersichtlich ist.
• Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Kolbenringanordnung aus drei Elementen, nämlich den Kolbenringen 10 und 30 und dem Federring 20. Der geschlitzte, flache Kolbenring 10 hat einen solchen Durchmesser, daß er die Zylinderwand berührt, und eine solche radiale Breite, daß er in die Nut eines Kolbens eingesetzt werden kann. Unter dem Kolbenring 10 ist ein Federring 20 mit S-förmigem Querschnitt angeordnet, welcher so bemessen ist, daß er einen Abstand von der Zylinderwand aufweist und dessen Breite ausreicht, um in die Ringnut eines Kolbens eingesetzt werden zu können. Der untere Kolbenring 30 ist ein geschlitzter, flacher Ring, der so bemessen ist, daß er sich vollständig in der Nut des Kolbens befindet.
• Die Ausbildung des Federrings 20 ist in den F i g. 2, 3 und 4 deutlicher dargestellt. Gemäß diesen Figuren besteht der Federring 20 aus einem flachen Streifen Federstahl bzw. aus anderem Material und ist abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten ausgespart. Die Aussparungen am Außenrand des Federrings 20 sind durch die ungeraden Bezugsziffern 41, 43 usw. bezeichnet, während die Aussparungen am Innenrand des Federrings 20 durch die geraden Bezugsziffern 40, 42 usw. bezeichnet sind. Der Ring 20 bildet somit eine flache Feder mit von einem Ende 21 zum entgegengesetzten Ende 22 verlaufenden, abwechselnd ein- und auswärts gerichteten Wellen. Am Innenrand des Federrings 20 ist der Sohlenabschnitt jeder U-förmigen Welle nach oben verformt und bildet gemäß F i g. 2 jeweils eine Zunge 50, 52, 54 usw. Vorzugsweise ist mindestens jeder zweite Sohlenabschnitt der am Außenrand des Federrings 20 gebildeten U-förmigen Wellen, beispielsweise der Wellen 53, 57, 61 usw., abwärts gebogen und bildet abwärts gerichtete Zungen.
• Aus F i g. 3 ist der Querschnitt des Federrings 20 längs der Linie 3-3 ersichtlich, wobei die nach oben gerichteten Zungen 50, die abwärts gerichtete Zunge 53 und der über die Zunge 53 vorstehende Wellenabschnitt 55 dargestellt sind. Aus dem Schnitt längs der Linie 4-4 sind gemäß F i g. 4 eine aufwärts gerichtete Zunge 50, eine abwärts gerichtete Zunge 53 und der vorstehende Wellenabschnitt 51 ersichtlich.
• Wie aus den F i g. 3 und 4 deutlich hervorgeht, ist der Streifen für den Federring 20 unter einem Winkel d gegenüber der Horizontalen geneigt, so daß er in unbelastetem Zustand Schüsselform hat. Der Winkel d ist von zahlreichen Veränderlichen der Ringkonstruktion abhängig. Beispielsweise kann ein Federring 20 für einen Kolben mit 95,5 mm Durchmesser bei einer Ringbreite von etwa 3,2 mm einen Winkel d von etwa 151> aufweisen.
• In F i g. 5 ist die im Kolben 70 zusammengesetzte Kolbenringanordnung im Querschnitt dargestellt. Im zusammengesetzten Zustand liegen die Zungen 50, 52, 54 usw. in Abständen am Innenrand des Kolbenrings 10 und die Zungen 53, 57, 61 usw. am Außenrand des Kolbenrings 30 an, während der Kolbenring 10 durch die Zylinderwand 80 zusammengedrückt ist und dicht an dieser anliegt. Dabei wird der schüsselförmige Federring 20 flachgedrückt, so daß seine Oberseite 73 an der Unterseite 74 des die Zylinderwand berührenden Kolbenrings 10 und seine Unterseite 75 an der Oberseite 76 des Kolbenrings 30 aufliegt. Dadurch ist eine gute Auflage der Ringe gewährleistet. Zwecks einfacherer Darstellung ist allerdings in F i g. 5 zwischen den Flächen 73 und 74 sowie 75 und 76 ein Spalt eingezeichnet. Die Linien 83 und 84 in F i g. 5 deuten die Ausdehnung bzw. Tiefe an, bis zu welcher sich die gegenüberliegenden Aussparungen im Federring 20 erstrecken, wobei daraus ersichtlich ist, daß zwischen den beiden Kolbenringen 10 und 30 und dem Federring 20 kein freier Gasdurchgang mehr vorhanden ist.
• Zum Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Federring 20 ist in F i g. 6 der Federring 20' als in seinem unbelasteten Zustand flach ausgebildet dargestellt. In F i g. 7 ist in übertriebenem Maßstab die Verformung dargestellt, die auftritt, wenn der Federring 20' in den Kolben 70' eingesetzt ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist zwischen den Ringgliedern keine ununterbrochene Lagerfläche vorhanden. Der Kontakt zwischen dem Kolbenring 10' und dem Federring 20' erfolgt lediglich an der inneren und äußeren Kante, nämlich einmal bei 78', wo die auswärts gerichtete Kraft vom Federring 20' auf den Kolbenring 10' übertragen wird, und zum anderen am Punkt 9W an der Außenkante des Federrings 20'. Auf ähnliche Weise bildet der Berührungspunkt 91 die Lagerfläche zwischen dem Federring 20' und der oberen Fläche des Kolbenrings 30'. Der Federring 20' hat daher die Tendenz, sich in Umfangsrichtung zu wölben, so daß seine Kräfteverteilung keineswegs gleichmäßig erfolgt. Durch diese punktförmige Abnutzung wird daher die Betriebslebensdauer der Kolbenringanordnung gemäß den F i g. 6 und 7 herabgesetzt. Somit weist dieser Ring gegenüber dem erfindungsgemäßen, in unbeleuchtetem Zustand schüsselförmig ausgebildeten Federring 20 wesentliche Nachteile auf.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Mehrteilige Kolbenringanordnung zum Einsetzen in eine Kolbenringnut mit einem aus einem flachen Metallband mäanderförmig geprägten, in Umfangsrichtung federnden und zwischen einem oberen und einem unteren Kolbenring angeordneten Federring, der an seinem Innenumfang axial nach oben gerichtete, mit dem Innenumfang des oberen Kolbenrings in Berührung stehende Zungen aufweist, dadurch gekennzeichn e t, daß der Federring (20) an seinem Außenumfang abwärts gerichtete Zungen (53) aufweist, die mit dem Außenumfang des unteren Kolbenrings (30) in Berührung stehen, und daß der Federring in unbelastetern Zustand eine an sich bekannte schüsselförmige Gestalt hat.
2. 2. Kolbenringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den abwärts abstehenden Zungen (53, 57 usw.) Lagerflächen (51, 55 usw.) vorgesehen sind, die über den Umfang des unteren Kolbenrings (30) und über den Umfang der abwärts abstehenden Zungen (53) hinausstehen und den oberen Kolbenring unterstützen. 3. Kolbenringanordnung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (20) S-förmigen Querschnitt aufweist.
3. In Betracht gezogene Druckschriften-Britische Patentschrift Nr. 566 787; USA.-Patentschriften Nr. 2 173 190, Z, 4U:) J J-ö; 2 670 256, 2 768 038, 2 785 028, 2 837 386, 2 855 254.