DE1475758C - Kolbenring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring aus einem Metallband, an dem in gleichem Abstand voneinander sowie im Abstand von beiden Metallbandkanten Ausstanzungen und von diesen ausgehende sowie abwechselnd in Richtung auf die eine oder die andere Metallbandkante verlaufende Kerblinien angebracht, die Kanten des Metallbandes zu Flanschen umgebogen sind, so daß ein im Querschnitt U-förmiger Ring entsteht, der durch eine. Wärmebehandlung hart und spröde gemacht ist und dessen Flansche in Höhe der Kerblinien aufgeteilt sind.

Bei einem bekannten Kolbenring dieser Art werden Kerblinien in der Weise auf das Metallband aufgebracht, daß sie jeweils vom Ende der Ausstanzung bis zur Bandkante verlaufen. Es hat sich gezeigt, daß beim Aufteilen der Flansche, d.h. beim Aufreißen der Kerblinien eine unerwünschte Verformung der Ringkanten in unmittelbarer Nachbarschaft der Kerblinien auftritt. Diese Verformung hat zur Folge, daß die Kanten der einzelnen Flanschsegmente nicht mehr genau kreisbogenförmig verlaufen sondern Einbuchtungen im Bereich der Kerblinienenden sowie auseinanderklaffende Enden im Kantenbereich zeigen. Diese Verformung beeinträchtigt die Gebrauchseigenschaften eines Kolbenrings in sehr erheblichem Maß, weil sich dadurch Spalte zwischen der Ringkante und der Zylinderinnenwandung ergeben. Auch wenn jeder Spalt für sich genommen relativ klein ist, bilden die Spalte in ihrer Gesamtheit doch einen unerwünscht großen freien Durchgangsquerschnitt'3° für Verbrennungsgase, Schmiermittel od. dgl. Die Abdichtungswirkung des Kolbenrings wird stark herabgesetzt.

Diese unerwünschten Verformungen sind darauf zurückzuführen, daß nach dem Anbringen der Kerblinien sowie nach dem Umbiegen der Flansche zur Erzielung eines U-förmigen Bandquerschnitts bereits beim Aufwickeln des Metallbandes zu einer Wendel im Käntenbereich der Ringe besonders große Spannungen wirksam werden, deren Wirkung sich noch dadurch erhöht, daß die Kanten im Bereich der Kerblinien durch die Kerben geschwächt sind. Dadurch treten bereits beim Aufwickeln Einschnürungen im Kantenbereich am Ende der Kerblinien auf, die sich noch verstärken, wenn die zum Aufreißen der Kerblinien bestimmten Trennkräfte wirksam werden.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Kolbenring der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Flansche und Flanschsegmente beim Aufwickeln des Metallbandes und beim Aufteilen der Flansche in Segmente keine Verformungen an den Ringkanten zeigen.

Als Lösung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kerblinien kurz vor den Metallbandkanten enden.

Erfiridungsgemäß werden die Kerblinien demnach von den Ausstanzungen her nicht mehr bis zu den Kanten des Metallbandes durchgeführt sondern enden im Abstand vor diesem Außenrand. Dadurch tritt keine Schwächung der Metallbandbereiche ein, die von der Ausstanzung her gesehen im Bereich des Kerblinienverlaufs sowie in Nachbarschaft der Außenkante des Bandes liegen. Wie leicht einzusehen ist, sind die Bandquerschnitte am Außenrand des Bandes nun sogar stärker als die im Verlauf der Kerblinien befindlichen Bandbereiche. Dadurch können die bei der bekannten Ringausführung unerwünschten Spannungen und Verformungen unterworfenen Bandbereiche den beim Aufwickeln und beim Aufteilen der Flansche auftretenden Trennkräfte ohne weiteres widerstehen, und die Einschnürungen und Einbuchtungen, die bei der bekannten Ringausführung auftreten, werden nach der Erfindung mit Sicherheit vermieden.

Beim Aufbringen der Trennkräfte zum Aufteilen der Flansche des Metallbandes setzt sich die Kerblinie in dem nicht eingekerbten Randbereich in Form einer Reiß- oder Bruchlinie fort, die sich vom Ende der Kerblinie bis zur Außenkante des Blechbandes erstreckt.

Es ist klar, daß durch Vermeidung der sonst auftretenden Verformungen im Kantenverlauf der Flansche bzw. der nach Aufteilung der Flansche entstehenden Flanschsegmente zur Folge hat, daß ein in den Dichteigenschaften- wesentlich verbesserter Kolbenring hergestellt werden kann, dessen Rand sich ringsum gleichmäßig an die Innenwandung des Zylinders anlegt, und zwar ohne daß unerwünschte Spalte entstehen, wie es bei der bekannten Kolbenringausführung der Fall ist.

Es hat sich gezeigt, daß man glatte und ebene ' Ober- und Unterseiten der Flanschsegmente erzielen kann, wenn die Kerblinien jeweils miteinander fluchtend an der Ober- und Unterseite des Metallbandes angebracht sind. Durch die Anbringung einer zweiten Kerblinie an der Unterseite des Metallbandes, und zwar in Deckung mit der an der Oberseite angebrachten Kerblinie, werden die Spannungen beim Aufbringen der Trennkräfte in den mittleren Bereichen des Metallbandes konzentriert. Hierdurch erfolgt eine Vergleichmäßigung der Spannungen, und ihr Bestreben, den Werkstoff von der Ober- oder Unterseite zu verziehen oder einzuschnüren, wird von vornherein ausgeschlossen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kerblinien auf beiden Seiten des Metallbandes ungleich tief eingekerbt werden, weil sich dann der Reißvorgang beim Aufteilen der Flansche leichter einleiten läßt. Dabei sollen die tieferen Kerblinien möglichst auf den äußeren Seiten des im Querschnitt U-förmigen Metallbandes liegen. Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn die Tiefe wenigstens einer der Kerblinien von der Flanschkante her nach innen fortschreitend zunimmt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Metallbandes mit Ausstanzungen und Kerblinien;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Metallbandes nach F i g. 1 nach dessen Aufbiegen zur Bildung eines U-förmigen Querschnitts;

F i g. 3 ist eine perspektivische Schrägansicht eines Teils eines Ringflansches in größerem Maßstab nach dem Durchtrennen der Flansche in Richtung der Kerblinien;

F i g. 4 ist eine Draufsicht auf den durchtrennten Flansch des Ringes gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Flansches des ausgestanzten Bandes gemäß Fig. 1, ebenfalls in größerem Maßstab;

Fig. 6 ist ein Schnitt gemäß Linie VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 ist ein Schnitt gemäß Linie VII-VII von Fig. 6;

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen Flanschten einer abgeänderten Ausführungsform;

Fig. 9 zeigt ebenfalls eine Draufsicht auf einen Teil eines Ringflansches und in vergrößertem Maßstab eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ist ein Schnitt gemäß Linie X-X von Fig. 9;

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines bekannten Ringes und zeigt den Zustand eines Ringflanschteils üblicher Art nach dem Aufwickeln; : F i g. 12 ist eine vergrößerte Kantenansicht des in Fig. 11 dargestellten Ringflanschteils;

Fig. 13 ist eine Draufsicht auf den Ringflanschteil gemäß Fig. 11 und zeigt den Beginn des Reißvorgangs;

Fig. 14 ist eine vergrößerte Kantenansicht des Ringflansch teils von Fig. 13.

Die Herstellung eines Metallbandes, vorzugsweise eines Blechbandes, zur Herstellung von Kolbenringen geht folgendermaßen vor sich: Das in der Wärme verformbare Band wird mit sich in seiner Querrichtung erstreckenden Ausstanzungen versehen, die in vorbestimmten Abständen längs des Bandes angeordnet sind. An den Enden jeder Ausstanzung werden Kerblinien eingepreßt, die in kurzem Abstand vor der Kante des Bandes enden. Die Kerblinien verlaufen abwechselnd in Richtung auf die eine oder die andere Metallbandkante. Auf Grund dieser Ausbildung ergibt sich an dem fertigen Metallband auf beiden Seiten ein durchgehender sowie ununterbrochener Rand, der erhalten bleibt, wenn die Ränder des Metallbandes unter Bildung eines im wesentlichen U-förmigen Bandquerschnitts zu Flanschen umgebogen werden. Dann wird das Metallband zu einer Wendel aufgewickelt und zum Erreichen von Härte- und Sprödeigenschaften einer Wärmebehandlung unterworfen. Anschließend werden sämtliche oder nur ausgewählte Kerblinien nacheinander dadurch aufgerissen bzw. gebrochen, indem man gegenüber den Kerblinien entsprechend gerichtete Trennkräfte in den Flanschen aufbringt..

Das Aufreißen der Kerblinien kann in bekannter Weise dadurch erfolgen, daß man einen vorn keilförmigen Meißel mit seiner Schneide von der Seite der Ausstanzung her am Anfang der Kerblinie ansetzt, wobei die Meißelachse gegenüber dem Ring ungefähr radial nach außen weist. Der Ring wird dann so über die Meißelspitze gebogen, daß ein kleinerer Außenxadius in diesem Ringbereich entsteht. Infolgedessen bilden sich in diesem Bereich in Umfangsrichtung wirkende Zugkräfte aus, die schließlich zum Aufreißen der Kerblinien und zum Durchtrennen bzw. Aufteilen der Flansche in Flanschsegmente führen. Die aufgebrachte Spannung liegt geringfügig oberhalb der Druckspannung im Bereich der Kerblinie. Wegen der Lage des Angriffspunktes des Meißels und dem Vorhandensein der Kerblinie konzentrieren sich die Spannungen im Bereich der Kerblinie, so daß der Ring genau in Richtung der Kerblinien aufreißt. Infolge der vorausgehenden Wärmebehandlung ist der Ring bis zu einem bestimmten Sprödigkeitsgrad gehärtet, so daß auch der nicht eingekerbte Flanschbereich unter dem Einfluß der aufgebrachten Trennkräfte mit relativ gerader Trennlinie aufgeteilt wird.

Die Reihenfolge der verschiedenen Behandlungsvorgänge des Metallbandes ist so, daß das zu einer Wendel aufgewickelte Metallband zur Erreichung einer gewissen Sprödigkeit einer Wärmebehandlung unterworfen wird, worauf die Abteilung einzelner Ringe von der Wendel durch Aufbringen von Trennkräften erfolgt. Erst darauf werden die JKerblinien aufgerissen, und an diesen Aufteilvorgang kann sich .eine erneute Wärmebehandlung anschließen, um dem Ring wieder mehr Elastizität zu verleihen und den für den jeweiligen Verwendungszweck erwünschten Härtegrad zu erzielen.

In den F i g. 1 bis 8 ist mit 10 ein verhältnismäßig

ίο dickes Blechband von 0,5 mm oder mehr bezeichnet, das mit einer Vielzahl langgestreckter, im Abstand sowie parallel zueinander liegenden Ausstanzungen 11 und 12 versehen ist. Die Enden der Ausstanzungen sind abwechselnd abgerundet oder zugespitzt bzw. keilförmig gestaltet. Von jedem der zugespitzten Enden erstreckt sich in Richtung der benachbarten Kante des Bandes sowie quer zu dieser eine kurz vor der Kante endende Kerblinie 13. Der Abstand zwischen den Enden jeder Kerblinie 13 und der benachbarten Kante hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Abstand im Bereich zwischen 0,1 mm und 1,2 mm am günstigsten ist, z. B. 0,5 mm.

Die Kerblinien 13 können entweder gleichzeitig mit den Ausstanzungenil der Öffnungen 11 und 12 oder auch in einem besonderen Arbeitsgang angebracht werden. In jedem Falle werden sie dadurch hergestellt, daß ein entsprechendes Werkzeug in das Metall eingepreßt wird, um durch Verdrängung des Metalls unter Druck einen flachen Kanal zu bilden. Besonders bei der Herstellung von Kolbenringen und ausweitbaren Distanzringen für Kolbenringe ist es von Wichtigkeit, daß das Blechband bei der Bildung der Kerblinien unterhalb des Werkzeugs gut unterstützt wird, um zu verhindern, daß Metall an der Unterseite des Bandes herausgedrückt wird und dann an dieser der iKerblinie gegenüberliegenden Seite eine Rippe bildet. Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß eine solche Rippenbildung nicht erfolgt.

Im Querschnitt gesehen weisen die Kerblinien 13 nach unten konvergierende Seitenflächen auf, durch welche an ihrem Boden — im Querschnitt gesehen — ein scharfes »V« mit · einer Scheitelkante gebildet wird (Fig. 5, 6 und 7). Hierdurch entsteht eine Linie, längs derer sich Spannungen konzentrieren, sobald eine Zugbeanspruchung auf den entsprechenden Bereich ausgeübt wird, um das Reißen bzw. Brechen und Durchtrennen des Bandes an dieser Stelle zu bewirken. Die Tiefe der Kerblinien beträgt zwischen einem Viertel und der Hälfte, z. B. ein Drittel, der Banddicke.

Die Kerblinien können, wie in F i g. 5 an der Stelle 15 dargestellt ist, stumpf,, oder wie gemäß Fig. 8 an der Stelle 15 α gezeigt ist, zugespitzt enden. Die letztere Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß hierdurch genau die Anfangsstelle der Trenn- oder Bruchlinie festgelegt wird, die sich von dem Ende der Kerblinie aus nach außen erstreckt.

Die Kerblinie kann sowohl in der Breite wie in der Tiefe verjüngt verlaufen, wie in den F i g. 9 und 10 gezeigt ist, nach denen die Breite und die Tiefe der Kerblinie 13 α fortschreitend nach außen in Richtung auf die Kante 20 des Bandes 10 α hin abnehmen. Auch bei dieser Ausführungsform kann das Ende 21 der Kerblinie spitz oder stumpf sein.

Um einen Ring der teilweise in F i g. 2 dargestellten Art zu formen, wird das Band 10 längs zweier zueinander paralleler Biegelinien, die sich in seiner

Längsrichtung erstrecken, gebogen. Hierdurch ent- gen nicht bis in den kritischen Kantenbereich hinein steht ein Ringmaterial mit im wesentlichen U-förmi- durchgezogen sind, ergeben sich keine querschnittsgem Querschnitt mit einem Steg und zwei Flanschen. geschwächten Bereiche, wo es zu hohen Spannungen Andere Querschnittsformen sind ebenfalls möglich. und Materialverdrängungen kommen kann. Auch Nun erfolgt die Wärmebehandlung und das Auf-, 5 beim Aufbringen der Trennkräfte tritt im «Kantenwinden zu einer Wendel in noch heißem Zustand. bereich zwischen dem Ende der Kerblinie und der Die beiden Kanten 16 und 17 des Ringmaterials wer- Kante des Ringes keine Konzentration von Spannunden dabei zu einem kontinuierlichen Kreisring ge- gen auf, die etwa ein Fließen oder Einschnüren des formt, so daß nunmehr jedes Flanschsegment, das Werkstoffs in diesem Bereich zur Folge haben könnte, zwischen einem Paar der Kerblinien 13 liegt, gewölbt io Daher bildet die in den F i g. 3 und 4 dargestellte ist, und einen Teil eines Kreisringes bildet (Fig. 1 Bruchlinie an der Kante des Ringes eine scharfe und 2). Dann wird das Ringmaterial in einem Ab- Trenn- oder Bruchkante, so daß die Außenkante schreckvorgang spröde und hart gemacht, worauf jedes der entstehenden Flanschsegmente ein Teilsegnun die Abtrennung oder Aufteilung der Flansche ment eines durchgehenden Kreisumfangs bleibt, durch einen Reißvorgang im Bereich der Kerblinien 15 Demzufolge wird eine Spaltbildung mit allen sich 13 durchgeführt wird. daraus ergebenden Nachteilen ausgeschlossen.

Dabei bestimmt die Kerblinie die Richtung und Die Anwendung einer doppelten Kerblinie, näm-

die Lage der Trennstelle, weil sie eine — im Quer- lieh an der Ober- und an der Unterseite der Flansche, schnitt gesehen — geschwächte Zone darstellt, inner- verhindert ein Wandern der Reißlinie zwischen der halb derer eine Konzentration der Spannung vorliegt. 20 Ringkante und dem Ende der Kerblinie in Umfangs-Die Brücke zwischen dem Ende der Kerblinie und richtung des Ringes. Ferner ergibt sich hierdurch ein der benachbarten Bandkante ist zu kurz, als daß die sauberer aussehender Ring, da das Oberflächenbild Trennlinie 18 seitlich oder in Umfangsrichtung aus- der Ober-und Unterseite des Ringes durch die gerade weichen könnte, so daß die Trennlinien 18 die Kerb- Kerblinie bestimmt ist und nicht durch den gegebelinien 13 nahezu geradlinig fortsetzen und die 25 nenfalls unregelmäßigen Verlauf einer nicht geführ-Flansche in eine Vielzahl von einzelnen Flanchseg- ten Reiß- oder Trennlinie.

menten unterteilen (Fig. 3 und 4). Das in der erfindungsgemäßen Weise hergestellte

Dann wird der Ring einer nochmaligen Wärme- und behandelte Metallband gibt außerdem die Mögbehandlung unterworfen, und die Trennlinien 18 lichkeit, zwar Kerblinien, von den Ausstanzungen bzw. die entsprechenden Spalte werden durch eine 30 ausgehend, überall an diesen anzubringen, aber nur Zug- bzw. Streckbehandlung geringfügig erweitert, auf ausgewählte Kerblinien Trennkräfte zum Aufum eine Vorspannung der Kolbenringe zu erreichen. reißen der Kerblinien wirksam werden zu lassen. Die Daran schließt sich eine weitere Wärmebehandlung, nicht aufgerissenen Kerblinien bilden keine Beeindurch welche dem jeweiligen Ring der gewünschte trächtigung der Eigenschaften des Kolbenringes, sie Härtegrad und die gewünschte Elastizität verliehen 35 gewährleisten aber, daß alle Flanschbereiche an den werden. ' Enden der Ausstanzungen gleiche Festigkeitseigen-

Die Fig. 11 bis 14 veranschaulichen diejenigen schäften aufweisen, weil Bereiche größerer Festigkeit Verformungen im Bereich der Kerblinien bekannter infolge fehlender Kerblinien am Randbereich neben Kolbenringe, die bei durchgehenden, auf einer Ring- den Ausstanzungen nicht vorhanden sind. Andernseite aufgebrachten Kerblinien 13 b entstehen. Be- 40 falls könnte sich ein Kolbenring von nicht genau reits beim Aufwinden des Bandmaterials entstehen kreisförmiger Gestalt ergeben,
an den Kanten Spannungen, die dort im Bereich der
Kerblinien zu besonders hohen Beanspruchungen
führen, weil hier der Ringquerschnitt geschwächt ist.
.Es bilden sich infolgedessen unerwünschte Einschnü- 45
rungen 20, die, falls es sich um einen Kolbenring
handelt, eine Vielzahl von Spalten zwischen den
Ringkanten und der Zylinderwand bilden, durch die
Gase und Schmiermittel hindurchtreten können, so
daß der Ring seine dichtende Wirkung zum großen 50
Teil verliert.

Eine weitere unerwünschte, sich der ersten überlagernde Querschnittsschwächung nahe der Kante, verbunden mit einer Materialverschiebung oder-wanderung ist in Fig. 12 dargestellt. Diese Wirkungen 55 treten auf, falls eine einzelne tiefe Kerblinie 13 bis zu der Kante des Ringes hindurchgeführt ist. Es bilden sich Einbuchtungen 21 an der der Kerblinie gegenüberliegenden Seite des Ringes in dem der Kante unmittelbar benachbarten Bereich mit den angegebe- 60 nen Folgen.

Beim Aufteilen der Flansche in einzelne Flanschsegmente längs der Kerblinie 13 b reißt dieser durch die Einschnürung 20 und Einbuchtung 21 geschwächte Bereich derart auf, daß die Bruchenden 65 auseinander klaffen und ein Spalt 22 von V-förmigem Querschnitt gebildet wird (Fig. 13).

Da .die Kerblinien bei den erfindungsgemäßen Rin-

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolbenring aus einem Metallband, an dem in gleichem Abstand voneinander sowie im Abstand von beiden Metallbandkanten Ausstanzungen und von diesen ausgehende sowie abwechselnd in Richtung auf die eine oder die andere Metallbandkante verlaufende Kerblinien aufgebracht, die Kanten des Metallbandes zu Flanschen umgebogen sind, so daß ein im Querschnitt U-förmiger Ring entsteht, der durch eine Wärmebehandlung hart und spröde gemacht ist und dessen Flansche in Höhe der Kerblinien aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerblinien (13,13«) kurz vor den Metallbandkanten enden.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerblinien (13,13 a) jeweils miteinander fluchtend an der Ober- und Unterseite des Metallbandes (10) angebracht sind.

3. Kolbenring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerblinien (13,13 a) auf beiden Seiten des Metallbandes (10) ungleich tief eingekerbt sind.

4. Kolbenring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die tieferen Kerblinien (13,

13 α) auf den äußeren Seiten des im Querschnitt U-förmigen Metallbandes (10) liegen.

5. !Kolbenring nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe wenigstens einer der Kerblinien (13,13 α) von der Flanschkante her nach innen fortschreitend zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen