DE1475758C - Kolbenring - Google Patents
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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.
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)
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
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