DE2356228A1

DE2356228A1 - Als oelabstreifer dienender kolbenring

Info

Publication number: DE2356228A1
Application number: DE2356228A
Authority: DE
Inventors: Eisuke Sugahara
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1973-11-10
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1975-05-28

Description

8ο. November 1973 Itr/Bü N-3-10497M

NIPPON PISTON HlNtr CO., LTD,

Ιϊο. ί—18, Uehisaiwaicho 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan·

Hs ölabstreifer dienender Kolbenring,

Die Erfindung betrifft einen, als Ölabstreifer dienenden Kolbenring für innere Brennkraftmasohinen. Bei dieser Anordnung wird ein Ölabstreifring zusammen mit einem wendeiförmigen Dehnbauteil benutzt, der einwärte und radial zum Abstreifring angeordnet ist.

Es sind bereits derartige, als ölabstreifer dienende Kolbenringe für Brennkraftmaschinen bekannt, wobei der aus Stahl bestellende Abstreifring zusammen mit einem wendeiförmigen Dehnbauteil verwendet wird, welcher radial innerhalb des Ölabstreif-v ringes montiert 1st, um das Ölabstreifen zu unterstützen·

Bei einigen Einzelfällen verwendet man ein wendeiförmiges Dehnelement zusammen mit einem Abstreifring, um ein Ringbauteil zu bilden, das eine gleichmäßige Verteilung des Druckes gegen die ■ Zylinderwand des Motors am Ringaußenumfang gestattet.

Das bekannte Dehnbauteil besteht aber aus Stahldraht runden Querschnittes, sodaß eine punktförmig© oder linienförmige JJertihrung mit der rückwärtigen odes? inneren Um^angsfläohe des ι Ölabstreifringes während des ü^triebes gegeben ist. j

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Dies führt in nachteiliger Weise aber dazu, daß übermäßig _: höhe Drücke an der .Berührungsstelle auftreten. Eine Folge davon

ist nicht nur eine, hierdurch bewirkte rasche Abnutzung des ί wendeiförmigen Dehnbauteils, sondern auch die Tatsache, daß zumindestens ein Seil auf der Rückseite oder dem Innenumfang des Ölabstreifringes, der mit dem Dehnbauteil in .berührung steht, furehenförmig abgenutzt wird, bzw· eine unerwünschte Vertiefung bildet, derart, daß das wendelförmige Dehnbauteii geneigt ist, sich in diesen vertieften !eil hinein zu fressen. Dieses Ein- . dringen engt die freie Bewegung des Dehnbauteils ein, setzt ' seine Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit herab und beeinträchtigt die bisher gleichmäßige Elastizität des wendeiförmigen Dehnbauteiles. Die Folge ist nicht nur ein Verlust der Fähigkeit, Öl abzustreifen, sondern führt auch dazu, daß das Dehnelement beschädigt wird, bzw. vollständig die Funktion als Dehnelement verliert, oder seine vorteilhafte Wirkung während des .Betriebs I des Motors sogar umkehrt, da von der .Beschädigung des Dehnbauteils herrührende üruchstückchen in den Motorkreislauf gelangen. \

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I Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden flach- i teile zu vermeiden und eine verbesserte Anordnung von dem wendel-¹ iörmigen Dehnbauteil und einem Ölabstreifring zur Verwendung \ I in inneren Brennkraftmaschinen anzugeben. Hierfür ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der wendeiförmige ; j Dehnbauteil einen Ausschnitt aufweist, der eine vorbestimmte

; seitliche .Breite hat, welche sich entlang des äußeren Umfanges j

des wendeiförmigen Dehnbauteiles erstreckt, sodaß die ßerührungs-¹ bedingungen zwischen der rückseitigen bzw. inneren umlaufenden Fläche des wendeiförmigen abstreifenden Ringes und des wendel·*

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förmigen Dehnbauteiles verbessert werden· Mt anderen Worten,
die Berührung der Bauteile geht in einen Fl'ächenkontakt über,
sodaß der, auf einen Einheitsquerschnitt wirkende Druck auf
der Berührungsfläche zwischen wendelfSrmigem Dehnbauteil und ; dem Ölabstreifring herabgesetzt wird, mit der Folge, daß
eine übermäßige Abnutzung bzw, Verschleiß des Dehnbauteils
und des Ölabstreifringes vermieden wird und ferner der Ölabstreifring seine Funktion, Öl abzustreifen, während des
Motorbetriebes besser bzw. sicherer ausführen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem derartigen wendelförmigen Dehnbauteil
die seitliche Breite des ausgeschnittenen üteiles auf einen ; festen vorbestimmten Wert beschränkt ist, um die Festigkeit
des Dehnbauteiles unter einen, noch zugelassenen Wert einzu- ; schränken.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die, ' den Ölabstreifring.enthaltende Ringanordnung zunächst einen, ; aus Gußeisen bestehenden Ölabstreifring aufweist, welcher

mit einer umlaufenden Nut bzw. Furche von etwa halbkreisförmi- j

gern Querschnitt auf der rückwärtigen bzw. der inneren Fläche
dieses Ringes aufweist, daß ein wendeiförmiges Dehnbauteil ;

teilweise in diese ringförmige Wut des ölabstreifringes ein-

gesetzt ist und dieses Dehnbauteil aus Stahldraht besteht, i

der im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt hat und !

einen ausgeschnittenen Teil längs des Außenumfanges hiervon j

aufweist, mit einer seitlichen Breite, die so bestimmt ist, j

daß das Verhältnis der seitlichen Breite zu dem Durchmesser

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des Stahldrahtes im .Bereich von 0,3 bis 0,85 liegt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß bei dem vorstehend zuerst angegebenen Kolbenring die innere umlaufende Fläche dieser ringförmigen Jüut und/oder zumindest die Oberfläche des ausgeschnittenen l'eilee eine chromplattierte Schicht aufweisen·

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert· Es zeigen:

Figuren 1A und 1A' einen Klavierdraht bzw· Saitendraht, wendelförmig gewickelt, in Vorderansicht bzw· einen vergrößerten Querschnitt, längs einer Stelle entlang der axialen Länge des Drahtes·

Figuren 1J3 und 1J3¹ einen Klavierdraht, wendelförmig ge- ' wickelt, mit einem ausgeschnittenen bzw, abgeschnittenen QJeil und einem chromplattierten äußeren Oberflächenteil, in Vorderansicht, bzw. einen vergrößerten Querschnitt entlang einer Stelle längs der axialen länge des Drahtes,

Pig, 10 einen vergrößerten Querschnitt eines Klavierdrahtes, mit einer Chromplattierung an dem ausgeschnittenen Seil hiervon.

Pig· 2 eine Vorderansicht eines gewickelten bzw, wendeiförmigen Dehnbauteiles, mit einem Ausschnitt und ei- ; nem chromplattierten, äußeren, umlaufenden Teil, zu . einem Ring gebogen, wobei die entgegengesetzten Enden miteinander verbunden sind· ;

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Pig. 3 einen abgebrochenen Querschnitt mit Darstellung eines Teiles des Ölabstreifringes.

Pig. 4 einen querverlaufenden Schnitt,der die Kombination des Dehnbauteiles und des Kolben-Ölabstreifringes zeigt, wenn diese zusammenmontiert sind, mit einer Ringausnehmung im Kolben.

Pig. 5 eine graphische Darstellung, welche das Größenverhältnis zwischen der Höhe des Verschleißes und des Anpressdruckes zeigt.

Pig. 6 eine graphische Darstellung, welche die .Beziehung zwischen dem Kontaktdruck P an der Oberfläche und dem Verhältnis k der seitlichen Breite des ausgeschnittenen Teiles t und- dem Drahtdurchmesser

d zeigt und,

Pig. 7 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Scherspannung des Drahtes und dem Verhältnis k der seitlichen Breite t des ausgeschnittenen Seiles und des Drahtdurchmessers d zeigt.

der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Zeichnung wird gemäß Pigur 1A ein zusammenhängendes Stück aus Stahldraht 1 in Wendelform gewickelt, und danach wird ein 'feil von der äußeren Umfangsflache abgeschnitten, sodaß hier eine, im wesentlichen flache Oberfläche entsteht, und hieraus ergibt sich ein Querschnitt des Drahtes, wie in Figuren 1B^! und gezeigt. . ;

Danach wird die Wicklung auf vorbestimmte kürzere Längen geschnitten und zu einem Kreisring gekrümmt, um ein ."/Behnbauteil,

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nachfolgend abgekürzt als Spannelement bezeichnet, gemäß Fig. 2, herzustellen. Eine Chromplattierung 3, wie in Figuren 1J3^! oder 10 angedeutet, wird auf den sich seitlich erstreckenden, breiten bzw, verbreiterten Teil des Aus- bzw, Abschnittes 2 aufgebracht, wobei diese ebene, am Spannelement umlaufende Fläche 2 zwischen der Innenoberfläche des Ölabstreifringes 4 und dem Spannelement zu liegen kommt. Das Aufbringen der chromplattierten Fläche 3 erfolgt wahlweise, d.h. sie kann im Einzelfall entfallen.

Andererseits ist der ölabstreifring 4 an seiner Innenfläche mit einer umlaufenden Furche, iMut odgl. 6 versehen, welche im wesentlichen einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, und die, je nach Einzelfall und Erfordernis, mit einer chromplattierten Schicht 7 versehen ist. In denjenigen Einzelfällen, in welchen die chromplattierte Schicht auf der Kontaktfläche 2 des Spannelementes allein nicht aufgebracht werden kann, soll die gesamte Außenfläche des Spannelementea mit der chromplattierten Schicht versehen werden, wie in Figur 1ß* gezeigt.

Die seitliche Breite t des ausgeschnittenen Teiles 2 auf der äußeren umfangsflache des Spannelementes, welches aus dem runden Stahldraht besteht, als auch der Durchmesser d des Stahldrahtes, hängen von der !Beziehung bzw. vom Quotienten zwischen dem Eon taktdruck des Spannelementes und'der Höhe des Verschleisses in der Kontaktfläche ab, aber auch von der Spannungsfestigkeit des Wicklungsdrahtes und des Windungsabstandes.

Aus der graphischen Darstellung der Fig. 5 ist die Beziehung zwischen Berührungsdruck und Höhe des Verschleißes in der

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Berührungsfläche ersichtlich, und ferner ist gezeigt, daß die Höhe des Verschleißes in der Berührungsfläche des Spannelementes sich steil erhöht, wenn der Berührungsdruck 20 kg/cm überschreitet.

Die in Pig· 5 gezeigten Versuchsergebnisse wurden unter Einhaltung folgender Versuchsbedingungen und eines nachfolgend genauer bezeichneten Spannelementes als Versuchsmuster erzielt:

Rotationsfrequenz: 4ooo U/min.

Anzahl der Öffnungs- Schließbewegungen der in Eontaktbe- 7 2 χ 10** rührung stehenden Enden des
Spannelementes

Größe der Durchbiegung: 1 mm

Einzelheiten des Spannelementes:

Durchmesser des Stahldrahtes d: 0,7 mm Durchmesser der Wicklung D: 2,3 mm

seitliche Breite des ausgeschnittenen Seiles t: 0,43 mm,

um dtslBlb den Berührungsdruck auf weniger als 20 kg/cm² zu halten, ist es nach dieser Erkenntnis erfindungsgemäß notwendig, eine dementsprechend große Berührungsfläche am Spannelement einzuhalten, welche in ganz fester Beziehung zu der seitlichen j Breite t des ausgeschnittenen Teiles steht (dieser ausgeschnittene Seil befindet sich auf der äußeren umfangsfläche des Spann- , elementes;, sodaß erfindungsgemäß das Verhältnis k dieser Breite t zum Drahtdurchmesser d 0,3 oder mehr beträgt, wie in Pig. 6 dargestellt.

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Andererseits ist erfindungsgemäß erkennbar ₉ daß wenn die .Breite t des ausgeschnittenen Teiles, unter .Berücksichtigung dieser Lehre, relativ groß wird, der .Berührungsdruck zwar absinkt, aber gleichzeitig wird die Spannungsfestigkeit, d.h. die strukturelle Festigkeit des Stahldraht-Werkstoffee, wie in Pig. 7 dargestellt, herabgesetzt. Wenn deshalb das Verhältnis k der seitlichen Breite t des ausgeschnittenen Teiles, bezogen auf den Drahtdurchmesser d des gewickelten Spannelementes erfindungsgemäß größer als 0,85 wird, während die Scherspannung des Stahldrahtes, aus dem das Spannungselement besteht, 100 kg/mm überschreitet, ergibt sich erfindungsgemäß, daß dies eine Grenze der Scherspannung ist und zum Reißen bzw. Materialfließen des Windungswerkstoffes führt. Deshalb bestimmt die erfindungsgemäße Lehre, daß es notwendig ist, ein Verhältnis k im Wertbereich 0,3 bis 0,85 zu verwenden.

.beispielsweise, wenn das aus Windungen bestehende Spannelement einen Windungsdurchmesser von 3 mm und einen Windungsdraht-Durchmesser von 1 mm hat, sodaß dies eine Spannung von 9 kg erzeugt, und wird dieses .Bauelement mit einem Ölabstreifring verbunden, der einen Außendurchmesser von 120 mm, 6 mm .breite und 4,2 mm Dicke hat, so ergibt sich erfindungsgemäß, daß die seitliche .breite t des ausgeschnittenen, auf dem Außenumfang befindlichen Teiles des Spannelementes 0,3 mm oder mehr beträgt.

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Da ferner die ölabstreifende Wirkung des Ölabstreifringes in beachtlichem Maße auf Änderungen des Berührüngsdruckes sswischen dem Ölabstreifring und der Innenwandung des Zylinders reagiert und hiermit schwankt, ist es wichtig, während des ganzen Motorbetriebes den Bertihrungsdruck konstant zu halten. Dies wird erfindungsgemäß, je nach Einzelfall, nur durch eine chromplattierte Schicht.an der vergrößerten Berührungsfläche erreicht.

um die erfindungsgemäße Anordnung des Kolbenringes zu vereinigen, wird zunächst das chromplattierte Spannelement, wie in Fig. 1B gezeigt, in die "Furche 8 des Kolbens 9 eingeschoben, wie in Figur 4 erkennbar, und danach wird der Ölabstreifring 4, der mit einer umlaufenden. .Nut an der Innen- bzw. umfangsfläche 5 des Ölabstreifringes 4 versehen ist, und insbesondere mit einer chromplattierten Schicht versehen wurde, mit dem Spannelement verbunden, bzw. an diesem installiert, sodaß ein fertiges Kolbenring-Bauteil gebildet wird, bestehend aus dem Spannelement und dem eigentlichen Ölabstreifring.

Während des Motorbetriebes bildet dieser kombinierte Kolbenring einen Oberflächenkoiiakt zwischen dem chromplattierten leil des Spannelementes und der chromplattierten, umlaufenden Furche auf der inneren Umfangsfläche des Ölabstreifringes, wie in Fig. 4 gezeigt, und hält diesen Flächenkontakt aufrecht, und es zeigt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ; dieser Oberflächenkontakt nicht dazu führt, daß örtliche ; Spannungsspitzen auftreten, wie es bisher bei den handelsübli- j chen Bauteilen der Fall war. ■

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Ferner ist festgestellt, daß die chroaplattierte Schicht bzw· Schichten, die an der Kontaktfläche ist bzw. sind, im Zusammenwirken mit einer hinreichenden Schmierung in der Furche des als Kolben wirkenden Baut eile a die Abnutzung und den Verschleiß verringert, bzw· auf ein optimales Minimum herabsetzt, aber andererseits eine verbesserte ölabstreifwirkung gewährleistet· Wegen dieser vorteilhaften Eigenschaft (Verringerung des Verschleißes) wird jegliches "Eihfressen" des Spannelementes in die ringförmige !furche optimal verringert oder ausgeschlossen und somit wird die freie Funktion dieses .Bauteils, als Spannelement zu wirken, nicht mehr beeinträchtigt· Der kombinierte Ölabstreif-Kolbenring gemäß Erfindung gewährleistet somit in hervorragender Weise auch die ölabstreifende Funktion· Ferner wird die .Betriebsfestigkeit dieser Funktionen erhöht.

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Claims

8. November 1973 IG/Bü N-3-10497M

PISTON RB)G CO., ITD,

Patentansprüche :

IyAIs Ölabstreifer dienender Kolbenring für innere Brennkraftmaschinen mit einem wendeiförmigen, innen angeordneten, radial spannenden Hingbauteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabstreifring (4) eine umlaufende .Nut (6) an seiner radialen, inneren Umfangsfläche aufweist und ein wendeiförmiges Spannbauteil (1/ zumindest teilweise in dieser .Nut (6) angeordnet und daß seine runde bzw. kreisförmige Querschnittsfläche mit einem, entlang des Außenumfangs des Spannelementes verlaufenden Aus- bzw· Abschnitt versehen ist·

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabstreifring aus Gußeisen besteht,

3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende .Nut (6-) des Olabstreifringes (4) im wesentlichen im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist·

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4. Kolbenring nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Wendel des Spannelementes (1) Stahl ist.

5. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der, an der äußeren ümfangsflache des wendeiförmigen Spannelementes {"]) vorhandene Aus- bzw. Abschnitt mit einer, im wesentlichen ebenen bzw. flachen Fläche ^2) versehen ist und die seitliche Breite (t; dieser Fläche so bestimmt ist, daß das Verhältnis der seitlichen .Breite (t) zum Durchmesser (δ.) des Wendeldrahtes im Bereich von 0,3 bis 0,85 liegt.

6. Kolbenring nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Oberfläche der ringförmigen Jüut ^6; zumindest teilweise mit einer chromplattierten Schicht (7) versehen ist.

7. Kolbenring nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Fläche bzw. die ebene Fläche (2) dieses Aus- bzw. Abschnittes mit einer chromplattierten Schicht (3J versehen ist.

8. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Oberfläche der ringförmigen Hut ^6;, als auch des Aus- bzw. Abschnittes (2; mit chromplattierten Schichten (7 bzw. 3) versehen sind.

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