DE2504087A1 - Internal spring for piston ring - is sprung strip channel section with cutouts mounted in inner groove of ring - Google Patents

Abstract

The split piston ring has a U-shaped section, the legs of which point radially inward. A spring ring is mounted between the legs of the U and presses the piston ring against the cylinder wall. The spring ring is made from a strip of spring material which is also bent into a U section, also with the legs of the U pointing radially inward. The U sectioned ring is made into a spring by cutting radial slots in the section from the inside of the ring. The radial slots are cut through the base of the U section, through the hole of one leg and through part of another leg. Alternate sections of spring strip are attached to one another at the lower and upper part.

Description

Kolbenring Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, der aus einem aufgetrennten Kolbenringkörper mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt, dessen Schenkel radial nach innen gerichtet sind, und einer zwischen den Schenkeln liegenden, auigetrennten Ringfeder besteht.Piston ring The invention relates to a piston ring, which consists of a separated piston ring body with a substantially U-shaped cross-section, its Legs are directed radially inward, and one lying between the legs, there is a separate ring spring.

Kolbenringe dieser Art sind bekannt. Dabei dient die zwischen den Schenkeln des im Querschnitt U-förmigen Kolbenringkörpers liegende Ringfeder dazu, die gleitenden Dichtungstlächen des Kolbenringes ständig in Berührung mit der Innenmantelfläche des Zylinders zu halten, indem die Ringieder den Kolbenring bis zur Anlage an der Innenmantelfläche auispreitzt.Piston rings of this type are known. The between the Legs of the piston ring body, which has a U-shaped cross-section, are provided with an annular spring, the sliding sealing surfaces of the piston ring are constantly in contact with the inner circumferential surface of the cylinder by pulling the ring down the piston ring until it rests on the Extruded inner circumferential surface.

Bei den bekannten Kolbenringen dieser Art finden Schraubenfedern Anwendung, wie sie beispielsweise in den US-PS 3 000 677 und 2 951 732 beschrieben und gezeigt sind. Diese bekannten Federn haben einen schwerwiegenden Nachteil, weil ihre Flächen abschnitte, mit denen sie am Kolbenringkörper anliegen, im Verhältnis zur Gesamtiläche des Kolbenringkörpers, welcher der Feder gegenüberliegt, sehr klein sind. Da die Feder dazu dient, den Kolbenringkörper bis zur Anlage an die Zylindermantelfläche aufzuspreitzen, ist wegen der kleinen Flächenabschnitte, mit denen Feder und Kolbenringkörper aneinanderanliegen, die Flächenpressung sehr groß. Hinzu kommt noch, daß wegen des in der Regel vorhandenen Spikes zwischen den einander zugekehrten flächen von Kolbenringkörper und Feder bei der Bewegung des Kolbens bzw. des Kolbenringes schlagartige Stöße auStreten, die im Zusammenwirken mit der hohen Flächenpressung zu Schäden am Kolbenringkörper und an der Feder führen, insbesondere gräbt sich die Feder im Laufe der Zeit in die Innenfläche des Kolbenringkörpers ein. Daraus resultieren Metallpartikel sowohl vom Kolbenringkörper als auch von der Feder her, welche nicht nur die tragenden Flächen des Kolbenringes, vielmehr auch die Zylinderlauffläche beschädigen können, was Undichtigkeiten zwischen der Zylinderlauffläche und dem Kolbenring entstehen lassen kann. Außerdem kann auch die sehr kleine Kontaktfläche zwischen Feder und Kolbenringkörper zu ungleichmäsigen radialen Ausdehungen des Kolbenringes führen, so daß die Gleichmäßigkeit der Anlage und sogar die Federwirkung verlorengeht.In the known piston rings of this type, coil springs are used, as described and shown, for example, in U.S. Patents 3,000,677 and 2,951,732 are. These known springs have a serious disadvantage because of their areas Sections with which they rest on the piston ring body in relation to the total area of the piston ring body, which opposite the spring is very small are. Since the spring is used to push the piston ring body into contact with the cylinder jacket surface To spread open is because of the small surface sections with which the spring and piston ring body abut one another, the surface pressure is very high. In addition, because of the usually existing spikes between the facing surfaces of the piston ring body and spring sudden impacts during the movement of the piston or the piston ring occur which, in combination with the high surface pressure, damage the piston ring body and lead to the feather, in particular the feather digs in over time the inner surface of the piston ring body. This results in both metal particles from the piston ring body as well as from the spring, which is not only the load-bearing Surfaces of the piston ring, or rather the cylinder surface, can damage resulting in leaks between the cylinder surface and the piston ring can leave. In addition, the very small contact area between the spring and Piston ring bodies lead to uneven radial expansion of the piston ring, so that the uniformity of the system and even the spring effect is lost.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einem Kolbenring der erwähnten Art Maßnahmen zu treffen, welche zum einen die Flächenpressung zwischen Kolbenringkörper und -feder herabsetzen und zum anderen das Auftreten von Schlägen zwischen Feder und Kolbenringkörper unmöglich machen, um so die Gefahr eines Eingrabens der Feder in den Kolbenringkörper und die damit verbundenen Schäden und den Verlust der Funktionsfähigkeit zu vermeiden.The invention is based on the object of a piston ring mentioned type of measures to take, which on the one hand the surface pressure between Reduce the piston ring body and spring and, on the other hand, the occurrence of shocks between the spring and the piston ring body, thus reducing the risk of digging the spring in the piston ring body and the associated damage and loss to avoid functionality.

Die Erfindung besteht darin, daß die Ringfeder aus einem Federblechstreifen mit U-förmigem Querschnitt besteht, bei dem die dem Kolbenringkörper zugekehrten Außenmantelflächen der Form und den Abmessungen nach den zugekehrten Innenflächen des Kolbenringkörpers entsprechen und der Basisschenkel eine Vielzahl von über den Umfang verteilten, schmalen Radialschlitzen aufweist, die sich im Wechsel über die galze Breite und eine Teilbreite der radial nach außen gerichteten U-Schenkel der Ringfeder erstrecken.The invention consists in that the ring spring consists of a spring sheet metal strip with a U-shaped cross-section, in which the piston ring body facing Outer jacket surfaces of the shape and the dimensions according to the facing inner surfaces of the piston ring body correspond and the base leg a variety of over the Circumferentially distributed, narrow radial slots has that alternating across the galze width and a partial width of the radially outwardly directed U-legs of the ring spring extend.

Hiermit ist ein Kolbenring geschaffen, dessen Feder bezüglich ihrer dem Kolbenringkörper zugekehrten Außenflächen mit den Anlageflächen des Kolbenringkörpers übereinstimmt, also praktisch keinerlei Spiel vorhanden ist, wobei obendrein gewahrleistet ist, daß die anliegenden Flächenabschnitte der Feder nicht nennenswert kleiner sind als die Gesamtfläche des Kolbenringkörpers, welche der Feder zugekehrt ist, womit gewährleistet ist, daß die Flächenpressung auch bei sehr kräftigen Federn verhältnismäßig gering ist.This creates a piston ring whose spring with respect to their the outer surfaces facing the piston ring body with the contact surfaces of the piston ring body agrees, so there is practically no play, which is guaranteed on top of that is that the adjacent surface sections of the spring are not significantly smaller than the total area of the piston ring body facing the spring, which means it is guaranteed that the surface pressure is proportionate even with very strong springs is low.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich die Teilschlitze in den radial nach innen gerichteten U-Schenkeln der Ringfeder etwa über deren halbe Breite erstrecken.In a further embodiment of the invention it can be provided that the partial slots in the radially inwardly directed U-legs of the annular spring extend approximately over half its width.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die zwischen den Schlitzen verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte der Ringfeder mehr als die Hälfte der Innenfläche des Kolbenringkörpers betragen, womit eine nennenswerte Herabsetzung der Flächenpressung in Gegenüberstellung zu der Flächenpressung bei den bekannten Kolbenringen mit andersgearteten Federn erzielt ist.It has been found to be advantageous if the between the slots remaining, outwardly directed surface sections of the ring spring more than that Half of the inner surface of the piston ring body, which is a significant reduction the surface pressure in comparison to the surface pressure in the known Piston rings with different types of springs is achieved.

Im einzelnen kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die zwischen den Schlitzen verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte der Ringfeder zwischen 510/o und 97% der Innenflächen des Kolbenringkörpers betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich ergeben, wenn die zwischen den Schlitzen verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte der Feder etwa zweidrittel der Innenflächen des Kolbenringkörpers betragen.In detail it can be provided according to the invention that the between the slots remaining, outwardly directed surface sections of the ring spring between 510 / o and 97% of the inner surface of the piston ring body. As special It has been found advantageous if the remaining between the slots, after outwardly directed surface sections of the spring about two-thirds of the inner surfaces of the piston ring body.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine axiale Ansicht des in der üblichen Weise aufgetrennten Kolbenringes, bestehend aus Kolbenringkörper und Kolbenringfeder, Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 durch den Kolbenringkörper zur Veranschaulichung seines U-förmigen Querschnittes, Fig. 3 eine axiale Ansicht der Ringfeder nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 durch die Ringfeder zur Verdeutlichung von deren U-förmigem Querschnitt, Fig. 5 in der Seitenansicht einen Ausschnitt V-V nach Fig. 3 aus der Ringfeder in vergrößerter Darstellung und Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI durch den Kolbenring gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei der Kolbenring in die Ringnut eines Kolbens eingesetzt ist und an der Innenmantelfläche des Zylinders liegt.In the drawing, an embodiment according to the invention is shown. There are shown: FIG. 1 an axial view of the piston ring separated in the usual manner, consisting of piston ring body and piston ring spring, Fig. 2 in an enlarged view a section along the line II-II of Fig. 1 through the piston ring body for illustration its U-shaped cross section, Fig. 3 is an axial view of the annular spring according to Fig. 1 in an enlarged view, FIG. 4 in an enlarged view, a section according to the line IV-IV of FIG. 3 through the annular spring to illustrate their U-shaped cross-section, Fig. 5 in a side view a detail V-V according to Fig. 3 from the annular spring in an enlarged view and FIG. 6 shows a section according to the Line VI-VI through the piston ring according to FIG. 1 in an enlarged view, wherein the piston ring is inserted into the ring groove of a piston and on the inner circumferential surface of the cylinder.

Der in der Fig. 1 mit 10 bezeichnete Kolbenring besteht aus dem an der Stelle 46 aufgetrennten Kolbenringkörper 12 und der in diesen eingesetzten Ringfeder 14. Die Ringfeder 14 ist an der Stelle 48 aufgetrennt. Sie dient dem Aufspreitzen des Kolbenringkörpers 12 derart, daß er mit den Anlageflächen der ringförmigen Vorsprünge 16 (Fig. 2) satt an der Innenmantelfläche 40 des Zylinders 36 zur Anlage kommt, wie es die Fig.The piston ring denoted by 10 in FIG. 1 consists of the on the point 46 separated piston ring body 12 and the ring spring inserted in these 14. The ring spring 14 is separated at the point 48. It is used for spreading of the piston ring body 12 in such a way that it connects to the contact surfaces of the annular projections 16 (Fig. 2) comes to rest on the inner circumferential surface 40 of the cylinder 36, as shown in Fig.

6 veranschaulicht.6 illustrates.

Der Kolbenringkörper 12 hat einen U-förmigen Querschnitt. Der Basisschenkel des Kolbenringkörpers 12, dessen im Einsatz der Zylindermantelfläche 40 des Zylinders 36 zugekehrte Fläche eine verschleißfeste Auflage 44 trägt, bei der es sich beispielsweise um eine Chromplattierung oder eine andezePlattierung handeln kann, weist außen zwei mit Abstand voneinander vorgesehene ringförmige Vorsprünge 16 auf, zwischen denen sich die ringförmige Vertiefung 42 befindet. Der Basisschenkel des Kolbenringkörpers 12 und die beiden radial nach innen gerichteten Schenkel 18 und 20 schließen den Ringraum 22 ein, welcher die Ringfeder 14 aufnimmt. Im einzelnen ist der Ringraum 22 durch die Flächen 54, 56 und 58 und die bogenförmigen Übergangsflächen 55 bestimmt.The piston ring body 12 has a U-shaped cross section. The base leg of the piston ring body 12, whose in use the cylinder jacket surface 40 of the cylinder 36 facing surface carries a wear-resistant support 44, which is for example may be a chrome plating or another plating has two outside spaced apart annular projections 16, between which the annular recess 42 is located. The base leg of Piston ring body 12 and the two radially inwardly directed legs 18 and 20 enclose the annular space 22, which receives the annular spring 14. In detail is the annular space 22 through the surfaces 54, 56 and 58 and the arcuate transition surfaces 55 determined.

Der durch die genannten Flächen bestimmte Innenquerschnitt des Ringraumes 22 stimmt praktisch überein mit dem Außenquerschnitt der zum Einsatz kommenden Ringfeder 14, welche im einzelnen die Figuren 3 bis 5 zeigen. Auch die Ringfeder 14 hat einen U-förmigen Querschnitt, der durch entsprechendes Biegen eines Federblechstreifens erzielt wurde. Im Einsatz kommt die Fläche 50 des Basisschenkels der Feder 14 an der Fläche 54 des Kolbenringkörpers 12 zur Anlage, während die Schenkel 24 und 26 sowie die Ubergangsabschnitte 23 satt an den Flächen 56 und 58 sowie 55 des Kolbenringkörpers 12 zur Anlage kommen. Kolbenringkörper 12 und Ringfeder 14 bilden so eine spielfreie Baueinheit. Der Basisschenkel der Ringfeder 14 und ihre Schenkel 24 und 26 begrenzen den Ringraum 52 der Ringfeder 14.The inner cross-section of the annular space determined by the surfaces mentioned 22 practically corresponds to the outer cross-section of the ring spring used 14, which FIGS. 3 to 5 show in detail. The ring spring 14 also has one U-shaped cross-section obtained by bending a spring steel strip accordingly was achieved. In use, the surface 50 of the base leg of the spring 14 arrives the surface 54 of the piston ring body 12 to bear, while the legs 24 and 26 as well as the transition sections 23 close to the surfaces 56 and 58 and 55 of the piston ring body 12 come to the plant. Piston ring body 12 and ring spring 14 thus form a backlash-free Unit. The base leg of the annular spring 14 and its legs 24 and 26 limit the annular space 52 of the annular spring 14.

Rings über den Umfang ist der Basisschenkel der Ringfeder 14 mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen, die sich im Wechsel teils ganz und teils zur Hälfte durch die Schenkel 24 und 26 der Ringfeder erstrecken. Ein durchgehender Schlitz im oberen Schenkel 24 ist jeweils mit 30 und ein durchgehender Schlitz im unteren Schenkel 26 mit 32 bezeichnet, während sich ein bis zur Hälfte des oberen Schenkels 24 erstreckender Schlitz mit 28 und ein bis etwa zur Hälfte des unteren Schenkels 26 erstreckender Schlitz mit 34 bezeichnet ist, wie es die Fig. 4 zeigt. Die wechselnde Erstreckung der Schlitze in ihrer Aufeinanderfolge machen außerdem die Figuren 3 bis 5 deutlich, wobei insbesondere die Fig. 5 zeigt, daß die am Kolbenringkörper 12 zur Anlage kommenden Flächenabschnitte 50 der Ringfeder 14 wesentlich größer sind als die durch die Schlitze ausgesparten Flächenabschnitte. Infolge des satten Zusammengreifens von Kolbenringkörper 12 und Ringfeder 14 wird somit die Flächenpressung zwischen beiden Teilen sehr gering gehalten.The base leg of the annular spring 14 is around the circumference with a A large number of slots are provided, which alternate partly in full and partly in half extend through the legs 24 and 26 of the annular spring. A continuous slot in the upper leg 24 is each with 30 and a continuous slot in the lower Leg 26 denoted by 32, while one to half of the upper leg 24 extending slot with 28 and one to about half of the lower leg 26 extending slot is designated by 34, as Fig. 4 shows. The changing FIGS. 3 also show the extension of the slots in their sequence to 5 clearly, FIG. 5 in particular showing that the piston ring body 12 coming to rest surface sections 50 of the annular spring 14 is much larger are than the surface portions recessed by the slits. As a result of the full The contact pressure between the piston ring body 12 and the ring spring 14 thus becomes the surface pressure kept very low between the two parts.

Die Fig. 6 zeigt im einzelnen wie sich der Kolbenring 10 im Einsatz innerhalb der Ringnut 53 des Kolbens 38 befindet und an der Innenmantelfläche 40 des Zylinders 36 anliegt. Durch die Ringfeder 14 wird die gleichmäßige Anlage der Lauffläche an der Innenmantelfläche 40 gewährleistet. Die Fig. 6 zeigt auch, daß Kolben 38 sowie Kolbenringkörper 12 und Kolbenringfeder 14 praktisch spielfrei zusammengreifen und somit Schläge nicht auftreten können und somit keine Schädigungen und Materialabrieb zu erwarten sind, welche die Qualität der Zylindermantelfläche 40 verringern und die Abdichtung beeinträchtigen können.Fig. 6 shows in detail how the piston ring 10 is in use is located within the annular groove 53 of the piston 38 and on the inner circumferential surface 40 of the cylinder 36 is applied. By the annular spring 14 is the uniform system of Tread on the inner circumferential surface 40 guaranteed. Fig. 6 also shows that Piston 38 as well as piston ring body 12 and piston ring spring 14 engage together with practically no play and thus no impacts can occur and thus no damage and material abrasion are to be expected, which reduce the quality of the cylinder jacket surface 40 and can affect the seal.

So wie eine Verchromung der Lauffläche des Kolbenringkörpers 12 möglich ist, besteht auch die Möglichkeit, die mit den Kolbenringkörper 12 in Kontakt befindlichen Flächen der Ringfeder 14 durch eine Auflage verschleißfester zu machen, beispielsweise durch eine Chromauflage oder eine andere Plattierung. In Betracht kommen ferner im Plasmaverfahren aufgespritze verschleißhemmende Laufschichten, schließlich das Ferrooxydieren und das Phosphatieren.Such as chrome plating of the running surface of the piston ring body 12 is possible there is also the possibility of those in contact with the piston ring body 12 To make surfaces of the ring spring 14 more wear-resistant by a support, for example by a chrome plating or another plating. Also come into consideration Wear-inhibiting running layers sprayed on in the plasma process, and finally that Ferro-oxidizing and phosphating.

Claims (5)

Patentansprüche Claims t Kolbenring, der aus einem aufgetrennten Kolbenringkörper mit im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, dessen Schenkel radial nach innen gerichtet sind, und einer zwischen den Schenkeln liegenden aufgetrennten Ringfeder besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (14) aus einem Federblechstreifen mit U-förmigem Querschnitt besteht, bei dem die dem Kolbenringkörper (12) zugekehrten Außenmantelflächen der Form und den Abmessungen- nach den zugekehrten Innenflächen des Kolbenringkörpers (12) entsprechen und der im Basisschenkel (50) eine Vielzahl von über den Umfang verteilten, schmalen Radialschlitzen (28, 30, 32, 34) aufweist, die sich im Wechsel über die ganze Breite und eine Teilbreite der radial nach außen gerichteten U-Schenkel (24, 26) der Ringfeder (14) erstrecken.t Piston ring, which consists of a split piston ring body with im substantial U-shaped cross-section, the legs of which are directed radially inward and there is a split ring spring between the legs, characterized in that the annular spring (14) consists of a spring sheet metal strip with U-shaped cross section, in which the piston ring body (12) facing Outer jacket surfaces of the shape and dimensions - according to the facing inner surfaces correspond to the piston ring body (12) and in the base leg (50) a plurality has narrow radial slots (28, 30, 32, 34) distributed over the circumference, which alternate over the entire width and a partial width of the radially outward directed U-legs (24, 26) of the annular spring (14) extend. 2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teilschlitze (28, 30) in den radial nach innen gerichteten U-Schenkeln (24, 26) der Ringfeder (14) etwa über deren halbe Breite erstrecken. 2. Piston ring according to claim 1, characterized in that the Partial slots (28, 30) in the radially inwardly directed U-legs (24, 26) the ring spring (14) extend approximately over half its width. 3. Kolbenring nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Schlitzen (28, 30, 32, 34) verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte (so) der Ringfeder (14) mehr als die Hälfte der Innenflächen (54, 55, 56, 58) des Kolbenringkörpers (12) betragen. 3. Piston ring according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the remaining between the slots (28, 30, 32, 34) are directed outwards Surface sections (see above) of the annular spring (14) more than half of the inner surfaces (54, 55, 56, 58) of the piston ring body (12). 4. Kolbenring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diezwischen den Schlitzen (28, 30, 32, 34) verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte (50) der Ringfeder (14) zwischen 51% und 9796 der Innenflächen (54, 55, 56, 58) des Kolbenringkörpers (12) betragen. 4. Piston ring according to claim 3, characterized in that the between the slots (28, 30, 32, 34) remaining, outwardly directed surface sections (50) of the ring spring (14) between 51% and 9796 of the inner surfaces (54, 55, 56, 58) of the piston ring body (12). 5. Kolbenring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Schlitzen (28, 30, 32, 34) verbliebenen, nach außen gerichteten Flächenabschnitte (50) der Ringfeder (14) etwa zweidrittel der Innenflächen (54, 55, 56, 58) des Kolbenringkörpers (12) betragen.5. Piston ring according to claim 3, characterized in that the between the slots (28, 30, 32, 34) remaining, outwardly directed surface sections (50) of the ring spring (14) about two-thirds of the inner surfaces (54, 55, 56, 58) of the piston ring body (12).