DE614487C - Verfahren zur Herstellung von Kolbenringen aus einem hochkant gebogenen Streifen duennen elastischen Metalls, z.B. Stahl - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 11. JUNI 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 491 GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. September. 1933 ab

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenringes aus einem hochkant gebogenen Streifen dünnen elastischen Metalls, z. B. Stahl.

Bei den bekannten aus einem hochkant gebogenen ■ Metallstreifen hergestellten Kolbenringen liegen die beiden Stirnflächen in senkrecht zur Ringachse verlaufenden Ebenen. Diese Ringe federn nur in radialer Richtung.

Außerdem berühren sie die Zylinderwand mit ihrer ganzen Umfangsfläche, so daß eine erhebliche Reibung und Abnutzung auftritt.

Andererseits sind konische Kolbenringe vorgeschlagen worden, die aus einer Platte oder einem Streifen Metall gestanzt bzw. ge* rollt — also nicht hochkant -gebogen — und dann in eine kegelstumpfartige Form gebracht werden. Diese Ringe federn aber weder radial noch axial zufriedenstellend.

Sie berühren die Zylinderwand mit ihrer abgeflachten Außenkante, also auch mit einer Fläche. Diese Flächenberührung. hat außer erheblicher Reibung und Abnutzung · bei konischen Kolbenringen den Nachteil, daß bei axialem Nachgeben des Ringes aus der Flächenberührung eine Linienberührung wird, die aber infolge mangelhafter, radialer Federungseigenschaft keine genügende Abdichtung mehr gewährleistet.

Mit dem nach der Erfindung hergestellten Kolbenring werden die vorerwähnten Nachteile vermieden. Erfindungsgemäß erhält der aus einem hochkant gebogenen Streifen dünnen elastischen Metalls, z. B. Stahl, hergestellte Kolbenring während des Biegungsvor- ganges eine gewölbte oder kegelstumpfartige Form. Dieser Kolbenring federt sowohl in radialer wie auch in axialer Richtung vollkommen und dichtet bei Berührung der Zylinderwand mit nur einer Linie und demzufolge auch geringster Reibung und Abnutzung am ganzen Umfang gleichmäßig wirksam und zuverlässig ab.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erhält der Kolbenring mehrere Windungen, wobei jede einzelne Windung an derjenigen Stelle des Ringumfanges, an der der Ring mit seinen beiden Enden auseinanderklafft, um das Maß der Stärke einer Windung axial gekröpft wird.

Nach einer besonderen Anwendungform der Erfindung werden mehrere Kolbenringe, die eine oder mehrere Windungen aufweisen können, derart zu einer Dichtung zusammengesetzt, daß sie sich nur an ihrem inneren oder an ihrem äußeren Umfang linienförmig berühren. .

Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen:

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Fig. ι einen Kolbenring nach der Erfindung in der Aufsicht,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der

Fig. i,

Fig. 3 einen Kolben mit Kolbenringen nach der Erfindung in Seitenansicht,

Fig. 4, 5 und 6 drei verschiedene Anordnungen mehrerer Kolbenringe in einer Kolbennut im Schnitt,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Kolbenringes nach der Erfindung in Vorderansicht, . .

Fig. 8 und 9 zwei verschiedene Anordnungen mehrerer Kolbenringe nach Fig. 7 in einer Kolbennut im Schnitt, -.-·.-.-■

Fig. 10 zwei Kolbenringe nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung . in Vorderansicht,

Fig. 11 einen Kolbenring nach Fig. 10 in auseinandergezogenem Zustande in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 12 einen Ring nach. Fig. 10 in der Aufsicht von rechts gesehen,

Fig. 13 und 14 zwei verschiedene .Anordnungen mehrerer Kolbenringe nach Fig. iö in einer Kolbennut im Schnitt.

In den Fig. 1 und 2 ist mit α eine Ausfüh-. rungsform eines Kolbenringes nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Zweckmäßigerweise werden die Ringe aus ölgetempertem Bandstahl hergestellt, und zwar aus Bändern, die für den durchschnittlichen Mehrzylindermaschinenkolben eine Breite von ungefähr 2,5 bis 5 mm — vorzugsweise 3 mm — und eine Stärke von ungefähr o,s mm aufweisen. Selbstverständlich lassen sich aber auch andere Abmessungen wählen. Diese flachen Bänder können entweder von ausgewalzten geraden Bändern oder von Spulen mit Stahlband abgenommen werden. Die Ringe werden aus auf die erforderliche Länge zugeschnittenen Bändern über die hohe Kante ungefähr oder genau kreisförmig, gebogen, wobei während des Biegens der außerhalb der *5 neutralen Achse des Ringes liegende Teil gestreckt und der innerhalb der neutralen Achse liegende Teil zusammengedrückt wird. Erfindungsgemäß wird der Kolbenring nun derart gebogen, daß er sich leicht wölben kann oder eine kegelstumpfartige Form während des Biegens annitnmt. Zu diesem Zweck kann eine einfache Maschine benutzt werden, die mit zusammenarbeitenden Rollen oder Walzen oder Gesenken arbeitet, die im wesentlichen auf die äußere Kante des Streifens einwirken, um so ein von· der Kante ausgehendes Biegen zu erzielen. Zwischen diesen Werkzeugen ist dann ein größerer Raum, als der Stärke des Streifens entspricht, vorbanden, so daß der Streifen nach der Seite zu sich wölben oder gleichmäßig verdrehen kann unter der Einwirkung des Biegens. Der Hohlraum oder der freie Raum für diese Verformung des Ringes kann einstellbar sein, um so eine Änderung in bezug auf die Wölbung erzielen zu können. Auch können die Gesenke oder sonstigen Werkzeuge zueinander einstellbar sein, wodurch Ringe von verschiedenem Durchmesser und Form auf einer, .einzigen Maschine hergestellt werden können. · Die Wölbung kann dabei derart -durchgeführt werden,-daß der Ring eine konkave oder konvexe oder sonst mögliche Krümmung annimmt, wie dies im einzelnen Fall gewünscht wird.

Zweckmäßig ist der Durchmesser des gebogenen Ringes, bevor er zum Einsetzen innerhalb, des Zylinders zusammengedrückt wird, ungefähr ¹Z₁₆ größer als der Durchmesser des Zylinders, in dem er arbeiten soll. Dabei sind die Enden* und c des Ringes genügend weit auseinander, so daß der Ring auf einen Durchmesser zusammengedrückt werden kann, der ungfähr I¹J₂ mm kleiner ist als der ursprüngliche Durchmesser, wobei dann die Enden b und c ziemlich dicht aneinander gebracht werden, so daß nur eine schmale Fuge-ei verbleibt, wie dies in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Die auf diese Weise hergestellten Ringe bilden also im wesentlichen eine volle Metallwindung. Bei dem zusammengedrückten und genau in den Zylinder einpassenden Ring ist seine Wölbung vergrößert, wie dies in übertriebenem Maße in Fig. 2 in strichpunktierten Linien veranschaulicht ist.

Eine besonders zweckmäßige Art der Unterbringung der Ringe nach der Erfindung ist in Fig. 3 veranschaulicht, in der mit e der Kopf des Kolbens bezeichnet ist, dessen Körper/ Bohrungen^ zur Aufnahme des Kolbenbolzens aufweist. In dem Kopf e des Kolbens sind Nuten für die Kolbenringe vorgesehen. Die oberste Nut nimmt einen, gewöhnlichen Druckring h üblicher Bauart, also ungefähr ebenso breit wie stark, auf. In der untersten Nut befindet sich ein Ölfangring i, mit den gleichen Abmessungen wie' der Druckring h. Die Ringe h und i verringern den Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung, und die in den dazwischenliegenden Nuten angeordneten Ringe nach der Erfindung sorgen für die vollkommene Abdichtung. Jede Nut nimmt mehrere Ringe auf, wobei deren Fugen gegeneinander versetzt liegen, so daß eine vollkommen sichere Abdichtung rings um den ganzen Kolben erzielt· wird. ■ - . - ■

■Die. Fig. 4, 5,' und 6 zeigen drei verschiedene zweckmäßige Arten der Unterbringung mehrerer Ringe h -in der Kolbennut. Gemäß Fig. 4 sind abwechselnd Paare von Ringen

mit ihren gewölbten Seiten in entgegengesetzter Richtung zueinander angeordnet. Alle diese Ringe drücken gegen die Zylinderwand k und erzeugen so kreisförmige Berührungslinien zum Zwecke der Abdichtung in gewissen Zwischenräumen. Gemäß Fig. 5 ist eine Gruppe von drei Ringen mit der Wölbung oder Konkavität in der einen Richtung angeordnet, während eine andere Gruppe von drei Ringen mit ihrer Wölbung oder Konkavität in der entgegengesetzten Richtung in die Nut eingesetzt ist. Fig. 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 4 mit dem einzigen Unterschied, daß je ein einzelner Ring oben und unten fortgelassen ist, so daß also die schmalere Kolbennut der Fig. 6 richtig ausgefüllt ist. Die Anzahl und die Anordnung der Ringe in jeder Nut kann selbstverständlich entsprechend der Form und der Größe der Nut und den sonstigen Anforderungen, die sich in jedem einzelnen Falle bei der Verwendung der Ringe ergeben, beliebig abgewandelt werden.

Um zu verhindern, daß die Ringe sich während der Arbeit des Kolbens derart verschieben, daß ihre Fugen d miteinander fluchten, so daß an den Fugen keine Dichtung mehr vorhanden ist, kann der -Ring nach der Erfindung auch fugenlos hergestellt werden.

In Fig. 7 ist ein fugenloser Ring 1 dargestellt, der aus demselben bandartigen, ölgetemperten Stahl wie der Ring nach Fig. 1, jedoch aus einem wesentlich längeren Materialstreifen gebogen ist, so daß zwischen seinen Enden mehr als eine volle Windung liegt. Ein Teil dieser Windung schließt dann die Fuge, die sonst zwischen den Enden des Ringes vorhanden sein würde, und dieser Teil ist dann bei m derart axial gekröpft, daß die Ringenden, von der Seite gesehen, mit den abgekröpften Teilen der Windung bündig liegen, so daß der Ring also an allen Stellen, auch an der Kröpfungsstelle, eine gleichmäßige Stärke aufweist. Wird der in Fig. 7 dargestellte Ring beim Einsetzen des Kolbens in den Zylinder zusammengedrückt, so nähern sich seine beiden Enden der ■" Kröpfungsstelle m. Der Ring wird zweckmäßig in eine genaue Kreisform gebracht, bevor das Kröpfen an der Stellew erfolgt, so daß er, wenn er in den Zylinder eingesetzt wird, überall gleichmäßig mit der Innenwandung des Zylinders, an der er abdichtend wirken soll, in Berührung kommt. Weitere zusätzliehe Windungen können in dem Ring vorgesehen werden, um seine Stärke und die Zahl der Berührungskreislinien des letzteren zu erhöhen, falls dies gewünscht wird, wobei dann die verschiedenen hinzugefügten Windüngen ebenfalls an den gleichen Stellen gekröpft werden, und zwar genau in der gleichen Weise, so daß der Ring nicht außer Form kommt, wenn er gekröpft wird'. Der Ring nach Fig. 7 zeigt alle "die Vorteile einer kleinen Gruppe von Ringen nach Fig. 1 unter Vermeidung der Fugen dieser letzteren Ringe. Er kann einzeln oder in Sätzen von entgegengesetzt zueinander eingesetzten Gruppen von Ringen benutzt werden, wobei jede Gruppe aus einem oder mehreren Ringen be- η₀ stehen kann.

In Fig. 8, die in j eder Beziehung der Darstellung nach Fig. 5 entspricht, sind zwei Ringe 1 mit ihren gewölbten Seiten voneinander abgewandt in Berührung mit der Seitenwand der Kolbennut dargestellt. In Fig. 9 sind zwei solcher Ringe zusammengesetzt, die sich außen mit ihren gewölbten Seiten berühren, so daß hier vier dicht nebeneinanderliegende kreisförmige Dichtungslinien zur Berührung mit der Innenwandung des Zylinders gebildet sind.

In den Fig. 10 bis 12 ist eine besonders zweckmäßige Form eines fugenlosen Ringes 1 nach der Erfindung dargestellt, der sich hauptsächlich dadurch von dem Ring nach Fig. 7 unterscheidet, daß er keine Kröpfung aufweist. Das eine Ende des Ringes ist durch allmähliche Verringerung der Stärke des Metalls zu einer scharfen Kante η ausgezogen, und die äußere Kante dieses scharfen Endes ist eingezogen oder abgerundet, wie bei 0 dargestellt, um so ein Einschneiden oder Beschädigen der Zylinderwandung zu verhindern. Das andere Ende/) des Ringes kann ebenfalls scharf ausgezogen sein, erhält aber zweckmäßig die Form einer stampfen Kante, die senkrecht zu der Achse des Ringes ver-' läuft, zu einem weiter unten angegebenen Zweck.

Der Ring 1 ist in genauer runder Form hergestellt, die er auch beibehält, abgesehen von dem Zusammendrücken, wenn er eingesetzt wird. Er hat, ebenso wie der Ring nach Fig. 7, mindestens eine volle Windung zwischen den Enden des Ringes. Fig. 11, die in etwas unnatürlicher Darstellung die Enden seitlich entgegen der natürlichen Federkraft des Ringes, die die Windungen des Ringes dicht aneinanderzieht, auseinandergezogen darstellt, ist lediglich vorgesehen, um den Bau des Ringes, insbesondere die volle Windung zwischen den Enden zu veranschaulichen.

Die beiden in Fig. 10 dargestellten Ringe sind in ihrer Bauart identisch, jedoch ist der eine in entgegengesetzter Stellung zu dem anderen, so daß die gewölbten Seiten der Ringe miteinander in Berührung treten können und dabei die stumpfkantigen Enden ρ aneinander zum Anliegen kommen. Diese Zusammenstellung kann entweder als eine

Claims (3)

vollständige Packung oder als eine Gruppe eines Satzes von Ringen einer dickeren Pakkung verwendet werden, wie sie beispielsweise in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist. Im Gebrauch stoßen die aneinanderliegenden Enden q gegeneinander und verhindern so eine relative Verdrehung der Ringe in der einen Richtung, und sie gestalten so den Zusammenbau vollkommen gleichförmig in bezug auf seine Stärke, um so eine wirksame Dichtung in einer Nut .von gleichmäßiger Breite zu erzielen. . . Der eine oder andere dieser Ringe kann gewünschtenfalls auch noch zusätzliche Teile oder vollständige Windungen erhalten, zu dem Zweck, den Zusammenbau in der Weise durchzuführen, daß er auch für Nuten von größerer Breite, als sie zur Aufnahme von Kolbenringen nach Fig. 10 ausreichen, ver^ wendet werden kann. Beispielsweise in Fig. 13 (die in ihren Einzelheiten -der Anordnung der Fig. 3 entspricht) ist einer, der Ringe 1 mit einem breiteren Ring vereinigt, so daß die beiden zusammen genau in die Kolbennut einpassen; und in Fig. 14 ist eine Zusammenstellung von zwei derartigen Ringen veranschaulicht, die in eine Kolbennut einpassen, die ungefähr 1 mm breiter ist als die in Fig. 13 dargestellte Nut. Einige dieser Ringe sind auswechselbar in den Zusammenstellungen, die für die Nut von verschiedener Größe bestimmt sind, und alle Ringe sind auswechselbar in dem Maße, daß. diejenigen des größten Formats leicht zu dünneren Ringen zugeschnitten werden können. Wie vorhin angegeben, sind die Ringe gemäß der Erfindung dazu bestimmt, genau eine Nut zu füllen, wobei dann ein seitlicher Spalt von ungefähr 0,125 mm verbleibt. Dadurch wird eine gute Dichtungsberührung zwischen den Ringen selbst und zwischen den Ringen und den Wandungen der Nut erzielt. Wenn durch das Hinundhergehen des Kolbens oder durch einen Flüssigkeitsdruck, der seitlich auf die Packung wirkt, oder durch beides eine Kompression der Ringzusammenstellung erfolgt, so werden die gewölbten Ringe etwas verflacht und ihr Durchmesser ein wenig vergrößert mit dem Erfolg, daß die Ringe mit ihrem Umfang entsprechend schärfer. gegen die Zylinderwandung angedrückt werden und dadurch eine bessere Abdichtung ergeben» Die Ringe gemäß der Erfindung ergeben also nicht nur einen genügenden Ölabschluß, sondem auch eine gute Kompressionspackung, Mit Bezug auf Fig. 13 und 14 sei noch bemerkt, daß hier sich endlose Kanäler zwischen den Seiten der Nut und den Ringen bilden. Diese Kanäle dienend dazu, das öl aufzunehmen, und verhindern so, daß es hinter den Ringen hindurchgeht. Sie dienen auch weiter dazu, den". Arbeitsdruck gegen die großen Seiten der Packung zu übertragen, um diese zusammenzudrücken. Ein anderer endloser Kanal 5 befindet sich zwischen den beiden entgegengesetzt gerichteten Gruppen jedes Satzes von Ringen und bewirkt eine sichere hydraulische Abdichtung, durch die ein Hindurchgehen von Flüssigkeit über den Boden der Nut verhindert wird. Ähnliche Kanäle sind natürlich, auch, in den in Fig. 4, 5, 6, 8 und 9 dargestellten^Zusammenstellungen vorhanden. . . Außer den hier bereits erläuterten Vorzügen haben diese Ringgruppen der Erfindung noch die weitere, sehr ,wünschenswerte Eigenschaft, Kohleansammlungen zu verhindern, und zwar infolge des dauernden, relativen Hinundhergleitens und Schabens zwischen den einzelnen Windungen oder Lamellen der Ringe. Weiter auch können diese Ringgruppen infolge der außerordentlichen Biegsamkeit jeder einzelnen Windung und ihrer Fähigkeit, schnell verschiedenartige, verzerrte Kreisformen anzunehmen, sich innerhalb angemessener Grenzen auf eine vollständige, für sich abdichtende Berührung einstellen, und zwar jederzeit auch mit einer Zylinderbohrung, die nicht kreisförmig ist oder einen nicht gleichmäßigen Querschnitt aufweist. Zweckmäßigerweise werden die Ringe gemäß der Erfindung in die gewünschte Form mit Hilfe einer einfachen, leicht herzustellenden Apparatur gebogen, die den Verbrauchern und Händlern von Kolbenringen geliefert werden kann, so daß also die Verbraucher oder Händler in der Lage sind, die Ringe auf. den gewünschten Durchmesser aus einem nicht gebogenen Stahlband schnell und den Anforderungen entsprechend selbst herzustellen. Es ist infolgedessen nicht notwendig, daß der Verbraucher oder Händler sich ein großes Lager von fertigen Ringen verschiedener Größe und Form Mit. Die Erfindung, läßt sich auch in anderen zweckmäßigen Formen wiedergeben, ohne aus dem Rahmen der wesentlichen Merkmale derselben herauszutreten. Patentanserüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines 'Kolbenringes aus \ einem, hochkant gebogenen Streifen dünnen elastischen Metalls, z.B. Stahl, dadurch,gekennzeichnet, daß der Ring während des Biegungsvorganges eine gewölbte oder kegelstumpfartige Form erhält.

2. Verfahren zur Herstellung eines Kolbenringes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mehrere Windüngen aufweist und daß jede einzelne Windung an derjenigen Stelle des Ring-

umfanges, an der der Ring mit seinen beiden Enden auseinanderklafft, um das Maß der Stärke einer Windung axial gekröpft wird.

3. Dichtung aus mehreren nach Anspruch ι oder Anspruch. 1 und 2 hergestellten Ringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe so angeordnet sind, daß sie sich nur an ihrem inneren oder an ihrem äußeren Umfang· linienförmig berühren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen