DE823075C

DE823075C - Piston ring seal for pistons of internal combustion engines

Info

Publication number: DE823075C
Application number: DEH6193A
Authority: DE
Original assignee: HAREL MECHANICAL PROCESSES Ltd
Current assignee: HAREL MECHANICAL PROCESSES Ltd
Priority date: 1946-08-28
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1951-11-29

Description

Kolbenringabdichtung für Kolben von Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft Dichtungseinrichtungen für die Kolben von Verbrennungsmotoren, bei welchen ein geschlitzter Kolbenring in der Kehle eines im Querschnitt U-förmigen, nicht geschlitzten lZingelements gelagert ist, das in einer Ausdrehung des Kolbens in radialer Richtung verschiebbar ist, wobei Mittel zur Herbeiführung dieser Verschiebung des Ringelements vorgesehen sind.Piston ring seal for pistons of internal combustion engines The invention relates to sealing devices for the pistons of internal combustion engines, in which a slotted piston ring in the throat of a U-shaped cross-section, not slotted lZingelements is mounted, which in a recess of the piston in is displaceable in the radial direction, with means for bringing about this displacement of the ring element are provided.

Gemäß der Erfindung wird das nichtgeschlitzte, im Querschnitt U-förmige Ringelement durch zwei flache Ringe gebildet, von denen jeder einen inneren, sich über etwas weniger als i8o° erstreckenden Vorsprung aufweist, der beim Zusammenfügen dieser beiden Ringe diametral gegenüber zum anderen Vorsprung zu liegen kommt und jeweils in eine vorsprunglose Zone des anderen Ringes eingreift, wobei die zwischen den Schenkeln des U-förmigen Ringelements gebildete Ausnehmung (Kehle) zwei geschlitzte Kolbenringe aufnimmt, zwischen denen Federn vorgesehen sind, welche die Kolbenringe in axialer Richtung gegen die Schenkel des U-förmigen Ringelements pressen und gleichzeitig die das Ringelement bildenden Teilringe gegen die zugeordneten Wandteile der Kolbenausdrehung drücken. Die Erfindung umfaßt ferner noch Mittel zum Verhindern einer Verdrehung des genannten Ringelements in der Kolbenausdrehung, Mittel zur Verhinderung einer Verdrehung der Kolbenringe in der Kehle des erwähnten Ringelements und Mittel um die beiden Teile des Ringelements in zueinander entgegengesetzte Richtungen zu drücken. Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Abb. i den teilweisen Längsschnitt durch einen mit der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung ausgestatteten Kolben, Abb. 2 einen Längsschnitt nach der Linie 11-II der Abb. i, Abb. 3 einen Querschnitt nach der Linie 111-III der Abb. i, Abb. 4 in verkleinertem Maßstab eine Draufsicht auf einen der Teile des Doppelringelements der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung, Abb. 5 eine Seitenansicht hierzu, Abb. 6 eine Seitenansicht der zusammengefügten Teilringe, Abb. 7 in stark verkleinertem Maßstab einen der Kolbenringe der Dichtungseinrichtung, Abb. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII-VIII der Abb. 7, Abb:9 eine der ringförmigen Federn der Dichtungseinrichtung, Abb. io einen Querschnitt der Linie X-X der Abb. 9, Abb. i i einen flachen Ring, welcher zwischen die Federn gemäß Abb. 9 eingelegt wird, Abb. 12 einen Querschnitt nach der Linie XII-XII der Abb. i i, Abb. 13 ein weiteres Element der Dichtungseinrichtung in Draufsicht und Abb. 14 eine Seitenansicht hierzu.According to the invention, the non-slotted, U-shaped in cross-section Ring element formed by two flat rings, each of which has an inner, self has over slightly less than i8o ° extending projection that when joining these two rings come to lie diametrically opposite to the other projection and each engages in a projectless zone of the other ring, the between the legs of the U-shaped ring element formed recess (throat) two slotted Receives piston rings, between which springs are provided, which the piston rings press in the axial direction against the legs of the U-shaped ring element and at the same time the partial rings forming the ring element against the associated wall parts of the piston recess to press. The invention further comprises means for preventing rotation of said ring element in the piston recess, means for preventing a Rotation of the piston rings in the throat of the mentioned ring element and means around to push the two parts of the ring element in mutually opposite directions. the Drawing illustrates an embodiment of the subject matter of the invention, and although Fig. i shows the partial longitudinal section through one with the inventive Sealing device equipped piston, Fig. 2 a longitudinal section along the line 11-II of Fig. I, Fig. 3 shows a cross section along the line III-III of Fig. I, Fig. 4 shows, on a reduced scale, a plan view of one of the parts of the double ring element the sealing device according to the invention, Fig. 5 is a side view of this, Fig. 6 shows a side view of the assembled partial rings, FIG. 7 in a greatly reduced size Scale one of the piston rings of the sealing device, Fig. 8 a cross-section according to the line VIII-VIII of Fig. 7, Fig: 9 one of the annular springs of the sealing device, Fig. Io a cross section of the line X-X of Fig. 9, Fig. I i a flat ring, which is inserted between the springs according to Fig. 9, Fig. 12 a cross-section after the line XII-XII of Fig. i i, Fig. 13 another element of the sealing device in plan view and Fig. 14 a side view of this.

Gemäß den Abb. i bis 3 ist der Kolben i eines Verbrennungsmotors oder eines Kompressors mit einer Eindrehung 2 versehen, in welcher die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung so' gelagert ist, daß sie eine Radialverschiebung zuläßt. Diese Einrichtung umfaßt ein im Querschnitt U-förmiges Ringelement, das durch zwei flache, vorzugsweise aus leichtem und widerstandsfähigem Metall, z. B. einer schmiedbaren Aluminiumlegierung, hergestellten Ringe 4 und 5 gebildet ist, von denen jeder einen inneren Vorsprung 6 aufweist, der sich auf einen Kreisbogen über nicht ganz 18o0 erstreckt. Diese Ringe sind derart zusammengefügt, daß der Vorsprung des Ringes 4 diametral gegenüber jenem des Ringes 5 zu liegen kommt, wobei er in eine vorsprunglose Zone des genannten Ringes 5 eingreift und umgekehrt. Auf diese Weise wird ein Ringelement mit einer Kehle 7 gebildet, wie dies in Abb.6 dargestellt ist, welche den Zusammenbau der beiden Ringteile zeigt.According to Figs. I to 3, the piston i is an internal combustion engine or of a compressor provided with a recess 2, in which the inventive Sealing device is mounted so 'that it allows radial displacement. These Device comprises a cross-sectionally U-shaped ring element, which is formed by two flat, preferably made of light and durable metal, e.g. B. a forgeable Aluminum alloy, manufactured rings 4 and 5 is formed, each of which is one has inner projection 6, which extends to an arc of a circle over not quite 18o0 extends. These rings are assembled in such a way that the projection of the ring 4 comes to lie diametrically opposite that of the ring 5, whereby it is in a protruding one Zone of said ring 5 engages and vice versa. In this way it becomes a ring element formed with a groove 7, as shown in Fig.6, showing the assembly of the two ring parts shows.

In der Kehle 7 sind Seite an Seite zwei geschlitzte Kolbenringe 8 und 9 (Abb. 7 und 8) gelagert, von denen jeder eine ringförmige Ausdrehung io besitzt, in welcher eine Feder i i in Form eines geschlitzten Ringes (Abb. 9 und io) zu liegen kommt, der aus dünnem Stahlblech hergestellt und so gestaltet ist, daß er eine leichte Konizität aufweist. Ein flacher gleichfalls aus dünnem Blech hergestellter Ring ist zwischen die Federn i i eingelegt. Die Federn i i, welche mit ihrem Innenrand auf dem Ring 2i liegen, wirken dabei elastisch, und zwar gleichzeitig in axialer und radialer Richtung. Die Elastizität dieser Federn überlagert sich einerseits der Elastizität der Kolbenringe 8 und 9, wodurch diese zuverlässig gegen die Innenwand des Arbeitszylinders gedrückt werden, während andererseits zufolge der geringen Dicke der Federn im Verhältnis zu ihrer Breite, ihre Konizität sich verstärkt, wenn sich die den Schlitz bildenden Endteile der Federn einander nähern, wie dies durch die Zusammenziehung der Kolbenringe nach dem Einführen derselben in den Arbeitszylinder der Fall ist. Diese Erhöhung der Konizität hat zur Folge, daß die Kolbenringe in axialer Richtung auseinanderbewegt werden, um diese elastisch in Kontakt mit den benachbarten Wandteilen der Ringe4 und 5 zu halten und außerdem einen innigen Kontakt zwischen diesen Ringen mit den Seitenwandteilen der Kolbeneindrehung herzustellen, wodurch eine gute Abdichtung gewährleistet wird. Die Wirkung der Federn in axialer Richtung verhindert außerdem jegliches Schlagen der Kolbenringe und der Teilringe des Ringelements gegen die benachbarten Wandteile, trotz der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens im Zylinder.In the groove 7 there are two slotted piston rings 8 side by side and 9 (Fig. 7 and 8), each of which has an annular recess io, in which a spring i i in the form of a slotted ring (Fig. 9 and io) to lie made of thin sheet steel and designed to have a lightweight Has conicity. A flat ring also made of thin sheet metal is inserted between the springs i i. The springs i i, which with their inner edge lie on the ring 2i, act elastically, at the same time in an axial direction and radial direction. The elasticity of these springs is superimposed on the one hand the elasticity of the piston rings 8 and 9, making them reliable against the inner wall of the working cylinder are pressed, while on the other hand, due to the low Thickness of the springs in relation to their width, their taper increases when the end parts of the springs forming the slot approach one another, as is done by the contraction of the piston rings after they have been inserted into the working cylinder the case is. This increase in conicity has the consequence that the piston rings in are moved apart in the axial direction in order to make them resiliently in contact with the To keep adjacent wall parts of the rings 4 and 5 and also an intimate contact to produce between these rings with the side wall parts of the piston rotation, whereby a good seal is guaranteed. The action of the springs in axial Direction also prevents any hitting of the piston rings and the partial rings of the ring element against the adjacent wall parts, despite the reciprocating Movement of the piston in the cylinder.

Der zwischen die Federn i i eingelegte flache Ring 21 soll verhindern, daß unter der Wirkung der axialen Pressung dieser Federn zwischen den Kolbenringen, nicht eine der Federn eine gegensinnige Konizität erhält, wodurch die elastische Wirkung der Federn auf die Kolbenringe ausgeschaltet wäre.The flat ring 21 inserted between the springs i i is intended to prevent that under the action of the axial compression of these springs between the piston rings, not one of the springs receives a conicity in the opposite direction, whereby the elastic Effect of the springs on the piston rings would be switched off.

Die Ringe 4 und 5 werden in der Ausdrehung 2 des Kolbens gegen jede Drehbewegung durch zwei Stifte 12 gesichert, die am Grund der genannten Ausdrehung, und zwar an Punkten befestigt sind, die in einer durch die Kolbenachse gehenden Ebene liegen, wobei der Kopf dieser Stifte zwischen die gegenüberliegenden Endflächen 13 der Vorsprünge 6 an den Ringen 4 und 5 eingreifen (Abb. 1, 3, 4 und 6).The rings 4 and 5 are in the recess 2 of the piston against each Rotary movement secured by two pins 12, which at the bottom of the said recess, and that are attached to points in a through the piston axis Lying flat, with the head of these pins between the opposite end faces 13 of the projections 6 engage on the rings 4 and 5 (Fig. 1, 3, 4 and 6).

Andererseits sind die in der Ausdrehung 2 des Kolbens gelagerten Ringe 4 und 5 in radialer Richtung dem Druck von Federn 14 ausgesetzt, von denen jede zwischen dem Grund der Ausdrehung und der Innenfläche des Vorsprunges 6 des zugehörigen Teilringes angeordnet ist. Jede der Federn 14 weist in ihrer Mitte einen Zapfen 15 auf, welcher durch eine Öffnung 16 in der Mittelzone des Vorsprunges 6 des Ringes 4 bzw. 5 durchtritt(s. Abb. 5), wobei das Ende des Zapfens 15, sofern es der Querschnitt der Kolbenringe erlaubt, in eine Öffnung eingreift, die entweder durch zu beiden Seiten des Kolbenringschlitzes angeordnete Ausnehmungen 17 (Abb.7) oder durch den Kolbenringschlitz selbst gebildet wird.On the other hand are the rings mounted in the recess 2 of the piston 4 and 5 subjected in the radial direction to the pressure of springs 14, each of which between the bottom of the recess and the inner surface of the projection 6 of the associated Partial ring is arranged. Each of the springs 14 has a pin in its center 15, which through an opening 16 in the central zone of the projection 6 of the ring 4 or 5 passes through (see Fig. 5), the end of the pin 15, provided that it is the cross-section The piston rings are allowed to engage in an opening that goes through either to both Sides of the piston ring slot arranged recesses 17 (Fig.7) or through the Piston ring slot is formed itself.

Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der Elemente der Dichtungseinrichtung wird der Schlitz jedes der Kolbenringe durch den äußeren Rand des anliegenden Teilringes dauernd überdeckt, so daß bei einer Vergrößerung des Kolbenringschlitzes infolge Abnutzung des Zylinders (Ovalwerden) oder des Kolbenrings, dieser Teilring als Kolbenring wirkt und die vollständige Dichtung des Kolbens aufrechterhält. Die zur Herstellung der Ringe 4 und 5 verwendete schmiedbare Aluminiumlegierung stellt ein Metall dar, welches nicht nur widerstandsfähiger ist als Guß, sondern diesem gegenüber auch einen kleineren Reibungskoeffizienten aufweist. Außerdem besitzen die aus dieser Legierung hergestellten Ringe eine große Wärmeleitfähigkeit, welche die Wärmeabfuhr aus dem Kolben nach der gekühlten Zylinderwand begünstigt.As a result of the arrangement of the elements of the sealing device according to the invention the slot of each of the piston rings through the outer edge of the adjacent partial ring permanently covered, so that with an enlargement of the piston ring slot as a result Wear of the cylinder (becoming oval) or the piston ring, this partial ring as a piston ring acts and maintains the complete seal of the piston. the malleable aluminum alloy used to manufacture rings 4 and 5 a metal, which is not only more resistant than cast, but this compared to also has a smaller coefficient of friction. Also own the rings made from this alloy have a high thermal conductivity, which promotes heat dissipation from the piston to the cooled cylinder wall.

Zur Anbringung der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung auf dem Kolben i ist dieser an seinem oberen Ende, und zwar oberhalb der Eindrehung 2 mit einem Gewindeteil 18 kleineren Durchmessers versehen, auf welchem ein Haltering i9 für die Dichtungsgarnitur aufgeschraubt ist und dabei durch eine Schraube 20 fixiert wird.To attach the sealing device according to the invention on the Piston i is this at its upper end, namely above the recess 2 with provided a threaded part 18 of smaller diameter, on which a retaining ring i9 is screwed on for the sealing set and thereby by a screw 20 is fixed.

Die mit den Federn i i und dem Zwischenring 21 versehenen Kolbenringe 8 und 9 können vorteilhafterweise gleichzeitig auch verwendet werden, um die normalen Ausdrehungen des Kolbens auszufüllen, wie dies in den Abb. i und 2 bei 22 gezeigt ist. In diesem Falle muß der Ring 21 ebenso wie die Federn geschlitzt sein, um das Einführen in die Ausdrehung des Kolbens zu ermöglichen.The piston rings 8 and 9 provided with the springs ii and the intermediate ring 21 can advantageously also be used at the same time in order to fill the normal recesses of the piston, as is shown at 22 in FIGS. In this case, the ring 21, like the springs, must be slotted to enable it to be inserted into the recess of the piston.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Dichtungseinrichtung für die Kolben von Verbrennungsmotoren, bei welcher ein geschlitzter Kolbenring in der Kehle eines im Querschnitt U-förmigen, nichtgeschlitzten Ringelements gelagert ist, das in einer Ausdrehung des Kolbens in radialer Richtung verschiebbar ist, wobei Mittel zur Herbeiführung dieser Verschiebung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht geschlitzte, U-förmige Ringelement durch zwei flache Ringe (4, 5) gebildet ist, von denen jeder einen inneren sich über etwas weniger als i8o° erstreckenden Vorsprung (6) aufweist, der beim Zusammenfügen dieser beiden Ringe diametral gegenüber zum anderen Vorsprung zu liegen kommt und jeweils in eine vorsprunglose Zone des anderen Ringes eingreift, daß in der durch diese Ringe gebildeten Kehle (7) zwei geschlitzte Kolbenringe (8, 9) untergebracht sind, zwischen denen Federn (i i) wirken, welche in axialer Richtung die Kolbenringe gegen die Flansche des U-förmigen Ringelements und ' diese wieder gegen die anliegenden Flächen der Kolbenausdrehung (2) pressen, wobei Mittel (12, 15) vorgesehen sind, welche die Winkelverdrehung der nichtgeschlitzten Ringelemente gegenüber der Kolbenausdrehung und der Kolbenringe gegenüber der sie aufnehmenden Kehle verhindern und daß zwischen dem Grund der Kolbenausdrehung (2) und der gegenüberliegenden Fläche der Vorsprünge (6) der nichtgeschlitzten Ringelemente (4, 5) Federn (14) eingebaut sind,. welche die Ringelemente samt den benachbarten Kolbenringen gegeneinander in diametral entgegengesetzten Richtungen verschieben. PATENT CLAIMS: i. Sealing device for the pistons of internal combustion engines, in which a slotted piston ring is mounted in the throat of a cross-sectionally U-shaped, non-slotted ring element which is displaceable in a recess of the piston in the radial direction, means for bringing about this displacement being provided, characterized in that that the non-slotted, U-shaped ring element is formed by two flat rings (4, 5), each of which has an inner projection (6) extending over slightly less than i8o °, which when these two rings are joined together diametrically opposite to other projection comes to rest and each engages in a projection-less zone of the other ring that in the groove (7) formed by these rings two slotted piston rings (8, 9) are housed, between which springs (ii) act, which act in the axial direction the piston rings against the flanges of the U-shaped ring element and 'these again against the adjacent surfaces hen the piston recess (2) press, means (12, 15) are provided which prevent the angular rotation of the non-slotted ring elements relative to the piston recess and the piston rings relative to the throat receiving them and that between the base of the piston recess (2) and the opposite surface the projections (6) of the non-slotted ring elements (4, 5) springs (14) are installed ,. which move the ring elements together with the adjacent piston rings against each other in diametrically opposite directions.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß am Grund der Kolbenausdrehung an diametral gegenüberliegenden Stellen Stifte (12) befestigt sind, welche in die zwischen den Endflächen (13) der Vorsprünge (6) der Ringelemente (4, 5) gebildeten Unterbrechungen eingreifen und so die Ringelemente gegen ein Verdrehen in der Kolbenausdrehung sichern. 2. Sealing device according to Claim i, characterized in that at the bottom of the piston recess at diametrically opposite points pins (12) are attached, which in the between the End faces (13) of the projections (6) of the ring elements (4, 5) formed interruptions intervene and thus secure the ring elements against twisting in the piston recess.

3. Dichtungseinrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Kolbenringen vorgesehenen Federn (ii) durch geschlitzte, aus dünnem Stahlblech hergestellte Ringe gebildet werden, die mit einer gewissen Konizität ausgestattet sind. 3. Sealing device according to claims i and 2, characterized in that the springs (ii) provided between the piston rings by slotted, thin Rings made from sheet steel are formed with a certain conicity are equipped.

4. Dichtungseinrichtungnach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form von geschlitzten Ringen ausgebildeten Federn (ii) in ringförmigen Ausnehmungen (io) an den gegenüberliegenden Flächen der Kolbenringe (8, 9) gelagert sind. 4. Sealing device according to claims i to 3, characterized in that that the formed in the form of slotted rings springs (ii) in annular Recesses (io) mounted on the opposite surfaces of the piston rings (8, 9) are.

5. Dichtungseinrichtung nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Federn (i i) der Kolbenringe (8;, 9) ein flacher, aus dünnem Blech hergestellter Ring (21) eingelegt ist. 5. Sealing device according to claims i to 4, characterized in that that between the two springs (i i) of the piston rings (8 ;, 9) a flat, thin Sheet metal made ring (21) is inserted.

6. Dichtungseinrichtung'nach'den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden das U-förmige Ringelement bildenden Ringe (4, 5) in zueinander diametral entgegengesetzten Richtungen durch Blattfedern (14) gedrückt werden, die zwischen dem Grund der Kolbenausdrehung (2) und dem Vorsprung (6) jedes der Ringe angeordnet sind, wobei jede Feder in ihrer Mitte einen Zapfen (15) aufweist, welcher durch eine in der Mittelzone des zugeordneten Ringvorsprunges (6) vorgesehenenöffnung(16) tritt und zwischen die den Schlitz bildenden Endteile (17) des zugehörigen Kolbenringes (8 bzw. 9) eingreift. 6. Sealing device according to the claims i to 5, characterized in that the two form the U-shaped ring element Rings (4, 5) in mutually diametrically opposed directions by leaf springs (14) are pressed between the bottom of the piston recess (2) and the projection (6) each of the rings are arranged with each spring having a pin in its center (15), which by one in the central zone of the associated annular projection (6) provided opening (16) occurs and between the end parts forming the slot (17) of the associated piston ring (8 or 9) engages.

7. Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB die das U-förmige Ringelement bildenden Ringe (4, 5) vorzugsweise aus einer schmiedbaren Aluminiumlegierung hergestellt sind.7. Sealing device according to one of claims i to 6, characterized in that the U-shaped Rings (4, 5) forming the ring element are preferably made of a malleable aluminum alloy are made.