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Kolbenring Die Erfindung betrifft aus elastischem Blech hergestellte
Kolbenringe, insbesondere für die Abdichtung der Kolben von Verbrennungskraftmaschinen,
deren Umfang sich zwecks Anpassung an den Durchm@esser der Zylinderwand selbsttätig
elastisch vergrößern oder verringern soll.
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Bei der Herstellung derartiger Ringe mit einer ausreichenden elastischen
Verformbarkeit pflegt man von einem Blechstreifen aus elastischem Blech auszugehen,
der zunächst zu einer Rinne von rechteckigem Querschnitt umgeformt wird. Die Rinne
wird dann in der Weise zu einem Ring gebogen, daß ihre Seitenränder die obere und
die untere ebene Begrenzungsfläche des Ringes bilden, während aus der Grundfläche
der Rinne die innere Wand des Ringes geformt wird.
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Um die Rinne zu einem Ring biegen zu können, hat man bei .einer bekannten
Ausführungsform in dem Blechstreifen zunächst quer zu den Längskanten schmale Ausnehmungen
ausgestanzt, die abwechselnd, in geringem Abstand von beiden Längskanten ausgehend,
bis nahe zur gegenüberliegenden Kante reichen. Diese Ausnehmungen verlaufen im rechten
Winkel oder schräg zur Längsrichtung des Blechstreifens. Der so hergerichtete Blechstreifen
wird durch rechtwinkliges Abbiegen der Randstreifen um parallele längs verlaufende
Linien zu einer kanalförmigen Rinne umgeformt, deren gitterförmig unterteilte Wände
durch die nicht unterbrochenen Ränder des Streifens zusammengehalten werden. Die
so ausgebildete Rinne kann dann leicht zu einem Ring gebogen werden. Eine Versteifung
der Seitenflächen des Ringes gegeneinander ist bei diesen Ringen nicht vorhanden,
so daß die ebenen Seitenflächen beim Auftreten größerer Kräftewenig Widerstand leisten
werden. Die elastische Verforinbarkeit
des in dieser Weise hergestellten
Ringes ist jedoch unzureichend, weil die ringförmigen, nicht durch Einschnitte unterbrochenen
Kanten der Stirnflächen eine Vergrößerung oder Verringerung des Ringumfanges zwecks
Anpassung an den etwa veränderten Durchmesser der Zylinderwand kaum zulassen.
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Um diesen Mangel zu beheben, hat man deshalb bei einer anderen Ausführungsform
die B:echstreifen mit quer gerichteten Einschnitten versehen, die unmittelbar von
den Längskanten ausgehen. Insbesondere ist vorgeschlagen worden, die Blechstreifen
so zu schlitzen, daß einem von der einen Längskante ausgehenden Einschnitt ein von
der anderen Längskante ausgehender Einschnitt gegenübersteht, der sich in geringer
Entfernung von dieser Längskante U-förmig gabelt. Die Einschnitte werden in der
Weise so angebracht, daß die Gabelungen abwechselnd nach der einen Kante oder der
;anderen Kante gerichtet sind. Eine aus dem so hergerichteten Blechstreifen ebenso
wie bei der ersterwähnten Ausführungsart geformte Rinne wird sich naturgemäß wesentlich
leichter zu deinem Ring biegen lassen und außerdem in der Umfangsrichtung eine wesentlich
bessere elastische Verformbarkeit aufweisen. Die weitere Gestaltung der Ringe ist
ferner derartig, daß die zwischen je zwei Gabelungen liegenden, von Kante zu Kante
durchgehenden Querstege die innere Wand des Ringes bilden, während die übrigen.,
durch das Schlitzen :entstandenen nicht durchgehenden Stege zur Abstützung der Stirnwände
gegeneinander ausgebildet sind. Diese Stützen liegen abwechselnd gegen die inneren
Flächen der Randabschnitte an. Durch das lose Anliegen der Stützen erfolgt jedoch
keine ,ausreichende Verstärkung der Randabschnitte gegen Biegungsmomente, die beim
Ausdehnen und beim Zusammendrücken des Ringes auftreten können.
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Der gleiche Mangel haftet auch einer anderen bekannten Ausführungsform
von aus Blech hergestellten Kolbenringen an, bei der die Seitenkanten des Blechstreifens
in gleichen Abständen an einander gegenüberliegenden Stellen eingeschnitten sind.
Die zu diesem Zweck vorgenommenen Ausstanzungen sind jedoch so weitgehend, daß der
fertige Kolbenring so viele Aussparungen an den Stirnflächen und der inneren Begrenzungsfläche.
hat, daß er .als Kolbendichtungsring kaum verwendbar erscheint. Eine Versteifung
der ebenen Ringflächen gegeneinander ist bei dieser Ausführungsform nur in der Weise
vorhanden, daß aus dem Blech ausgestanzte Zungen abgebogen sind und gegen die gegenüberliegende
Seitenwand anliegen.
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Um nun die Mängel der bekannten Blechkolbenringe zu vermeiden, sollen
bei einem aus einem elastischen Blechstreifen hergestellten Kolbenring mit im axialen
Abstand angeordneten Seitenwänden, die aus im Umfang im Abstand angeordneten Ringabschnitten
bestehen, die durch Querstege gegeneinander abgestützt sind, gemäß der Erfindung
je zwei benachbarte Querstege zur Achse des Ringes in einem Winkel in entgegengesetzten
Richtungen geneigt sein. Dadurch, daß ferner die Querstege mit den sie verbindenden
Seitenwänden aus einem Stück bestehen, die Stege also mit den Seitenwänden fest
verbunden sind, wird die Festigkeit der Ringe ohne Verringerung ihrer elastischen
Nachgiebigkeit wesentlich vergrößert.
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Durch die elastische Versteifung der ebenen Seitenwände des Kolbenringes
gegeneinander infolge der entgegengesetzt geneigten Querstege ergibt sich bei einfachster
Herstellung ein überaus stabiler und elastischer Kolbenring, der bei allen im Betrieb
vorkommenden Formveränderungen bei seiner Ausdehnung und beim Zusammendrücken ,elastisch
nachgibt.
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Die Kolbenringe gemäß der Erfindung können auf verschiedene Weise
hergestellt werden. Bei der einfachsten Herste:lungsart werden die Blechstreifen
in der Weise geschlitzt, daß zwischen je zwei von der `einen Kante ausgehende und
nahezu bis zur gegenüberliegenden Kante reichende Einschnitte ein von der anderen
Kante gleich weit reichender Einschnitt vorgesehen ist. Dadurch entstehen ohne jeden
Materialabfall von der einen Kante bis zur anderen durchgehende Querstege.
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Bei einer anderen Ausführungsform, bei der die Entfernung der- von
jeder Blechkante ausgehenden Einschnitte etwa doppelt so groß ist wie bei der vorstehend
beschriebenen Ausführungsart, wird das Blech außerdem in der Weise ausgestanzt,
daß stets an der gleichen Seite jedes Einschnittes eine Aussparung von etwa der
halben Breite zweier benachbarter Einschnitte entsteht. Auch hierbei entstehen Querstege,
die von der einen Kante des Streifens bis zur gegenüberliegenden Kante reichen.
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In den Zeichnungen ist Fig. i eine Draufsicht auf eine Form des Kolbenringes
gemäß der Erfindung; Fig. z ist eine Teilansicht eines ausgeschnittenen oder ausgestanzten
Blechstreifens zur Herstellung eines Rohlings für den Ring nach Fig. i; Fig.3 ist
eine perspektivische Teilansicht einer aus dem Rohling der Fig. a geformten Bandrinne;
Fig. q. ist eine teilweise Ansicht auf die Kanten des Streifens nach Fig.3; Fig.
5 ist ein Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. G.; Fig.6 veranschaulicht den
Walzvorgang, durch den die Ringsegmente des Streifens gemäß Fig.3 verjüngt werden,
um keilförmig ausgebildete Segmente herzustellen; Fig. 7 ist eine Teilansicht eines
gewalzten Streifens nach Ausführung des Walzvorganges gemäß Fig. 6, der zum Teil
ringförmig gebogen ist; Fig. 8 ist der Querschnitt durch einen in einem Zylinder
eingebauten Kolben mit einem Kolbenring in der ölnut des Kolbens; Fig.9 ist eine
Draufsicht eines abgeänderten Kolbenringes gemäß der Erfindung; Fig. io ist eine
Teilansicht eines gestanzten oder ausgeschnittenen Metallstreifens zur Herstellung
des Ringes nach Fig.9; Fig. i i ist ,eine perspektivische Ansicht eines rinnenförmig
gestalteten Streifens, der aus einem Rohling nach Fig, i o hergestellt ist;
Fig.12
ist eine Ansicht auf die Kanten des Streifens nach Fig. i i; Fig.13 ist eine Queransicht
des Streifens nach Fig. i i.
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Der Ring i o der Fig. i ist aus einem Metallstreifen i i der Fig.
2 geformt, der quer angeordnete Schlitze 12 hat, die sich von der :einen Längskante
zur anderen Längskante hin erstrecken, und außerdem zwischen :den Schlitzen 12 zusätzliche
Querschlitze 13 hat, die zwischen den Schlitzen 12 liegen und sich von der anderen
Längskante nach innen im Abstand von der erstgenannten Längskante erstrecken. Die
Enden der Schlitze 12 und 13 sind nach innen zu von den Längskanten des Streifens
um dien halben vorbestimmten Betrag entfernt, um die radiale Tiefe der Segmente
14 und 15 zu regeln, die außerhalb der Enden dieser Schlitze liegen. Die Mittelpunkte
der Segmente 14, die zwischen den Schlitzen 12 liegen, fluchten mit den Enden der
Segmente 15, die zwischen den Schlitzen 13 liegen. Die Segmente 14 und 15 sind durch
parallele benachbarte Querstege 16 verbunden.
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Der zurechtgeschnittene Rohling nach Fig. 2 wird zu .einer streifenförmigen
Rinne gebogen, wie es bei 17 in Fig.3 gezeigt ist. Dieser Rinnenstreifen 17 hat
eine Seitenwand, die sich .aus dien Segmenten 14 zusammensetzt, die durch die Schlitze
12 voneinander getrennt sind, und :eine gegenüberliegende Seitenwand, die sich aus
den Segmenten 15 zusammensetzt, die durch die Schlitze 13 voneinander getrennt sind.
Diese Seitenwände sind durch die Querstege 16 verbunden.
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Jeder Quersteg hat einen Schenkelteil i 6a, der in derselben
Ebene liegt wie die benachbarten Segmente 14 oder 15, und der sich bis zu :einem
abgerundeten Fußteil i 6b erstreckt, der sich von den Segmenten radial nach innen
erstreckt. Der Fußteil geht über in einen diagonal gerichteten schrägen Teil 16e,
der sich axial quer über die Rinne des Streifens und radial nach außen erstreckt,
um in das gegenüberliegende Segment mit einem abgerundeten Knieteil i 6d überzugehen,
welcher der äußeren offenen Vorderseite der Rinne näher liegt als der Fuß 16b.
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Die benachbarten Querstege 16 verlaufen in entgegengesetzten Richtungen
schräg, so daß jedes der Segmente 1 ¢ und 15 einen ausgedehnten Wandteil hat, der
von einem Schenkelteil 16a und einer benachbarten Lücke 18 unter dem diagonalen
schrägen Stegteil 16c eines angrenzenden Quersteges gebildet ist.
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Da das Aufwickeln des Streifens 17 in eine Ringform die Schlitze 12
und 13 zwischen den Segmenten 14 und 15 in V-förmige Lücken von nicht regelbaren
Abmessungen öffnet, sind die Segmente i 4. und 15 durch einen Walzvorgang, der in
Fig. 6 dargestellt ist, verjüngt, der das Metall der Segmente seitlich nach außen
preßt, um die Segmente in eine keilförmige Gestalt umzuformen. Wie in Fig. 6 gezeigt
ist, wird der Streifen 17 über eine Kaliberwalze i9 mit verjüngtem Umfang angeordnet,
die in die Rinne des Ringes hineinragt, so daß die inneren Flächen der Segmente
14 und 15 auf der Walze i 9 aufliegen. Die äußeren Flächen dieser Segmente werden
durch Walzen 20 und 21 gepreßt, so daß die Segmente nach den äußeren Kanten zu verjüngt
werden, wodurch schmale Kanten 22 und 23 entstehen.
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Wie in Fig.7 gezeigt, verdrängt der die Verjüngungen bewirkende Arbeitsgang
das Metall der Segmente, um kei:förmige Segmente mit V-förmigen Lücken 2¢ zwischen
diesen herzustellen, die in radiale Lücken 13 verformt werden, wenn der Streifen
zu einem Ring gebogen wird. Diese Lücken entsprechen den ursprünglichen Schlitzen
zwischen den Segmenten, deren Breite regelbar ist.
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Der zum Ring gebogene Streifen wird einem Härteverfahren und einem
Ziehvorgang unterworfen, um die elastischen Eigenschaften des Metalls zu verbessern.
Der fertige Ring io ist im Umfang zusammendrückbar, so daß er selbstspannend wird,
wenn er in einen Kolben eingelegt und -dieser in einen Zylinder, wie Fig. 8 zeigt,
eingebaut wird. Wie dort gezeigt, sitzt der Ring i o in der COlnut 25 :eines Kolbens
26 und liegt gegen die Wand des. Zylinders an, in dem der Kolben arbeitet. Für die
Ölnuten ist eine Ablaßöffnung 28 vorgesehen. Die Kanten 22 und 23 des Kolbenringes
arbeiten an der Wand 27 und begrenzen einen Raum 29 in der Höhlung -des Ringes,
der durch die Lücke 18 nach den Abflußlöchern 28 entleert wird, um dabei die Ölmenge
zu regeln, die an der Zylinderwand entlang fließt. Die schabenden Kanten 22 und
23 sind ringförmig geschliffen, und der Fuß 16 stützt den Ring fest auf einem Tragdorn
während des Schleifens, um einen genauen Schliff zu gewährleisten.
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Da die Querstege 16 einander benachbart sind, sind die Ringsegmente
14 und 15 verhältnismäßig kurz und deshalb nicht leicht zu verbiegen. Die Schenkel16a
der Querstege ergeben eine zusätzliche Sitzfläche für die Seiten des Ringes, um
die Steifheit der Segmente zu vergrößern. Die geneigten :oder diagonalen Teile der
Querstege nehmen Druckbeanspruchungen auf, ohne einen bemerkbaren Wanddruck zwischen
den Kanten 22 und 23 und der Zylinderwand hervorzurufen. Da die Segmente 14 und
15 sehr kurz sind; kann der Ring Unregelmäßigkeiten in der Zylinderwand leicht nachgeben.
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In der zweiten Verkörperung nach Fig. 9 bis 13 wird der Kolbenring
3o nach Fig. 9 aus einem. gestanzten Metallstreifen 31 nach Fig. i o gebildet. Der
Streifen 31 hat rechteckige Aussparungen, die aus einem mittleren Teil parallel.
zueinander im Abstand herausgestanzt werden, um Zwischenräume 32 zu schaffen, die
mit den Querstegen 33 .abwechseln. Die Schlitze 3q. erstrecken sich quer nach innen
voll der einen Längsseite dies Streifens 31 aus in Ausrichtung mit einer Kante der
benachbarten Aussparung 32. Die Schlitze 3 5 erstrecken sich quer nach innen von
der anderen Längskante dies Streifens in Ausrichtung mit einer Kante der Aussparung
32, die mit dem darin eingeschnittenen Schlitz 3q. zwischen diesen
Stegen
liegen. Längs verlaufende Segmente 36 sind dadurch entlang einer Kante des Streifens
vorgesehen, während längs der anderen Kante des Streifens ähnliche Längsabschnitte
37 vorgesehen sind. Die Segmente 36 liegen zwischen den Schlitzen 34, und die Mittelpunkte
dieser Abschnitte sind quer mit den Enden der Segmente 37 ausgerichtet, die zwischen
den Schilitzen 35 liegen. Jedes Segment 36 und 37 hat ein Paar vollständige Querstege,
die von ihm ausgehen. Einer von diesen Stegen liegt neben einem Ende des Segmentes,
und der andere Steg liegt zwischen den Enden des Segmentes.
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Der Rohling 3 i gemäß Fig. i o wird in die Form einer Rinne gebogen,
um den Streifen 38 nach Fig: i i mit den Segmenten 36 und 37 zu bilden, welche die
Seitenwände der Rinne bilden, und mit den Querstegen 33, welche die Grundfläche
der Rinne bilden. Die ausgestanzten Zwischenräume 32 liegen zwischen den Stegen
33.
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Jeder Quersteg 33 hat einen Schenkelteil 33a, der in derselben Ebene
liegt wie die benachbarten Segmente 36 und 37, und der in dieser Ebene bis zu einem
abgerundeten Fußteil33b reicht, der sich über den inneren oder unteren Teil der
Segmente erstreckt. Der abgerundete Schenkelteil geht in einen geneigten Querschenkel
33'' über, -der die Rinne des Streifens überspannt und in ein abgerundetes
Knie 33d an dem gegenüberliegenden Segment übergeht. Dass Knie 33d liegt .außerhalb
oder über dem Fuß 33b.
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Benachbarte Querstege 33, die durch die Lücken 32 voneinander getrennt
sind, haben entgegengesetzte Neigung, so daß die Schenkelteile 33a von benachbarten
Querstegen an gegenüberliegenden Seiten der Rinne liegen; jedes Segment ist mit
einem langgestreckten Fußteil ausgestattet.
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Breite Lücken oder Hohlräume 39 für Öl sind zwischen den Schenkeln
33a auf jeder Seite des Ringes unter den geneigten Füßen 33c der Querstege vorgesehen,
die mit den Lücken 32 zusammenhängen, die durch die ausgestanzten Teile bergestellt
sind.
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Die Segmente 36 und 37 sind in der gleichen Weise verjüngt oder keilförmig
ausgebildet, wie es im Zusammenhang mit Fig.6 beschrieben ist, um den fertigen Ring
3o mit Lücken zwischen den Segmenten von gleichmäßiger Breite zu versehen.
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Der Ring 3o wirkt in der gleichen Weise wie der Ring i o und hat geneigte
Querstege, welche die Seiten gegen Verbiegen versteifen. Da weniger Querstege vorgesehen
sind, müssen sie mehr verformt werden, um sich dem Umfangsdruck anzupassen; der
Ring 30 wird auf die Zylinderwarid einen größeren Druck ausüben ,als der
Ring i o. Die größeren Lücken im Ring 30 werden sich jedoch dem Ablauf des Öles
besser anpassen als die schmaleren Lücken des Ringes io.
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Wenn es erwünscht ist, können die Schlitze 34 und 3 5 im Rohling 31
so versetzt werden, daß sie sich nach der Mitte der ausgestanzten Teile hin erstrecken,
wodurch gleichmäßigere Segmente erzielt werden. Auf jeden Fall können die Schlitze
dann in gegenüberliegenden Segmenten gegeneinander ausgeglichen werden, um das Messen
des Öles zu regeln.
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Aus der Beschreibung dürfte zu ersehen sein, daß die Erfindung biegsame
selbstspannende Kolbenringe mit geneigten Stegteilen schafft, welche die Segmente
von in axialer Richtung im Abstand angeordneten Ringen oder Seitenwände verbinden.
Die geneigten Querstege erfordern eine zusätzliche Wandfläche für die Segmente,
während sie zugleich eine diagonale Versteifung schaffen, um die Segmente gegen
Verbiegungen zu schützen.
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Es wird einleuchten, daß Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden
können, ohne von dem Umfang des Erfindungsgedankens abzuweichen.