Kolbenring Die Erfindung bezieht sich auf einen geschlitzten, einstückigen Kolbenring bestehend aus einem Metall- ringkörper, der so gefaltet ist, dass ein Paar von min destens angenähert zueinander parallelen Flächen und ein gebogener Mittelteil entstehen, der sich in der Nachbarschaft der Zylinderwandung, jedoch im Ab stand davon befindet, wobei der Metallringkörper fer ner Trennlinien aufweist, welche zu einer Vielzahl von Segmenten in den parallelen Flächen führen. Be kannte Kolbenringe dieser Art haben den Nachteil,
dass sie aufgrund ihrer Formgebung nicht in die in jüngerer Zeit sich immer mehr durchsetzenden, nur noch niedrigen Rillen im Kolben eingesetzt werden kön nen. Wenn nämlich der Kolbenring aus dem für seine Herstellung notwendigen starken Metallblech hergestellt wird, dann würde ein weiteres Zusammenbiegen des Ringes zur Verringerung seiner Höhenabmessungen zu einem Abbrechen an den Umbiegestellen führen.
Würde man dagegen die Metallstärke verringern, dann hätte der Ring nicht mehr die genügende Steifig- keit, um eine ausreichende Abdichtung zu gewährlei sten. Er würde sich sowohl in Bewegungsrichtung des Kolbens als auch quer dazu verbiegen und damit von der abzudichtenden Wandung in nicht mehr kontrol lierbarer Weise lösen.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu ver meiden.
Der .erfindungsgemässe Kolbenring ist dadurch ge kennzeichnet, dass jedes Segment zur Innenseite des Ringes zur Bildung eines Versteifungssteges für das Seg ment heruntergebogen und dass der Mittelteil als ge rader Tragsteg für die Segmente ausgebildet ist.
Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes erge ben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung von Aus führungsbeispielen anhand der Zeichnung. Die Zeich nungen zeigen in: Fig. 1 eine Teildraufsicht auf ein Stanzstück@ aus dem eine Ausführungsform des erfindungsgeniässen Rin- ges hergestellt wird; Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines ferti gen Ringes gemäss der Erfindung; Fig. 3 einen Schnitt längs der Ebene III 11I der Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines fertigen Ringes gemäss der Erfindung; Fig. S einen Schnitt ähnlich dem nach Fig. 3 zur Wiedergabe einer abgeänderten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ringes mit verstärkter Seitenab dichtung; Fig. 6 einen Schnitt durch den in eine Ringnut ein gebauten Ring nach Fig. 5; Fig. 7 eine Teildraufsicht auf ein abgeändertes Stanzstück für eine abgeänderte Ausführungsform eines Ringes gemäss der Erfindung;
Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht eines aus dem Stanzstück nach Fig. T hergestellten Ringes; Fig: 9 eine -Teilansicht der inneren Radialfläche des Ringes nach Fig. 8;
Fig. 10 einen Schnitt im wesentlichen längs der Ebene X-X der Fig: 8 zur Wiedergabe des in eine Ringnut eingebauten Ringes; Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Wieder gabe des Wirkungsprinzips der Ringkonstruktion nach den Fig: 7-10; Fig. 12 eine abgeänderte Konstruktion für den Ring nach den Fig. 7-10;
Fig. 13 eine weitere abgeänderte Ausführungsform, die sowohl auf die Ringe nach den Fig. 1-6 als auch auf die Ringe nach den Fig. 7-10 anwendbar ist; und in Fig. 14 einen Schnitt zur Wiedergabe einer abge änderten Ausführungsform, die sich sowohl bei den Rin- gen nach den Fig. 1-6 als auch bei den Ringen nach den Fig. 7-10 anwenden lässt.
Der erfindungsgemässe Ring wird aus einem fort laufenden Materialband hergestellt und im Querschnitt auf sich selbst zurückgefaltet, so dass eine vergrösserte Schlaufe entsteht.
Die äussere Kante dieser Schlaufe liegt in der Nähe der äusseren Radialfläche des Ringes und dient als Stütze, die sich von den Segmenten auf einer axialen Seite des Ringes zu den Segmenten auf der an deren axialen Seite des Ringes erstreckt und diese gegen Druckbelastungen und nach innen gerichtete Durchbie- gung abstützt.
Ausserdem weist eine Ausführungsform des Ringes Segmente auf, deren innerer Teil nach unten zum inneren Ausbuchtungsteil des Ringes umgeschla gen ist, so dass ein L-förmiges Winkelstück entsteht, welches einer Durchbiegung infolge der Umfangszusam- mendrückung des Ringes zu widerstehen vermag.
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 be zeichnet das Bezugszeichen 10 einen Stanzkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus einem dünnen langen Materialband besteht, der in gleichen Abstän den seitlich verlaufende Öffnungen 11 und 11a aufweist. Diese sind längs der Mittellinie des Stanzkörpers an geordnet. Jede Öffnung 11 und lla ist an einem Ende abgerundet und am anderen Ende angespitzt.
Die ange spitzten Enden abwechselnder Öffnungen oder Schlitze weisen in entgegengesetzte Richtungen, und auf diese Weise unterscheiden sich die Schlitze 11 von den Schlit zen 11a. Von dem angespitzten Ende jedes Schlitzes erstrecken sich bis zu den Randkanten des Stanzkörpers oder wenigstens in die Nähe der Randkanten schmale Anreisslinien 12. Diese können auf einer oder beiden Oberflächen des Stanzkörpers vorgesehen sein. Die Öffnungen 11 und 11a sind voneinander durch längliche Streifen 18 getrennt.
Der Stanzkörper wird nach dem Lochen und An reissen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, in die gewünsch te Querschnittsform gewalzt, erwärmt und abgeschreckt, um ihn brüchig zu machen. Die Anreissmarkierungen 12 werden dann durchgebrochen, um die äusseren ra dialen Kanten des Ringes in eine Vielzahl von Segmen ten 13 zu trennen, die voneinander durch Trennstellen 14 getrennt sind.
Die Segmente auf einer Axialseite des Ringes sind durch das Bezugszeichen 13 und die auf der anderen Seite des Ringes durch das Bezugszeichen 13a angedeutet (vgl. Fig. 2). Der Ring wird dann er neut erhitzt und auf die erforderliche Härte gebracht, gestreckt und gezogen und auf Länge gebracht, um ei nen Körper herzustellen,
welcher beim -Schliessen des Teiles 15 nach Fig. 4 die kreisförmige Gestalt des Rin ges 16 annimmt. Das eben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringes lässt sich beispiels weise aus der US-Patentschrift 2 668 131 entnehmen.
Selbstverständlich kann man auch andere Verfahren zur Formung des Ringes im Zusammenhang mit der vorlie genden Erfindung verwenden, da sich die Erfindung auf die Form des Ringes und weniger auf das Verfah ren, durch das er hergestellt wird, richtet.
Bei der Herstellung des Ringes 20 nach Fig. 2 wird der Stanzkörper 10 nach Fig. 1 zuerst umgefal tet; so dass ein Teil entsteht, der sich nach unten zum inneren radialen Bogenteil des Ringes erstreckt. Das Material wird dann auf sich selbst zurückgefaltet, so dass eine sich radial und nach aussen erstreckende Schlaufe 21 von beträchtlichen Abmessungen entsteht. Der Rest des Materials wird dann so gefaltet, dass er sich axial erstreckt, um den Rest des inneren radialen Bogenteils herzustellen, und dann nach aussen und radial gerichtet, um die untere Seite des Ringes zu gestalten.
Dort, wo die Seiten des Ringes zur Herstellung der Schlaufe 21 umgebogen werden, entsteht ein Paar klei nerer Schlaufen 22 und 23. Diese Schlaufen liegen in der Nähe des inneren radialen Bogenteiles des Ringes.
Die Schlaufen 22 und 23 können solche Abmes sungen aufweisen, dass sie den gesamten inneren Bogen teil des Ringes einnehmen, wie es aus Fig. 3 zu entneh men ist, sie können aber auch kleiner sein, so dass ein Spalt 28 entsteht, durch welchen sich die äussere radiale Schlaufe 21 über die Innenfläche des Ringes öffnet, wie man aus Fig. 13 erkennt.
Unabhängig von der verwendeten Konstruktion ist die axiale Höhe der äusseren Schlaufe 21 derart, dass in der Nachbarschaft des äusseren radialen Teiles des Ringes die Seiten der Schlaufe entweder die Innenseitenoberflächen der Seg mente 13 und 13a berühren, oder sich soweit annähern, dass der Spalt zwischen der Schlaufe und den Segmen ten einen Betrag von 0,1-0,15 mm nicht überschrei tet. Die radiale äussere Wandung 24, die das Ende der Schlaufe 21 definiert, bildet für alle praktischen Zwek- ke eine geradlinige Stütze, die sich axial zwischen den Segmenten 13 und 13a erstreckt.
Als solche bildet sie eine starre Unterstützung zur Aufnahme und Abstüt zung dieser Segmente an einer Stelle, die sehr nahe an ihren freien Enden liegt. Es entsteht eine zwangsläufi ge Begrenzung für die Bewegungsfreiheit der Segmente aufeinanderzu. Unabhängig davon, ob die Schlaufe 21 geschlossen oder offen am inneren radialen Bogenteil ist, wie es durch die Fig. 3 und 13 einander gegenüber gestellt wird, hat diese Ausbildung keinerlei Einfluss auf die tragende Wirkung der Wandung 24. Gerade diese Stützwandung liefert einen Ring mit grosser Wider standsfähigkeit gegen Druckbelastungen.
Man erhält al so einen einstückigen Kolbenring mit einem Hauptteil mit einstückigen oberen und unteren in Segmente un terteilten Seitengliedern, wobei ein Teil des Hauptteiles so umgefaltet ist, dass eine axiale Abstützung für die Segmente an ihrer Berührungsstelle mit der Zylinder wandung entsteht. Auf diese Weise wird jedes einzel ne Segment abgestützt. Man erkennt, dass die Wandung 24 als Abstützung an der Stelle der maximalen Druckbelastung des Rin ges dient. Diese Stelle befindet sich unmittelbar an der Stelle der Berührung zwischen Ring und Zylinderwan dung.
Man erhält deshalb eine zwangsläufige und enge Abstützung für die schabenden Flächen des Ringes, wo sie dem Zug ihrer Gleitbewegung längs der Zylinder wandung ausgesetzt sind. Diese Abstützung befindet sich unmittelbar in der Nähe des Spieles zwischen Kol ben und Zylinderwandungen, wo irgendwelche durch die austretenden Verbrennungsgase erzeugten Druckbela stungen grundsätzlich ihre maximale Druckkraft auf den Ring übertragen. Die Abstützung der Segmente erfolgt auch gegen die maximale Biegewirkung, die durch Träg heitskräfte und Momente entsteht, weiche sich aus der Hin- und Herbewegung des Kolbens ergeben.
Sie ver meidet ferner die Vervielfachung der Biegekräfte, die sich bei Fehlen einer solchen Abstützung daraus erge ben, dass die Segmente nur am extremen inneren Ra dialteil des Ringes befestigt sind. Ohne die abstützende Wandung 24 werden die Belastungen am tatsächlichen Ende dieses langen Hebelarmes aufgebracht, wo das aus diesen Belastungen resultierende Moment am grössten ist.
Man erkennt aus Fig. 2, dass jedes der Segmente 13 und 13a mit einem Paar von Streben 25 verbun den ist. Diese Streben werden durch die Bänder 18 ge bildet, welche zwischen den Öffnungen 11 und 11a im Stanzkörper verbleiben. Da die Segmente 13 über den Umfang gegenüber den Segmenten 13a versetzt sind, ist jede mit einem der Segmente 13 einstückige Strebe 25 auch einstückig mit einem anderen der Segmente 13a. Gerade diese Streben, welche in die Krümmung verformt werden, erzeugen die Schlaufen 21, 22 und 23 zusammen mit der tragenden Stütze 24.
Um eine aus reichende Materiallänge zur Erzeugung dieser Schlau fen vorzusehen, weisen diese Streben 25 eine beträcht liche Länge auf.
Die Streben dienen als Federn, die dem Ring eine ausreichende Flexibilität verleihen. Infolge ihrer Län ge ist die Flexibilität des Ringes stark vergrössert, da die Feder selbst beträchtlich länger als die Ringe be kannter Konstruktionen sind. Dieses Merkmal ist als weiche Feder bekannt. Während es eine Vergrös- serung der radialen Durchbiegung des Ringes für einen gegebenen radialen Spannungswert erlaubt, hat der Ring eine vergrösserte Freiheit sich den Zylinderwandungen anzupassen und damit eine dichte und wirksame Ab dichtung zu erzielen.
Dieses Weichmachen der Feder charakteristik des Ringes schwächt den Ring nicht we gen der Existenz der Stützen 24, die eine zwangsläufige axiale Abstützung der Segmente zur Folge haben.
Die Fig. 7 bis 10 zeigen eine Abänderung des Er findungsgegenstandes. Auch in diesem Falle besteht der Stanzkörper 30 aus einem dünnen bandartigen Ma terial. Er weist ebenfalls im gleichen Abstand angeord nete, längliche, schlitzartige Öffnungen 31 und 32 auf, die voneinander durch längliche Streifen getrennt sind.
Die Öffnungen oder Schlitze 31 und 32 ähneln den öff- nungen oder Schlitzen 11 und 11a. Ähnlich wie die öff- nungen 11 und 11a weisen die Öffnungen 31 und 32 ein gerundetes und ein keilförmiges oder angespitztes En de auf, wobei die spitzen Enden der Schlitze 31 den spitzen Enden der Schlitze 32 entgegengesetzt gerichtet sind. Die Schlitze 31 und 32 sind abwechselnd längs des Stanzkörpers angeordnet.
Unähnlich den Schlitzen 11 und lla sind die Schlitze 31 und 32 quer zum Stanzkörper gegeneinander versetzt. Auf diese Weise liegen die Schlitze 31 näher an der einen Randkante des Stanzkörpers, während die Schlitze 32 näher an der gegenüberliegenden Randkante des Stanzkörpers an geordnet sind. Man erhält somit eine Art von Zick- Zack-Muster, so dass die Schlitze nicht zur Mittellinie des Stanzkörpers zentriert sind.
Um den Stanzkörper 30 zu einem Kreisring in der Art des Ringes nach Fig. 4 zu verformen, werden die selben Verfahrensschritte und Faltvorgänge vorgenom men, wie sie im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 wie dergegebenen Ring 20 .erläutert wurden. Der fertige Ring 33 ist aus Fig. 8 teilweise zu entnehmen. Seine Querschnittsform ist, soweit sie den Verlauf der Stre ben 34 betrifft, identisch mit derjenigen des Ringes 20. Jedoch ändert die Versetzung des Schlitzes 31 und 32 wesentlich die Natur der Segmente 35 und 35a.
Statt dass die Segmente in den Seiten des Ringes enden, er strecken sich ihre inneren Radialteile nach unten zum inneren Bogenteil des Ringes und in den inneren Teil der Seiten der Hauptschlaufe 21 (Fig. 10). Auf diese Weise ist jedes Segment nicht mehr einfach ein flacher Materialstreifen, sondern bildet für alle praktischen Zwecke einen L-förmigen Winkel. Auf diese Weise wird jedes Segment wesentlich verstärkt.
Fig. 11 zeigt die Änderung im Prinzip, die durch diese Änderung der Konstruktion .eingeführt wird. Der obere Teil gibt Segmente üblicher Bauart d. h. ein fla ches Materialstück, wieder, auf das die Druckbelastun gen A vom Ende her und die Biegebelastungen B gegen die breiten Oberflächen aufgebracht werden. Die Druck belastungen werden durch den Umfangsdruck auf den Ring beim Schliessen und Einsetzen in den Zylinder erzeugt. Diese Belastungen müssen aufgebracht werden, um die radiale Spannung zu erzeugen, die notwendig ist; damit der Ring richtig arbeitet.
Diese Druckkräfte führen zu einem Ausbeulen der flachen plattenartigen Konstruktion, die charakteristisch für den Stand der Technik ist. Reichen sie nicht aus, um dieses Ausbeu len hervorzurufen, so wirken sie doch mit den Biege kräften zusammen, die senkrecht zu den breitesten Oberflächen aufgebracht wurden, und vergrössern die Neigung zum Ausbeulen und Durchbiegen, so bald die se Biegebelastungen zur Einwirkung kommen. Diese Belastungen werden durch das Reiben des Ringes an den Zylinderwandungen und durch die Druckkräfte der Gase, denen der Ring ausgesetzt ist, aufgebracht.
Aus- serdem kommt die Knickwirkung der Momente und Trägheitskräfte hinzu, die jeweils am Ende des Hubes entstehen.
Der untere Teil der Fig. 11 zeigt, wie die Segmente gemäss der Erfindung ausgebildet sind und wirken. Man erkennt, dass jedes Segment nunmehr längs einer Kante einen Flansch oder Rand rechtwinklig zum flachen, plattenartigen Teil aufweist. Dieser winkelförmige Teil versteift das gesamte Segment. Er vergrössert wesent lich die Fähigkeit des Segments, den Umfangsdruck kräften A zu widerstehen. Er verstärkt ausserdem die Fähigkeit des Segments, den axial aufgebrachten Biege belastungen B zu widerstehen.
Gleichzeitig wird die Flexibilität des Ringes nicht merklich nachteilig beein flusst, weil die Querschnittsgestalt des Ringes eine Fe der solcher Länge aufrechterhält, dass trotz der Starr heit des Segmentes selbst der Ring als Ganzes ausser- ordentlich flexibel ist und damit für einen bestimmten radialen Spannungswert gut anpasst. Wegen dieser be sonderen Ringkonstruktion mit ,einem so starken Aus- - mass an Weichfedereffekt ist es möglich,
die Länge des Segmentes zu vergrössern. Man kann deshalb jede zwei te oder dritte Anreisslinie 12 statt jede dieser Anreiss- linien unterbrechen. Dadurch wird wesentlich die An zahl der Teile über den Umfang des Ringes herabge setzt und damit auch die Anzahl der Öffnungen, durch die Schmiermittel oder Gase über die vom Ring er zeugte Dichtung austreten können.
Die Fig. 5, 6 und 12 zeigen das Merkmal, dass einer der Ringe 33a oder 40 mit verstärkter Seitenab- dichtungswirkung konstruiert werden kann. Diese Ringe weisen bei der anfänglichen Verformung in- ihre Quer schnittsgestalt leicht divergierenden Seiten auf, so dass der Ring eine schwache Keilform erhält.
Wird der Ring in die Ringnut - wie aus Fig. 6 ersichtlich - einge setzt, dann werden die Segmente und damit die ganzen Seitenteile des Ringes etwas zusammengedrückt. Dies sichert einen zwangsläufigen Seitenabdichtkontakt mit den anderen Kanten der Ringnut ohne Störung der Frei heit des Ringes, sich in radialer Richtung zur An- passung an die Form der Zylinderwandungen zu ver schieben.
Man erkennt aus Fig. 5, dass ein kleiner Spalt 41 zwischen den Enden der Stütze 24 und den Innen oberflächen der Segmente 13 und 13a vorgesehen ist. Dieser Spalt wird entweder vollständig oder vorzugs weise wenigstens annähernd geschlossen, wenn der Ring in die Ringnut 42 (vgl. Fig. 6) eingesetzt wird. Dieser Spalt an der Verschlusstelle hat Abmessungen von an- nähernd 0,025 mm.
Fig. 12 zeigt das gleiche Prinzip divergierender Ring seitenteile wie in den Fig. 5 und 6, jedoch in An wendung auf einen Ring nach Fig. B. Der Ring 33a er hält somit den Seitenabdichtungseffekt wegen des zwangsläufigen Sitzes an der Aussenkante der Ringnut und den Versteifungs- oder Balkeneffekt der tieferen Segmente 35 und 35a. Er erhält ferner eine besonders starre Abstützung durch die Stütze 24.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, Ringe nach den Fig. 5, 6 und 12 ohne tatsächliche Zusammenpressung der Ringseitenteile einzubauen. Selbst unter diesen Umständen bewirkt die Divergenz der Seitenteile eine merkliche Verbesserung im Seiten abdichteffekt, da die Neigung die Segmente weiter ge gen axiales Verbiegen verstärkt.
Fig. 14 zeigt eine Konstruktion, bei der die Segmen te durch Aufsetzen einer Rippe 50 in der Nähe der Aussenkanten weiter verstärkt sind. Somit weist der Ring 51 selbst steifere Segmente, soweit die Widerstands- fähigkeit gegen Druckkräfte betroffen ist, auf, als die anderen Ringe, ohne dass die Federwirkung beein trächtigt wird. Man erkennt, dass die Verstärkungsrip pen auf den Segmenten 35b und 35c bei allen Ring konstruktionen die hier beschrieben worden sind, ange wendet werden können.
Durch die Erfindung wird ein neues Grundprinzip eines einstöckigen Ringes geschaffen, dessen mit der Zylinderwandung in Eingriff kommende Seitenteile in viele unabhängige Segmente unterteilt sind, die jeweils in Achsrichtung abgestützt sind. Durch die Erfindung wird ferner eine Konstruktion vorgeschlagen, bei der dies bei einem einstöckigen Ring möglich ist.
Darüber hinaus offenbart die Erfindung zum ersten Mal eine axiale Abstützung zur Steuerung des Flatterns des Seg mentes bei einem einstöckigen Ring: Durch den erfindungsgemässen Ring wird ein be deutender Fortschritt bei der Konstruktion von Ölrin- gen erzielt.
Der Ring weist eine zwangsläufige Kontrol le des axialen Abstandes der Segmente auf. Damit wird der Seitenabdichtungseffekt des Ringes wesentlich ver bessert. Ohne Verlust an Festigkeit wird der Ring we sentlich flexibler oder nachgiebiger wegen der vergrös- serten Länge der Feder. Dies erfolgt ohne Beeinträch- tigung der Ringfestigkeit oder der radialen Spannungs- Charakteristik des Ringes.
Man erhält einen Ring mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Durchbiegen und Ausbeulen der Segmente. Da die Segmente zwangsläufig gegen axiale Druckbeanspruchung des Rin ges abgestützt und gegen ein Durchbiegen oder Aus beulen unter Einwirkung von Umfangsdrücken verstärkt sind, kann man für den Ring selbst ein dünneres Ma terial verwenden. Dadurch werden die Kosten und das Gewicht des Ringes vermindert.
Die Verminderung im Gewicht führt zu einer Verringerung der Grösse der Trägheitskräfte und Momente, denen der Ring wäh rend des Betriebes ausgesetzt ist. Dadurch werden wie derum die Ausbiegungseffekte auf den Ring beim Ent stehen dieser Kräfte herabgesetzt.
Selbstverständlich sind die gezeichneten und be schriebenen Ausführungsformen nur Beispiele für das Erfindungsprinzip.
Piston ring The invention relates to a slotted, one-piece piston ring consisting of a metal ring body which is folded in such a way that a pair of at least approximately mutually parallel surfaces and a curved central part are created, which are in the vicinity of the cylinder wall, but in the Ab stood thereof, wherein the metal ring body has fer ner parting lines which lead to a plurality of segments in the parallel surfaces. Known piston rings of this type have the disadvantage
that due to their shape they can not be used in the more and more prevalent, only low grooves in the piston. If the piston ring is made from the strong metal sheet necessary for its production, then further bending of the ring to reduce its height dimensions would lead to a breakage at the bending points.
If, on the other hand, the metal thickness were reduced, then the ring would no longer have sufficient rigidity to guarantee adequate sealing. It would bend both in the direction of movement of the piston and transversely to it and thus detach from the wall to be sealed in a manner that is no longer controllable.
The aim of the invention is to avoid this disadvantage.
The piston ring according to the invention is characterized in that each segment is bent down towards the inside of the ring to form a stiffening web for the segment and that the central part is designed as a straight support web for the segments.
Further advantages of the subject matter of the invention result from the following detailed description of exemplary embodiments from the drawing. The drawings show in: FIG. 1 a partial top view of a stamped piece @ from which an embodiment of the ring according to the invention is produced; Fig. 2 is a partial perspective view of a ferti gene ring according to the invention; FIG. 3 shows a section along the plane III 11I of FIG. 2;
4 shows a schematic representation of a finished ring according to the invention; S shows a section similar to that of FIG. 3 to reproduce a modified embodiment of a ring according to the invention with a reinforced side seal; 6 shows a section through the ring according to FIG. 5 which is built into an annular groove; 7 shows a partial plan view of a modified stamped piece for a modified embodiment of a ring according to the invention;
FIG. 8 is a partial perspective view of a ring produced from the stamping according to FIG. T; 9 is a partial view of the inner radial surface of the ring according to FIG. 8;
Fig. 10 is a section substantially along the plane X-X of Fig. 8 to show the ring built into an annular groove; Fig. 11 is a schematic representation of the reproduction of the principle of operation of the ring construction according to Figures: 7-10; Fig. 12 shows a modified construction for the ring of Figs. 7-10;
13 shows a further modified embodiment which is applicable to both the rings according to FIGS. 1-6 and the rings according to FIGS. 7-10; and in FIG. 14 a section to reproduce an altered embodiment which can be used both with the rings according to FIGS. 1-6 and with the rings according to FIGS. 7-10.
The ring according to the invention is made from a continuous strip of material and is folded back on itself in cross section, so that an enlarged loop is created.
The outer edge of this loop is close to the outer radial surface of the ring and serves as a support that extends from the segments on one axial side of the ring to the segments on the other's axial side of the ring and these against pressure loads and directed inwards Deflection supported.
In addition, one embodiment of the ring has segments, the inner part of which is folded down towards the inner bulging part of the ring, so that an L-shaped elbow is created which is able to withstand bending due to the circumferential compression of the ring.
In the drawings and in particular in Fig. 1, the reference numeral 10 denotes a punched body which is characterized in that it consists of a thin, long strip of material which has the laterally extending openings 11 and 11a at equal intervals. These are arranged along the center line of the punched body. Each opening 11 and 11a is rounded at one end and pointed at the other end.
The pointed ends of alternate openings or slots point in opposite directions, and in this way the slots 11 differ from the Schlit zen 11a. Narrow scribing lines 12 extend from the pointed end of each slot to the edge edges of the punched body or at least in the vicinity of the edge edges. These can be provided on one or both surfaces of the punched body. The openings 11 and 11 a are separated from one another by elongated strips 18.
The punch body is after the punching and tearing, as shown in Fig. 1, rolled into the desired cross-sectional shape, heated and quenched to make it brittle. The scribing marks 12 are then broken through in order to separate the outer ra-media edges of the ring into a plurality of Segmen th 13 which are separated from one another by separation points 14.
The segments on one axial side of the ring are indicated by the reference number 13 and those on the other side of the ring by the reference number 13a (cf. FIG. 2). The ring is then reheated and brought to the required hardness, stretched and drawn and brought to length in order to produce a body,
which when closing the part 15 of FIG. 4, the circular shape of the Rin 16 assumes. The method just described for producing such a ring can be found, for example, in US Pat. No. 2,668,131.
Of course, other methods of forming the ring can be used in connection with the present invention, since the invention is directed to the shape of the ring and less to the process by which it is made.
In the manufacture of the ring 20 according to FIG. 2, the punch body 10 according to FIG. 1 is first folded over; so that a part is created which extends down to the inner radial arc part of the ring. The material is then folded back on itself so that a loop 21 extending radially and outwardly of considerable dimensions is formed. The remainder of the material is then folded so that it extends axially to make the remainder of the inner radial arch portion and then directed outward and radially to form the lower side of the ring.
Where the sides of the ring are bent over to produce the loop 21, a pair of smaller loops 22 and 23 are formed. These loops are located near the inner radial arc portion of the ring.
The loops 22 and 23 can have dimensions such that they occupy the entire inner arc part of the ring, as can be seen from FIG. 3, but they can also be smaller, so that a gap 28 arises through which the outer radial loop 21 opens over the inner surface of the ring, as can be seen from FIG.
Regardless of the construction used, the axial height of the outer loop 21 is such that in the vicinity of the outer radial part of the ring, the sides of the loop either touch the inside surfaces of the segments 13 and 13a, or approach each other so much that the gap between the The loop and the segments do not exceed 0.1-0.15 mm. The radial outer wall 24, which defines the end of the loop 21, forms, for all practical purposes, a straight support which extends axially between the segments 13 and 13a.
As such, it forms a rigid support for receiving and supporting these segments at a point that is very close to their free ends. There is an inevitable limitation for the freedom of movement of the segments towards one another. Regardless of whether the loop 21 is closed or open on the inner radial arch part, as shown in FIGS. 3 and 13, this design has no effect on the load-bearing effect of the wall 24. This supporting wall also provides a ring great resistance to pressure loads.
This gives a one-piece piston ring with a main part with one-piece upper and lower side members subdivided into segments, part of the main part being folded over so that an axial support for the segments is created at their point of contact with the cylinder wall. In this way, every single segment is supported. It can be seen that the wall 24 serves as a support at the point of the maximum pressure load on the ring. This point is located directly at the point of contact between the ring and the cylinder wall.
You therefore get an inevitable and tight support for the scraping surfaces of the ring, where they are exposed to the train of their sliding movement along the cylinder wall. This support is located in the immediate vicinity of the game between the piston and the cylinder walls, where any pressure loads generated by the exiting combustion gases basically transmit their maximum compressive force to the ring. The segments are also supported against the maximum bending effect that arises from inertia forces and moments that result from the reciprocating movement of the piston.
It also avoids the multiplication of the bending forces that result in the absence of such support from the fact that the segments are only attached to the extreme inner Ra dialteil of the ring. Without the supporting wall 24, the loads are applied at the actual end of this long lever arm, where the moment resulting from these loads is greatest.
It can be seen from Fig. 2 that each of the segments 13 and 13a with a pair of struts 25 is the verbun. These struts are formed by the bands 18 which remain between the openings 11 and 11a in the punched body. Since the segments 13 are offset over the circumference with respect to the segments 13a, each strut 25 that is integral with one of the segments 13 is also integral with another of the segments 13a. It is precisely these struts, which are deformed into the curvature, that create the loops 21, 22 and 23 together with the load-bearing support 24.
In order to provide a sufficient length of material to generate these loops, these struts 25 have a considerable length.
The struts act as springs that give the ring sufficient flexibility. As a result of their length, the flexibility of the ring is greatly increased, since the spring itself is considerably longer than the rings of known constructions. This feature is known as the soft spring. While it allows the radial deflection of the ring to be increased for a given radial stress value, the ring has greater freedom to adapt to the cylinder walls and thus to achieve a tight and effective seal.
This softening of the spring characteristic of the ring does not weaken the ring because of the existence of the supports 24, which inevitably result in axial support of the segments.
7 to 10 show a modification of the subject invention He. In this case, too, the punch body 30 consists of a thin tape-like material. It also has the same distance angeord designated, elongated, slot-like openings 31 and 32, which are separated from one another by elongated strips.
The openings or slots 31 and 32 are similar to the openings or slots 11 and 11a. Similar to the openings 11 and 11a, the openings 31 and 32 have a rounded and a wedge-shaped or pointed end, the pointed ends of the slots 31 being directed opposite the pointed ends of the slots 32. The slots 31 and 32 are arranged alternately along the punched body.
Unlike the slots 11 and 11a, the slots 31 and 32 are offset from one another transversely to the punch body. In this way, the slots 31 are closer to one edge of the punched body, while the slots 32 are arranged closer to the opposite edge of the punched body. A kind of zigzag pattern is thus obtained, so that the slots are not centered on the center line of the punched body.
In order to deform the punched body 30 into a circular ring in the manner of the ring according to FIG. 4, the same process steps and folding processes are vorgenom men as they were explained in connection with the ring 20 shown in FIG. The finished ring 33 can be seen in part from FIG. Its cross-sectional shape is, as far as it relates to the course of the Stre ben 34, identical to that of the ring 20. However, the offset of the slot 31 and 32 significantly changes the nature of the segments 35 and 35a.
Instead of the segments ending in the sides of the ring, their inner radial parts extend down to the inner arcuate part of the ring and into the inner part of the sides of the main loop 21 (Fig. 10). In this way, each segment is no longer simply a flat strip of material, but forms an L-shaped angle for all practical purposes. In this way, each segment is significantly reinforced.
Fig. 11 shows the change in principle which is introduced by this change in construction. The upper part gives segments of conventional design d. H. a flat piece of material, again, on which the compressive loads A are applied from the end and the bending loads B are applied against the wide surfaces. The pressure loads are generated by the circumferential pressure on the ring when it is closed and inserted into the cylinder. These loads must be applied in order to produce the radial tension that is necessary; so that the ring works properly.
These compressive forces lead to a buckling of the flat plate-like construction which is characteristic of the prior art. If they are not sufficient to cause this bulging, they still interact with the bending forces applied perpendicularly to the widest surfaces and increase the tendency to bulge and sag as soon as these bending loads come into effect. These loads are applied by the rubbing of the ring against the cylinder walls and by the pressure forces of the gases to which the ring is exposed.
In addition, there is the buckling effect of the moments and inertial forces that arise at the end of the stroke.
The lower part of FIG. 11 shows how the segments are designed and function according to the invention. It can be seen that each segment now has a flange or edge at right angles to the flat, plate-like part along an edge. This angular part stiffens the entire segment. It significantly increases the segment's ability to withstand the circumferential pressure forces A. It also increases the segment's ability to withstand the bending loads B applied axially.
At the same time, the flexibility of the ring is not noticeably adversely affected, because the cross-sectional shape of the ring maintains a length of such a length that, despite the rigidity of the segment itself, the ring as a whole is extremely flexible and thus adapts well for a certain radial stress value . Because of this special ring construction with such a strong degree of soft spring effect, it is possible
to increase the length of the segment. It is therefore possible to interrupt every second or third scribe line 12 instead of each of these scribe lines. This significantly reduces the number of parts on the circumference of the ring and thus the number of openings through which the lubricant or gases can leak through the seal produced by the ring.
FIGS. 5, 6 and 12 show the feature that one of the rings 33a or 40 can be constructed with an increased side sealing effect. During the initial deformation, these rings have slightly diverging sides in their cross-sectional shape, so that the ring is given a weak wedge shape.
If the ring is inserted into the ring groove - as can be seen from FIG. 6 - then the segments and thus the entire side parts of the ring are somewhat compressed. This ensures an unavoidable lateral sealing contact with the other edges of the ring groove without disturbing the freedom of the ring to shift in the radial direction to adapt to the shape of the cylinder walls.
It can be seen from Fig. 5 that a small gap 41 is provided between the ends of the support 24 and the inner surfaces of the segments 13 and 13a. This gap is either completely or preferably at least approximately closed when the ring is inserted into the annular groove 42 (see FIG. 6). This gap at the locking point has dimensions of approximately 0.025 mm.
Fig. 12 shows the same principle of divergent ring side parts as in FIGS. 5 and 6, but in application to a ring according to FIG. B. The ring 33a thus keeps the side sealing effect because of the inevitable seat on the outer edge of the annular groove and the Stiffening or beam effect of the deeper segments 35 and 35a. It is also given a particularly rigid support by the support 24.
In some cases it may be desirable to install rings according to FIGS. 5, 6 and 12 without actually compressing the ring side parts. Even under these circumstances, the divergence of the side parts causes a noticeable improvement in the side sealing effect, since the inclination further reinforces the segments against axial bending.
Fig. 14 shows a construction in which the Segmen te are reinforced by placing a rib 50 in the vicinity of the outer edges. Thus, the ring 51 itself has stiffer segments, as far as the resistance to pressure forces is concerned, than the other rings, without the spring effect being impaired. It can be seen that the reinforcing ribs on the segments 35b and 35c can be used in all ring constructions that have been described here.
The invention creates a new basic principle of a one-story ring, the side parts of which come into engagement with the cylinder wall are divided into many independent segments which are each supported in the axial direction. The invention also proposes a construction in which this is possible with a one-piece ring.
In addition, the invention discloses for the first time an axial support for controlling the fluttering of the segment in a one-piece ring: the ring according to the invention makes significant progress in the construction of oil rings.
The ring has an inevitable control of the axial spacing of the segments. This significantly improves the side sealing effect of the ring. Without any loss of strength, the ring becomes much more flexible or pliable because of the increased length of the spring. This is done without affecting the ring strength or the radial stress characteristics of the ring.
A ring is obtained with improved resistance to bending and buckling of the segments. Since the segments are inevitably supported against axial compressive stress on the ring and are reinforced against bending or buckling under the action of circumferential pressures, a thinner material can be used for the ring itself. This reduces the cost and weight of the ring.
The reduction in weight leads to a reduction in the size of the inertia forces and moments to which the ring is exposed during operation. This in turn reduces the deflection effects on the ring when these forces arise.
Of course, the drawn and described embodiments are only examples of the principle of the invention.