DE483916C

DE483916C - Piston ring made from a single casting, with a rectangular cross-section

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Publication number: DE483916C
Application number: DEB131128D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-05-01
Filing date: 1927-05-01
Publication date: 1929-10-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenringe für Verbrennungskraftmaschinen und auf Verfahren zum Gießen solcher Kolbenringe und verfolgt den Zweck, hochgradig elastische Ringe herzustellen, deren Verschleißfläche frei ist von Stellen von solcher Härte, daß sie eine ungleichmäßige oder übermäßige" Abnutzung des Zylinders verursachen. The invention relates to piston rings for internal combustion engines and on processes for casting such piston rings and has the purpose of producing highly elastic rings, their wear surface is free from spots of such hardness as to cause uneven or excessive "wear on the cylinder".

Es ist allgemein gebräuchlich, Kolbenringe dadurch herzustellen, daß ein rohrförmiges Gußstück aus einer Eisensorte angefertigt wird, die ein wenig weicher ist als das Metall, aus welchem die Zylinder gegössen werden. Das Rohr wird nach dem Aus*· bohren der Innen- und dem Abdrehen der Außenfläche in. schmale Stücke zerschnitten, welche dann geschliffen, zur Ermöglichung der Ausdehnung und Zusammenziehung auf der einen Seite aufgeschlitzt und so gestaltet werden, daß sie nach dem Aufbringen auf den Kolben in den Zylinder passen. Solche Ringe werden durch sorglose oder ungeschickte Arbeiter beim Einsetzen in die KoI-bennuten so leicht verdrillt, daß es bei der Herstellung von Ringen höherer Qualität gebräuchlich geworden ist, jeden Ring für sich zu gießen, in dem Bestreben, bessere! Gußstücke und in viel höherem Maße nachgiebige Ringe zu erzielen.It is common practice to manufacture piston rings by having a tubular Casting is made from a type of iron that is a little softer than the metal from which the cylinders are cast will. After drilling out the inside and turning off the Cut the outer surface into narrow pieces, which are then sanded to make it possible the expansion and contraction on one side and shaped like that that they will fit into the cylinder after being applied to the piston. Such Rings are inserted into the KoI grooves by careless or clumsy workers so slightly twisted that it is common in the manufacture of higher quality rings has become, casting each ring for himself, in an effort to improve! Castings and to achieve resilient rings to a much greater extent.

Wird ein kleines leichtes Gußstück in der gebräuchlichen Weise hergestellt, so weist es eine äußere Oberflächenschicht auf, die wegen rascher Abschreckung in der Form sehr hart ist. Wird diese harte Schicht nicht vollständig entfernt, so gibt es im ringförmigen Gußstück eine Stelle, die härter ist als der Zylinder; diese wirkt in dem Sinne, daß sie die Zylinderwandung ritzt. Wird die abgeschreckte Oberflächenschicht vollständig entfernt, so ist der Ring nicht mehr elastisch oder doch nur sehr viel weniger elastisch als ein Ring, der in der oben beschriebenen Weise durch Abschneiden von Teilstücken von einem Rohr hergestellt worden ist,When a small, lightweight casting is made in the usual manner, it shows an outer surface layer that is in the mold because of rapid quenching is very hard. If this hard layer is not completely removed, there is a ring-shaped one Casting a point that is harder than the cylinder; this works in the sense that it scratches the cylinder wall. Becomes the quenched surface layer completely removed, the ring is no longer elastic or at least much less elastic than a ring which has been produced in the manner described above by cutting off sections from a pipe,

Um alle Vorzüge der einzeln gegossenen ' Ringe beizubehalten und gleichzeitig ihre Mängel zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein aus einem Gußstück bestehender, im Querschnitt rechteckiger Kolbenring derart ausgebildet, daß nach" der Bearbeitung durch Drehen und Schleifen (ohne Hämmern) seine Außenumfangsfläche und ein an diese grenzendes Stück einer jeden Seitenfläche aus Metall von geringerer Härte bestehen als dem des Zylinders, mit dem zusammen der Kolbenring benutzt wird, während die Oberflächenschicht des inneren Umfanges und des verbleibenden Stückes jeder Seitenfläche zwar aus dem nämlichen Werkstoff bestehen, je- = doch größere Härte aufweisen als die Oberflächenschicht des Außenumfanges.In order to retain all the advantages of the individually cast 'rings and at the same time theirs To avoid deficiencies, according to the invention, an existing from a casting, im Cross-section of rectangular piston ring designed so that after "machining through." Turning and grinding (without hammering) its outer peripheral surface and an adjacent one Pieces of each side surface are made of metal of a lower hardness than that of the cylinder with which the piston ring is made is used while the surface layer of the inner periphery and the remaining piece of each side surface though consist of the same material, but have greater hardness than the surface layer of the outer circumference.

Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist das Gußstück am äußeren Umfang viel breiter gemacht als auf seinem inneren Teil und der Durchmesser des Gußstückes größer ge-To achieve this result, the casting is much wider on the outer periphery made than on its inner part and the diameter of the casting is larger

halten als der des fertiggemachtem Ringes, so daß, wenn die Seitenflächen durch Bearbeitung parallel gemacht werden und der Ring bis zur richtigen Größe seines äußeren Umfanges abgedreht wird, die gesamte harte abgeschreckte Außenschicht des Gußstückes von der sich abnutzenden Ringfläche entfernt ist, während Teile der beiden Seiten und des inneren Umfanges eine OberfLächenschicht aus abgeschrecktem, hartem, elastischem Metall beibehalten·, welches als leinie Feder wirkt und den Ring nachgiebiger und weniger leicht verformbar macht als Ringe ohne solche Oberflächenschicht. Bei von der Innenseite her gehämmerten Ringen ist es bereits bekannt, daß die Oberflächenbeschaff einheit an der Innenfläche eine andere ist als auf der Außenseite, obgleich der Ring durchweg aus dem gleichen Werkstoff 'besteht. Bei rechteckigem. Querschnitt führt das Hämmern, von der Innenseite her zum, Auftreten vereinzelter, besonders harter Stellen an der Lauffläche. Wird zur Vermeidung solcher Fehler der Ring auf der Innenseite mit einer Kerbnut versehen, so bedeutet diese Nut eine Verschwächung der Biegungsfestigkeit, die durch größere Querschnittsabrnessungen ausgeglichen werden muß.hold as that of the finished ring so that when the side faces by machining are made parallel and the ring is twisted off to the correct size of its outer circumference, the entire hard Quenched outer layer of the casting removed from the wearing ring surface is, while parts of both sides and the inner periphery are a surface layer made of quenched, hard, elastic metal retained, which as leinie Spring acts and makes the ring more resilient and less easily deformable than rings without such surface layer. In the case of rings hammered from the inside, it is already known that the surface texture unit is different on the inside than on the outside, although the ring consists of the same material throughout. With rectangular. cross-section the hammering, from the inside, leads to the appearance of isolated, particularly hard Places on the tread. To avoid such errors, the ring is placed on the inside provided with a notched groove, this groove means a weakening of the flexural strength caused by larger cross-sectional dimensions must be balanced.

Beim Erfindungsgegenstand wird diezweckmäßigste Obeirflächenbeschaffenheit an allen Stellen ohne Abweichung von der aus Festigkeitsgründen erwünschten rechteckigen Qtiersdmittsform erreicht.In the subject matter of the invention, the most expedient Surface quality at all points without deviating from that for reasons of strength desired rectangular animal shape achieved.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Kolbenringe auf ihrem Umfange mit einer Schicht von Teibungsminderndem Stoff von einer Zusammensetzung zu versehen, die verschieden ist von der des den' Körper ides Ringes bildenden Werkstoffes. Demgegenüber sind bei Ringen, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt sind, alle Stücke des Ringes zusammen hervorgebracht, um 'einen durchgehenden molekularen Zusammeinhanig zu ,erzielen und dabei doch auf der einen Ringzone geringere Härte zu bekommen als die OberfLächenihärte des Zylinders, mit dem zusammen der Ring benutzt wird, ferner eine mit dem Ring- einheitlich zusammenhängende und aus dem gleichen Werkstoff bestehende Zone, die die Eigenschaft größerer Elastizität aufweist, weil hinsichtlich der molekularen Anordnung eine Verschiedenheit besteht, die durch die raschere Abkühlung dieser Zone infolge ihrer unimittelbaren Berührung mit den Wandungen dex Form hervorgebracht ist.It has also already been proposed to have piston rings on their circumference with a To provide a layer of anti-friction material of a composition that is different is of that of the material forming the body of the ring. In contrast are all for rings made according to the present process Pieces of the ring brought together to 'form a continuous molecular cohesion to achieve and still get less hardness on one ring zone than the surface hardness of the cylinder, with which the ring is used together, furthermore one with the ring unitary contiguous zone consisting of the same material that has the property has greater elasticity, because in terms of molecular arrangement a There is a difference caused by the more rapid cooling of this zone as a result of it Immediate contact with the walls of the form is produced.

So ziemlich alle handelsüblichen! Metall-Pretty much all commercially available! Metal-

gußstücfce bestehen aus einem Gemisch von verschiedenen Bestandteilen, die vierschiedener molekularer Anordnungen fähig sind. Die Beschaffenheit des fertigen Erzeugnisses hängt von der Art und Weise ab, wie diese verschiedenen Anordnungen während des Herstellungsverfahrens in die Erscheinung treten. Die elastische äußere Haut, welche die U-förmige gehärtete Schicht badet, die als Oberflächenschicht des inneren Umfangesund des inneren Stückes der SeitenfLächm zurückbleibt, ist nahezu aus den nämlichen chemischen Bestandteilen zusammengesetzt wie der Werkstoff, der den weicheren äußeren Umfangsteil bildet. Der Härteunterschied rührt hauptsächlich von der Verschiedenheit in der molekularen Anordnung des Werkstoffes her, die sich ergibt, wenn die geschmolzene Legierung in der Form gehalten wird. Auf der Zeichnung sind Abb. ι und 2 'eine Oberansicht und ein Querschnitt des Gußstückes,Castings consist of a mixture of different components, the different ones are capable of molecular arrangements. The nature of the finished product depends on the way these various arrangements are made during the manufacturing process to appear. The elastic outer skin that bathes the U-shaped hardened layer, which as Surface layer of the inner circumference and the inner piece of the side surface remains, is composed of almost the same chemical components as the material that forms the softer outer peripheral part. The difference in hardness is stirring mainly due to the difference in the molecular arrangement of the material, which results when the molten alloy is held in shape. On the drawing are Fig. Ι and 2 'a top view and a Cross-section of the casting,

Abb. 3 und 4 eine Oberansicht und ein Querschnitt des fertiggemachten Ringes,Fig. 3 and 4 a top view and a cross section of the finished ring,

Abb. S ein in größerem Maßstabe gehaltener Querschnitt der bevorzugten Ausführungsform des Gußstückes,Fig. S a larger scale Cross section of the preferred embodiment of the casting,

Abb. 6 ein Querschnitt, der den Umriß nach Entfernung des ersten Teiles des überschüssigen Werkstoffes angibt,Fig. 6 is a cross-section showing the outline after removal of the first part of the excess Material indicates

Abb. 7 ein Querschnitt, der die Verteilung des Werkstoffes im fertiggemachten Ring erkennen läßt;Fig. 7 is a cross-section showing the distribution of the material in the finished ring leaves;

Abb. 8 und 9 sind Querschnitte von abgeänderten Bauarten, undFigs. 8 and 9 are cross-sections of modified ones Types, and

Abb. 10 ist .ein Querschnitt eines Teilstükkes einer anderen Ausführungsform des Rohgußkörpers. Fig. 10 is a cross-section of a part another embodiment of the raw cast body.

Bei der Ausführungsform, deren aufeinanderfolgende Herstellungsstufen aus den Abb. 5, 6 und 7 ersichtlich sind, wird der Ringgußkörper auf seinem äußeren Umfang mit vergrößerter Breite ausgeführt, indem zum Querschnitt seitlich vorspringende Randstücke 10 hinzutreten, die sich auf jeder Seite weit genug hinaus erstrecken, um die bei 11 durch dunklere Schattierung angedeutete Außenschicht von abgeschrecktem. Werkstoff außerhalb der Seitenebene des fertiggemachten Ringes zu enthalten. Der Gußkörper ist ferner im Durchmesser um einen hinreichenden Betrag größer als der fertiggemachte Ring, so daß, wenn das äußere Umfangsstüdlc weggenommen wird, um den Gußkörper auf den Ringdurdhmesser herunterzubringen, die gesamte abgeschreckte Schicht von der sidh abnutzenden Fläche entfernt ist. Nach dem Wegnehmen des Metallüberschusses von der äußeren Umfangsfläcihe und von den äußeren Rändern der Seitenflächen wird nur ein kleines Stück des gehärteten Metalls vom inneren Umfang und vom inneren Stück der Seitenflächen beim Fertigschleif en wieggenommen, wie durch · den schmalen Raum zwischen der strichpunktierten Linie und demIn the embodiment whose successive manufacturing steps consist of the Fig. 5, 6 and 7 can be seen, the ring cast body is on its outer periphery Executed with an enlarged width by adding laterally protruding edge pieces to the cross-section 10, which extend far enough out on each side to pass the 11 at darker shade suggested outer layer of quenched. Material outside the side plane of the finished ring. The cast body is also a sufficient diameter Amount greater than the finished ring, so that when the outer circumference stüdlc is removed to bring the casting down onto the ring knife, the entire quenched layer of the sidh wearing surface is removed. After removing the excess metal from the outer peripheral surface and from the outer edges of the side surfaces just a small piece of the hardened metal from the inner circumference and from the inner piece of the side surfaces during finish sanding, as if through the narrow space between the dash-dotted line and the

Querschnitt in Abb. 7 angegeben. Selbstverständlich sind die gezeichneten Abmessungen stark übertrieben.Cross section given in Fig. 7. It goes without saying that the dimensions shown are greatly exaggerated.

Das innere Stück 12 des Gußkörpers ist frei von dem auf den Außenflächen des Gußkörpers gebildeten gehärteten Metall. Wird der Umriß in der aus Abb. 5 ersichtlichen Weise gestaltet, so läßt die Entfernung der über die ebenen Ringseitenflächen vorspringenden Stücke 10 auf jeder Seite das weiche Innere auf kurzem Abstand vom Außenumfang freiliegen, wie bei 13 angegeben, während das Abdrehen der Außenfläche zum Herunterbringen des Rohgusses auf den Ringdurchmesser eine weiche Abnutzungsfläche 14 freilegt. Somit kann, ehe ein Durchmesser erreicht wird, der seine Ersetzung notwendig macht, der Ring abgenutzt werden, bevor die harten, auf den Seiten belassenen Stücke 11 erreicht werden.The inner piece 12 of the casting is free from that on the outer surfaces of the casting formed hardened metal. The outline in Fig. 5 can be seen Designed in a manner that allows the removal of the protruding over the flat ring side surfaces Pieces 10 on each side of the soft inside at a short distance from the outside perimeter exposed as indicated at 13 while turning the outer surface to bring it down of the raw casting on the ring diameter a soft wear surface 14 exposed. Thus, before a diameter is reached, its replacement may be necessary makes the ring wear out before the hard pieces left on the sides 11 can be achieved.

Das auf der Außenfläche des inneren Stükkes und den inneren Stücken der Seitenflächen verbleibende gehärtete Stück wirkt als ein federndes Organ, das hinreichende Nachgiebigkeit verleiht, um den Ring in richtiger Berührung mit dem Zylinder zu erhalten und ihn zu veranlassen, nach Verdrillung seine runde Umrißform wieder anzunehmen. Die strichpunktierten Umrißlinien in den Abb. 8 und 9 veranschaulichen andere Querschnitte, welche benutzt werden können, um verschiedene Verteilungen der gehärteten, im fertigen Ring verbleibenden Stücke anzugeben. Bei den in Abb. 8 gezeichneten geraden Seitenflächen bleibt weniger abgeschrecktes Material zurück als bei den gekrümmten, in Abb. 9 gezeichneten Flächen. Natürlich können auch sonstige gleichartige Querschnitte angewendet werden. Das wesentliche Merkmal ist in jedem Fall das, daß auf jedei* Seite ein Metallüberschuß verbleibt, und daß die Durchmesservergrößerung des Gußstükkes gegenüber dem fertigen Ring die Gewißheit liefert, daß sämtliches Metall von unerwünschter Härte vom äußeren Umfang und einwärts von den Außenkanten entfernt werden kann und doch, auf dem inneren Umfang und von diesem auswärts auf den Seitenflächen sich erstreckend, ein U-förxniges, abgeschrecktes, federndes Stück verbleibt.That on the outer surface of the inner piece and the inner pieces of the side surfaces remaining hardened piece acts as a resilient organ that gives sufficient resilience to the ring in proper position To maintain contact with the cylinder and to cause it to take on its round shape again after twisting. The dash-dotted outlines in Figs. 8 and 9 illustrate other cross-sections, which can be used to give various distributions of the hardened pieces remaining in the finished ring. The straight side surfaces shown in Fig. 8 are less deterred Material back than with the curved surfaces shown in Fig. 9. Of course you can other similar cross-sections can also be used. The essential feature is in any case that an excess of metal remains on each side, and that the increase in diameter of the casting compared to the finished ring the certainty provides that all metal of undesirable hardness from the outer periphery and can be removed inwardly from the outer edges and yet, on the inner circumference and extending outward from this on the side surfaces, a U-shaped, quenched, resilient piece remains.

Bei der in Abb. 10 gezeichneten Querschnittsfarm des Rohgußstückes wird ein Zylinder 14 mit einer Reihe von inneren Rippen 15 und Kanälen 16 gegossen. Die Innenfläche des Zylinders und die Kanalflächen werden beim Gießen abgeschreckt. Der Zylinder wird in Teilstücke zerschnitten; die Schnittflächen befinden sich in der Mitte der Kanal· boden. Die Ringrohlinge werden wie gesondert gegossene Rohlinge dadurch fertig bearbeitet, daß ihre äußere Umfangsfläche bis zu einer Stelle unter dem gehärteten Stück weggenommen wird, ferner durch Wegnahme einer verhältnismäßig dünnen Schicht von den Seitenflächen und vom inneren Umfang, wie bei 17 mit gestrichelten Linien ange- · geben. Die harte Oberflächenschicht ist in dieser Abbildung mit 11 bezeichnet und durch dunklere Querschnittschraffierung hervorgehoben. In the cross-sectional farm of the raw casting shown in Fig. 10, a cylinder 14 cast with a series of internal ribs 15 and channels 16. The inner surface of the cylinder and the channel surfaces are quenched during casting. The cylinder is cut into pieces; the cut surfaces are in the middle of the canal floor. The ring blanks are finished like separately cast blanks, that its outer peripheral surface is removed to a point below the hardened piece, further by removal a relatively thin layer from the side surfaces and from the inner circumference, as indicated for 17 with dashed lines. The hard surface layer is in this figure is designated with 11 and highlighted by darker cross-hatching.

Claims

Patent claims:

1. Piston ring consisting of a casting, with a rectangular cross-section, characterized in that after machining by turning and grinding (without hammering) its outer peripheral surface and an adjoining piece of each side surface is made of metal of less hardness than that of the cylinder, with which the piston ring is used together, while the surface layer of the inner circumference and the the remaining piece of each side surface consist of the same material, however, have greater hardness than the surface layer of the outer periphery.

2. Process for the production of KoI rings according to claim 1, characterized in that the ring has a cross-section towards the outer circumferential surface wider and higher than it corresponds to the finished cross-section, is poured and then machined onto the Finished measure the quenched piece from the outer peripheral surface as well as from both Side faces in the part bordering the outer edges is removed.

3. A method for the production of piston rings according to claim 1, characterized in that that a tubular casting provided on its inner surface with cast separating grooves (16) (12) divided along the median plane of its grooves and the hard one during machining Outer surface layer is removed.

1 sheet of drawings