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Aus einzelnen Blättchen zusammengesetzter Kolbenring mit einer die
Blättchen an die Zylinderwandung drückenden Ringfeder Gegenstand der Erfindung ist
ein Kolbenring, der aus einzelnen Blättchen zusammengesetzt ist. Kolbenringe dieser
Bauart hat man schon zwecks Erzielung eines guten Anpreßdruckes ,an die Zylinderwandung
mit ringförmigen Andrückfedern versehen.
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Die Erfindung bezweckt eine bessere Einpassung des Kolbens im Zylinder,
als es bisher mit Kolbenringen der geschilderten Bauart möglich war, und eine Verringerung
des Durchschlagens der Verbrennungsgase ohne Erhöhung des Verschleißes der Kolbenringe
oder der Zylinderwand.
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Diese vorteilhaften Wirkungen werden erfindungsgemäß dadurch erzielt,
daß die Kolbenringblättchen aus weichem Stahl mit einer Skleroskophärte von a5 bis
65 bestehen und das Verhältnis der Härte der Ringfeder zur Härte der Blättchen zwischen
1,2 und 3,5 liegt.
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Eine besonders günstige Verwirklichung der erfinderischen Erkenntnis
wird dann erreicht, wenn die Blättchen eine Skleroskophärte zwischen 40 und 5o aufweisen
und damit das Härteverhältnis zwischen Blättchen und Ringfeder zwischen 2 und 3
SklerOskophärte liegt.
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Die erwünschte Härte der Blättchen wird erfindungsgemäß am besten
erzielt, wenn die Blättchen folgende Zusammensetzung aufweisen: o,15 bis o,25% C,
0,3 bis o,6% Mn, Rest Fe. In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. i ist ein Grundrißschnitt durch einen Kolben in einem Zylinder
und zeigt einen der Ringe innerhalb der Ringnut. Fig. 2 ist ein vergrößerter Teillängsschnitt
auf der Linie II-II der Fig. i. Fig. 3 ist ein vergrößerter Teillängsschnitt durch
einen Kolben mit einer abgeänderten Ausführungsform des Ringes. Fig.4 bis 7 veranschaulichen
im vergrößerten Querschnitt die dünnen Ringplättchen, deren äußere Kanten verschieden
ausgebildet sind. Fig. 8 ist ein Querschnitt in einer Nutenebene und zeigt eine
weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche Teile.
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In Fig. i ist der Kolben bei i im Querschnitt abgebildet, und die
Ringnut im Kolben ist mit 2 bezeichnet. Ein zweckmäßig aus einem dünnen Streifen
bestehendes Unterlegstück 3 zum Einstellen ist auf die Grundfläche der Ringnut 2
gelegt. Natürlich können in einigen Fällen die Unterlegstücke in Fortfall kommen,
während in anderen Fällen wieder mehrere benutzt werden können, um die Grundfläche
der Ringnut in einen derartigen Abstand zur Zylinderwand zu verlegen, in welchem
der gewünschte Druck des Kolbenringes auf die Zylinderwandungen sichergestellt wird.
Eine gewellte, ringförmige Andrückfeder 4 aus hartem Stahl
oder
Gußeisen ist auf die Unterlegstücke in die Ringnut eingesetzt, und diese Feder weist
eine Anzahl von Erhöhungen 5 auf, die durch Zwischenteile 6 verbunden sind.
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Die den Zylinder berührenden Teile des Kolbenringes bestehen aus einer
Anzahl von Ringstücken oder Blättchen 7 (Fig. 2) von einer axialen Dicke von ungefähr
o,8 min. Diese Blättchen bestehen aus einzelnen flachen, aufgeschnittenen Bändern
aus weichem Stahl. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die äußeren Kanten derselben wie
bei 8 abgeschrägt. Anstatt daß die Blättchen zur Bildung von ölnuten äußerlich abgeschrägt
sind, können einige, wie in Fig. 3 gezeigt, zurückversetzt angeordnet werden. Die
Fig. q. bis 7 zeigen weitere Ausführungsfortnen der Abschrägung.
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Jedes der in den Fig. t und 2 gezeigten Blättchen ist mit einem nach
einwärts gerichteten Ansatz ro versehen, der nicht über die benachbarten Erhöhungen
5 herübergleiten kann, wodurch eine drehende Bewegung der Blättchen verhindert wird.
Der wellenförmige Ring der Fig. 8 verhindert dadurch eine relative Drehung der Blättchen
7, daß jeder derselben eine Delle r r an seinem inneren Umfang aufweist. Diese Dellen
sind so angeordnet, däß, wenn sie axial ausgerichtet sind, die Schlitze z2 in den
Blättchen zickzackförmig zueinander stehen. In dieser Lage der Blättchen liegt gerade
eine der Erhöhungen 5 des Blättchens in den ausgerichteten Dellen.
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In Fig. 2 sind die beiden oberen Kolbenringe aus je vier Blättchen
7 zusammengesetzt, und ein einziges Unterlegstück befindet sich hinter der Andruckfeder
q..
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Der untere Ring, der den Ölring der dargestellten Stellung bildet,
besteht aus fünf Blättchen 7 im Unterschied von den vier in den beiden oberen Kompressionsringen.
Dabei finden zwei Unterlegstücke 3 Verwendung.
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Die erfindungsgemäß aus weichem. Stahl bestehenden Blättchen 7 können
aus einer Anzahlverschiedener Stahlarten hergestellt werden. Eine besonders geeignete
Sorte ist ein Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt von folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff o,z 5 °/o bis o,2,50/" Mangan o,3 °/o bis o,61/0 und der Rest Eisen.
Eine als sehr günstig befundene Eindrückfeder besteht aus einem hitzebehandelten
Band aus legiertem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt von einer Skleroskophärte von
annähernd 76 bis 86 und einer Brinellhärte von annähernd 555 bis 653. Der Kolbenring
behält seine Wirksamkeit, solange er aus einer Kombination einer Andruckfeder, die
einen stellenweisen Radialdruck ausübt, und einer Reihe von schmalen Blättchen aus
Stahl besteht, die wesentlich weicher sind als die Andruckfeder, aber noch gerade
stärk genug, um eine Deformation oder Verbiegung zwischen den Druckpunkten der Andrückfeder
zu hindern. Aus weichem Stahl bestehende Blättchen, die härter sind als
65
Skleroskophärte und die entweder einen hohen oder niedrigen Kohlenstoffgehalt
aufweisen können, bringen die Gefahr von Kerben mit sich, wenn sie in Verbindung
mit einer Andrückfeder in den gewöhnlichen Gußeisenzylindern verwendet werden (gußeiserne
Zylinder haben gewöhnlich eine Skieroskophärte zwischen 38 und 50). Blättchen,
die weicher als 25 Skleroskop sind, können ihre Form verlieren, wobei sie ein andauerndes
Spiel aufweisen und dadurch schlechte Ergebnisse erzielen. Die besten Ergebnisse
werden erreicht, wenn die Blättchen 7 eine Skleroskophärte von 4o bis 5o aufweisen.
Wenn ihre Skleroskophärte größer als 65 wird, sind sie gänzlich ungeeignet.
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Es ist wichtig, daß die Blättchen eine wesentlich geringere Härte
aufweisen als die Andruckfedern. Ein Verhältnis der Skleroskophärte der Andruckfeder
zur Skleroskophärte der 'Blättchen von ungefähr z;2 bis 3,5 ergibt befriedigende
Ergebnisse, wobei sich die Werte zwischen 2 und 3 besonders bewährt haben.
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Wenn sowohl die Blättchen als auch die Andruckfedern hart sind, tritt
Verschleiß auf, und zwar ungefähr gleichmäßig auf der Oberflache der Blättchen und
der Andruckfeder. Da die Erhöhungen der Andruckfeder mit der inneren Seite der Blättchen
verhältnismäßig kleine Berührungsflächen haben, wird die Andruckfeder schnell abgenutzt,
da sie sich im Betriebe bewegt. Die Erhöhungen der Wellen werden dünn, und der Andruckring
i bricht in einer verhältnismäßig kurzen Zeit.
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Bei dem Kolbenring gemäß Erfindung sind daher die Blättchen aus weicherem
Stahl als die Andruckfedern, wodurch ein sehr viel geringerer Verschleiß zwischen
den aufeinanderarbeitenden Teilen auftritt.
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Obgleich die Blättchen 7 zweckmäßig aus einem flachen Bande aus geeignetem
Werkstoff hergestellt werden, können sie natürlich auch aus Blechen ausgestanzt
oder auf irgendeine andere Art und Weise hergestellt werden. In allen obengenannten
Fällen liegen die getrennten Ringe zweckmäßig in dr-r Ringnut mit einem Axialspielräum
zwischeneinander von nicht mehr als 0,025 mm, und die Andruckfeder steht zweckmäßig
sowohl mit der Grundfläche der Kolbenringnut oder dem Unterlegstück als auch mit
den dünnen aufgeschnittenen Ringen in Berührung. Weiterhin ist die axiale Dicke
der Ringstücke 7 zu der Breite der Ringnut so abgepaißt, ' daß in der Nut sowohl
der Spielraum zwischen
den Blättchen als auch zwischen den endständigen
Blättchen und den Seiten der Ringnut gerade groß genug ist, daß sich ein Ölfilm
zwischen den benachbarten Flächen bilden kann. In der Praxis hat sich ein Spielraum
von o,oi mm als ausreichend gezeigt, wäli= rend ein Spielraum von o,o25 mm nicht
überschritten werden soll. Das erlaubt eine freie radiale Bewegung der Blättchen,
ohne daß das 01 zwischen ihnen herausgequetscht wird.