-
,,, Kolbendichtung, bei der von den beiden aufeinandergleitenden Teilen
der eine aus Bronze und' der andere aus Stahl besteht An Kolbendichtungen werden'
eine Reihe von teils sich widersprechenden Anforderungen gestellt.
-
Die zur Dichtung dienenden Ringe sollen möglichst satt an der Zylinderwandung
anliegen, damit keine Verdichtung im Zylinder verlorengeht. Andererseits soll aber
die Reibung zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwandung möglichst niedrig
sein, um den Wirkungsgrad der Maschine nicht unnötig herabzusetzen. Außerdem sollen
sich die Kolbenringe auch bei hohen thermischen Beanspruchungen nicht festfressen
und sollen ferner ihre Spannung auch dann noch be-
halten, wenn sie :einmal
mit dem Kolben aus dem Zylinder ausgebaut worden sind, um eine möglichst hohe Lebensdauer
der Kolbenringe zu erreichen.
-
Als Werkstoff für die Kolbenringe hat man vielfach Gußeisen verwendet.
Solche Kolbenringe können jedoch noch nicht alle Anforderungen restlos erfüllen.
-
Guß@eisen ist ein Material, das bekanntlich kein sehr dichtes Gefüge
hat und sich außerdem niemals `vollkommen glattwandig herstellen läßt. Infolgedessen
ergeben sich beim Gleiten von gußeisernen Ringen auf anderem Metall hohe Reibungsverluste
und .eine sich dauernd steigernde Abnutzung, da die Reibung selbstverständlich @
mit dem Grade der Abnutzung wächst. Ein weiterer Mangel der gußeisernen Kolbenringe
besteht in ihrer sehr kleinen Dehnung. Außerdem sind sie dem sog. Wachsen (Gefügeveränderung
unter Vergrößerung des Volumens) ,ausgesetzt und weisen in ihrem Innern keinen eindeutigen
Spannungszustand auf. Infolgedessen brechen die Ringe sehr leicht beim Ein- oder
Ausbau oder verlieren zum mindesten ihre Spannung.
-
Es ist weiterhin bekannt, für die Herstellung von Kolbenringen Bronze
zu verwenden. Ferner hat man vorgeschlagen, für die Zylinderlaufflächen nitrierten
Stahl oder Bronze zu verwenden. Die bisher bekanntgewordenen Vorschläge sehen aber
immer nur für eine. der beiden Flächen ein bestimmtes Material vor, während die
zweite Fläche der Auswahl des Konstrukteurs überlassen bleibt. Der Grund hierfür
ist offenbar darin zu suchen, daß man den Werkstoff bisher nur nach Kosten, Gewicht
und Härte ausgewählt hat, aber noch nicht erkannt hat, daß wirklich gute Gleitverhältnisse
nur erzielt werden können, wenn man für beide aufeinandergleitenden Flächen einen
Werkstoff mit dichtem Gefüge wählt. Die Vorteile eines Werkstoffes mit dichtem Gefüge
kommen aber nur dann zur Auswirkung, wenn er auf einem anderen Werkstoff mit dichtem
Gefüge läuft. Läßt man aber z. B. durch Knetbehandlung verdichtete Bronze auf Gußeisen
laufen, so
erhält man verhältnismäßig schlechte Gleitverhältnisse.
Wie gesagt, kommt es also darauf an, daß beide aufeinandergleitenden Werkstoffe
ganz bestimmte Bedingungen ei füllen.
-
Gegenstand - der Erfindung ist nun ein Kolbendichtung, die den an
sie zu stellenden Anforderungen genügt, ohne die Nachteile der bekannten Kolbendichtungen
zu haben. Dies wird durch die Vereinigung nachstehender Merkmale :erreicht, welche
dadurch gekennzeichnet ist, däß der eine der beiden aufeinandergleitenden Teile
aus Bronze hergestellt ist, die durch Knetbehandlung verdichtet und homogenisiert
ist, während der andere aus Stahl besteht, welcher vergütet und überdies noch oberflächlich
gehärtet ist, beispielsweise durch Kohlenstoffhärtung oder Nitrieren, und daß außerdem
der Kolbenring gegen die Zylinderlauffläche mit einer zylindrischen Fläche ;anliegt,
an welche sich in an sich be-
kannter Weise beiderseitig in abgerundete Ecken
auslaufende, leicht kegelig verjüngte Flächen anschließen. Welcher der beiden aufeinändergleitenden
Teile ;aus Bronze und welcher aus Stahl besteht, ist hierbei grtuidsätzlich für
den Erfindungsgedanken unwesentlich. -Durch das Zusammenwirken derartiger mechanisch
verdichteter Feingefüge und von Kolhenringen finit der angegebenen an sich bekannten
Form erzielt man ein ausgezeichnetes dauerndes Laufen der beiden Teile, ohne daß
eine nennenswerte Abnutzung eintritt. Dies ergibt sich daraus, daß eine gleitende
Bewegung unter Druck im allgemeinen erst dadurch möglich wird, daß man die beiden
Gleitflächen durch einen dazwischenliegenden ölfilm trennt. Die notwendige vollständige
Trennung ist aber nicht bei jedem beliebigen Material für die Kolbenringe und die
Zylinderwandung möglich, da nicht jeder Stoff dem öl die gleich gute Haftfähigkeit
gibt. Es ist beispielsweise erwiesen, daß ein nichthomogenes Bronzegefüge, bei dem
harte Kristalle in -eine weiche Grundmasse eingebettet sind, den ölfilm zerreißt,
da die harten Kristalle den ölfilm gewissermaßen zerschneiden, so daß eine metallische
Berührung zwischen den aufeinandergleitenden Flächen ;erfolgt, die einen erheblichen
Verschleiß zur Folge hat. Eingehende Versuche haben nun ergeben, daß durch ein Homogenes
eingefüge in der Bronze, wie es durch Knethehandlung und Verdichten erreichbar ist,
und ein gehärtetes öder nitriertets Gefüge an der Stahllauffläche die erforderliche
Haftfähigkeit des öls ermöglicht wird. Voraussetzung für de Möglichkeit der Bildung
eines ölfilms ist Faber, daß die aufeinandergleiten-3en Flächen .eine solche Form
aufweisen, daß ,ein ölfilm zustande kommen kann. Diese Möglichkeit wird bei der
erfindungsgemäßen Ausführung des Kolbenringes dadurch gescJ.affen, daß die an den
beiden Enden vorgesehenen Kegelflächen des Kolbenringes zwischen sich und der Zylinderwandung
keilförmige Hohlräume einschließen, in die das Schmiermittel gesaugt und in denen
zugleich sein Druck gesteigert wird, bis dieser seinen Höchstwert an der Stelle
erhält, an der die Kegelflächen in die zwischen ihnen liegende gemeinsame Zylinderfläche
übergehen. Es bildet sich also längs der Zylinderfläche ein Film aus dem Schmiermittel,
der unter erhöhtem Druck steht und daher gut dichtend wirkt. Die Länge der Zylinderfläche
ist dabei so ,groß, daß ein Abströmen des Schmiermittels von der Zylinderfläche
infolge der hydrodynamischen Druckdifferenz im Schmierfilm zwischen der Mitte und
dem Ende der Gleitflächen,,inicht stattfinden kann und der Schmierfilm sich somit
ständig erhält. Durch die Abrundung der Kanten des Kolbenringes wird .ein Stauen
öder Zerreißen des ölfilms mit Sicherheit vermieden. -In der beiliegenden Zeichnung
ist ein Ausführungsbeispiel einer Kolbendichtung gemäß der Erfindung dargestellt,
welches ohne weitere Erläuterung verständlich sein dürfte.
-
Es ist nicht immer nötig, den gesamten Zylinder nebst dem Kühlmantel
und sonstigen Anbauten aus "den angegebenen hochwertigen Stoffen herzustellen, sondern
es genügt vielfach, wenn in einem gegossenen Zylinderkörper ein Einsatz aus den
in Frage kommenden Stoffen eingebaut wird, wie es auch sonst in der Technik .üblich
ist. Unter bestimmten Voraussetzungen kann jedoch die Verwendung von Bronze gerade
für die Ausbüchsung des Zylinders besonders vorteilhaft sein, und. zwar dann, wenn
der Zylinderblock aus Leicbmetäll besteht, weil Bronze und Leichtmetall annähernd
gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Da dann Büchse und Zylinderblock sich
gleichmäßig ausdehnen und zusammenziehen, ist weder eine Verengung des Zylinderdurchmessers
noch eine Lockerung der Büchse in dem Block zu befürchten. Hierdurch wird eine Verbesserung
der Betriebssicherheit und der Wärmeableitung gegenüber den bekannten Stahlbüchsen
erzielt.