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Dokumentenidentifikation DE3246159C2 12.11.1992
Titel Spreizexpander für Kolben
Anmelder AE PLC, Rugby, Warwickshire, GB
Erfinder Plant, Robert, Bradford, West Yorkshire, GB
Vertreter Stenger, A., Dipl.-Ing.; Watzke, W., Dipl.-Ing.; Ring, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 14.12.1982
DE-Aktenzeichen 3246159
Offenlegungstag 30.06.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.11.1992
IPC-Hauptklasse F02F 5/00
Zusammenfassung Ringförmiger Spreiz-Expander zum Spreizen und Positionieren von zwei Ölabstreif-Schienenringen eines Kolbens an einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Kompressor. Der Spreiz-Expander ist aus einer Vielzahl von U-förmig gestalteten Gliedern gebildet, die in zueinander Winkel bildenden, in der Spreiz-Expander-Achse verlaufenden Ebenen liegen, deren Arm-Teile an den inneren Enden der zugehörigen Schienen-Ringe anliegen und diese an die radialen Wandungen der Kolbenringnuten andrücken. Die U-förmigen Glieder sind serpentinenartig gestaltet und bewirken eine umfangsgerichtete Elastizität. Die Enden der U-förmigen Glieder sind nach außen gekrümmt, um die Schienen-Ringe an die Flächen des zugehörigen Zylinders anzudrücken. Ferner ist eine Vielzahl von Spreiz-Ansätzen für die Schienen-Ringe angeordnet, die dazu dienen, die Axialbewegung der radialen Außen-Enden der Schienen-Ringe zu begrenzen. Jeder Spreizansatz ist zwischen je einem Paar von aufeinanderfolgenden U-förmigen Gliedern angeordnet und deren Verbindung ist so ausgebildet, daß jede von ihnen die Basis des "U" verkörpert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen ringförmigen Spreizexpander zum Spreizen und Positionieren von zwei Ölabstreif-Scheibenringen in der Kolbenringnut eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine, der Spreizexpander bestehend aus einer Vielzahl von U-förmig gestalteten Gliedern, die in zueinander Winkel bildenden, in der Spreiz-Expander-Achse verlaufenden Ebenen liegen, deren Arm-Teile an den inneren Enden der zugehörigen Scheibenringe anliegen und diese an die radialen Wandungen der Kolbenringnut andrücken, und die als serpentinenartig gestaltete Paare von wechselseitig angeordneten und miteinander verbundenen U-förmigen aufeinanderfolgenden Gliedern ausgebildet sind und beidseitig der Normal-Ebene des Spreizexpanders liegen sowie sich im Basis-Bereich der U-förmigen Glieder erstrecken, was dem Spreizexpander seine quer zur Achse wirkende Elastizität verleiht und deren End-Teile beidseitig nach außen gekrümmt sind und die Scheibenringe an die zugehörigen Zylinderflächen andrücken.

Aus der DE-AS 11 98 627 ist ein derartiger ringförmiger Spreizexpander zum Spreizen und Positionieren von zwei Ölabstreifringen in der Kolbenringnut eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Der Spreizexpander besteht dabei aus einer Reihe von U-förmigen Gliedern, die abwechselnd auf der einen und auf der anderen Schenkelseite miteinander verbunden sind. Dabei sind die jeweiligen Schenkelverbindungen um 90° nach außen gebogen, so daß bei in die Kolbenringnut eingefügtem Spreizexpander zwischen den Schenkeln der U-förmigen Glieder und der Innenwand der Kolbenringnut jeweils ein Ölabstreifring angeordnet ist.

Bei dieser bekannten Konstruktion ist nachteilig, daß keine Kontrolle für die radialen äußeren Enden der Ölabstreifringe vorgesehen ist. Eine derartige Kontrolle wäre jedoch notwendig, da sich der Kolben im Zylinder hin und her bewegt, so daß die radialen äußeren Enden der Ölabstreifringe die Tendenz haben, sich entsprechend der Bewegungsrichtung nach oben oder nach unten zu verbiegen. Wenn dieses Sichverbiegen nicht kontrolliert wird, kann ein nachteiliger Ölfilm auf der Wand des zugehörigen Zylinders entstehen, so daß die Ölabstreifringe nicht mehr die ihnen zugeordnete Funktion erfüllen.

Aus der US 31 74 760 ist ein ringförmiger Spreizexpander bekannt, der ebenfalls aus U-förmigen Gliedern besteht, welche abwechselnd an den beiden Schenkelenden sowie im Bereich der Basis miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente im Bereich der Basis weisen dabei in beide Querrichtungen weisende Ansätze auf. Dieser bekannte Spreizexpander hat den Nachteil, daß die flexiblen Eigenschaften aufgrund der vergleichsweise steifen Ausbildung der die Schenkel verbindenden Stege nicht gleichmäßig sind sowie weiterhin durch die große Flexibilität der Verbindungsstege im Basisbereich. Zusätzlich sind die Ansätze nur zwischen jedem übernächsten Glieder-Paar vorgesehen.

Ausgehend von einem Spreizexpander der eingangs angegebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen ringförmigen Spreizexpander zu schaffen, bei dem die Bewegung der Ringe in axialer Richtung kontrolliert ist, ohne daß die flexiblen Eigenschaften des Spreizexpanders beeinträchtigt sind und ohne daß der Materialaufwand und damit die Kosten für den Spreizexpander unangemessen steigen.

Als technische Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Vielzahl von Spreiz-Ansätzen vorgesehen sind, mittels welcher die Axialbewegung der radialgerichteten äußeren Enden der Scheibenringe steuerbar ist, wobei jeder Spreiz-Ansatz zwischen je einem Paar aufeinanderfolgender U-förmiger Glieder angeordnet und mit dem Basis-Bereich jeweils eines von beiden ein Paar bildenden U-förmigen Gliedern verbunden ist, und daß die Spreiz-Ansätze abwechselnd entgegengesetzt gerichtet sind, wobei die in die eine Richtung weisenden Spreiz-Ansätze die Axialbewegung eines der beiden Scheibenringe begrenzen, während die in die entgegengesetzte Richtung weisenden Spreiz-Ansätze die Axialbewegung des anderen der beiden Scheibenringe begrenzen.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter ringförmiger Spreizexpander hat den Vorteil, daß die notwendige Kontrolle der Axialbewegung der Ringe durch die zusätzlichen Spreiz- Ansätze gewährleistet ist. Indem diese erfindungsgemäß abwechselnd entgegengesetzt gerichtet sind, werden dadurch die Herstellungskosten für den Spreizexpander nicht wesentlich erhöht. Die Position und die Anordnung der Spreiz-Ansätze haben keine nachteilige Wirkung auf die flexiblen Eigenschaften des Spreizexpanders, welche aufgrund des serpentinenartigen Charakters gut sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, daß die Spreiz-Ansätze in der Normal-Ebene des Spreizexpanders liegen und sich im Basis-Bereich des U-förmigen Gliedes als nicht verbundene Enden der darauffolgenden U-förmigen Glieder erstrecken. Der Vorteil liegt dabei darin, daß ein Minimum an Material für den Spreizexpander benötigt wird. Indem die Spreiz-Ansätze in Richtung der nicht verbundenen Enden der U-förmigen Elemente weisen, ist kein schmales Metallstück zwischen den verbundenen Enden und dem jeweiligen Spreiz-Ansatz zu entfernen, was die Herstellung erleichtert.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abwicklung eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Spreizexpanders zum Einsetzen in eine Kolbenringnut des Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Kompressors und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Spreizexpander gemäß Fig. 1, der in eine Kolbenringnut zusammen mit zwei an der Zylinderwandung anliegenden Scheibenringen eingesetzt ist.

Der Spreizexpander 10 ist ringartig geformt, um ihn in eine Kolbenringnut 11 eines Kolbens 12 einzusetzen. Der Spreizexpander 10 ist aus einer Vielzahl von U-förmig gestalteten Gliedern 13 gebildet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die in zueinander Winkel bildenden, in der Spreizexpander-Achse verlaufenden Ebenen liegen. Die Glieder 13 sind so gewendet, daß sie den nach innen sich öffnenden Spreizexpander 10 bilden, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Die U-förmigen Glieder 13 sind als serpentinenartig gestaltete Paare von wechselseitig angeordneten und mittels Verbindungen 14 miteinander verbundenen aufeinanderfolgende Glieder 13 ausgebildet, die beidseitig der Normal-Ebene des Spreizexpanders 10 liegen und sich im Basis-Bereich 13b der U-förmigen Glieder 13 erstrecken. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die End- Teile 13a beidseitig nach außen gekrümmt und bilden den Steg der U-förmigen Glieder 13. Der Abstand zwischen jedem Paar von U-förmigen Gliedern 13 ist größer als die Breite der U-förmigen Glieder 13.

Ein Spreiz-Ansatz 15 ist jeweils in dem Zwischenraum zwischen jedem der aufeinanderfolgenden Paare von U-förmigen Gliedern 13 angeordnet. Die Spreiz-Ansätze 15 sind abwechselnd entgegengesetzt gerichtet (siehe Fig. 1) und so ausgebildet, daß diese Teile in Verbindung mit dem anschließenden U-förmigen Glied den Basis-Bereich 13b des "U" bilden. Die Richtung der Spreiz-Ansätze 15 ist so gewählt, daß sie auf der gleichen Seite der Normal-Ebene der Spreizexpander-Achse liegen wie die nicht verbundenen End-Teile 13a der aufeinanderfolgenden U-förmigen Glieder 13. Jeder Spreiz-Ansatz 15 weist eine Widerlagerfläche 16 auf, die beidseitig axial über die Enden der U-förmigen Glieder 13 etwas herausragt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Der Spreizexpander 10 ist aus einem ebenen Metall-Blechstreifen hergestellt. Mittels eines Schnittstempels (nicht dargestellt) sind auf den einander entgegengesetzten Seiten des Streifens Ausschnitte herausgestanzt, so daß die Form der U- förmigen Glieder 13 und die geformten Spreiz-Ansätze 15 verbleiben. Der Streifen wird dann gekrümmt zu der Form der U- förmigen Glieder 13 und die äußeren Enden werden etwas weiter gekrümmt. Darauf wird der gekrümmte Streifen zu einem Kreisring von gewünschtem Durchmesser gebogen. Es ist hervorzuheben, daß der Schnittstempel sehr einfach gestaltet sein kann, obwohl die Spreiz-Ansätze 15 zu den jeweils nicht verbundenen Enden der U-förmigen Glieder 13 hinweisen, und daß ferner der Schnittvorgang einfach und rasch ausgeführt werden kann.

Zum Gebrauch wird der Spreizexpander 10 in die Kolbenringnut 11 eines Kolbens 12, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) eingesetzt. Es werden in die Kolbenringnut 11 zwei Scheibenringe 19 so eingesetzt, daß jeder Scheibenring 19 mit seinem radialen inneren Ende 19a zwischen einer Folge von Arm-Teilen 13c der U-förmigen Glieder 13 und der sich radial erstreckenden Wandung 11a der Kolbenringnut 11 zu liegen kommt. Dabei liegt das innere Ende 19a jedes Scheibenringes 19 an der zugehörigen nach außen gekrümmten Fläche der End-Teile 13a der Glieder 13 an. Die Scheibenringe 19 sind somit in der Weise gelagert, daß sie gegen die Zylinderwandung 20 angedrückt werden.

Die Anordnung ist derart getroffen, daß jede der U-förmigen End-Teile 13a mit ihren Arm-Teilen 13c an den Innenseiten der Scheibenringe 19 leicht elastisch anliegen. Damit ist sichergestellt, daß die radialen inneren Enden 19a der Scheibenringe 19 gegen die Wandungen 11a der Kolbenringnuten 11 angedrückt werden, um zu verhindern, daß das Schmiermittel über die Kolbenringnuten 11 (bei niedrigem Scheibenring 19) in den Verbrennungsraum (bei hohem Scheibenring 19) übertreten. Der Durchmesser des Spreizexpanders 10 wird so gewählt, daß die inneren gebogenen End-Teile 13a der Glieder 13 die Scheibenringe 19 zum Anliegen an den Flächen der zugehörigen Zylinder bringen und dazu beitragen, die Scheibenringe 19 in konzentrischer Lage zur Kolben- und Zylinderachse zu halten. Die elastische Rückstellkraft wird zumindest teilweise durch die serpentinenartige Gestaltung des Spreizexpanders 10 hervorgerufen. Dadurch wird ermöglicht, daß der Spreizexpander 10 seine Expander- und Zentrierungs-Aufgabe in Kreisumfangsrichtung besser löst als eine kreisringförmig angeordnete Schraubenfeder.

Die Spreiz-Ansätze 15 begrenzen ausgezeichnet die Axialbewegung der radialen äußeren Enden 19b der Scheibenringe 19 während der Hin- und Herbewegung gegenüber der Zylinderwandung 20; sie erfüllen die Aufgabe, ein Schwingen der Scheibenringe 19 in radialen Richtungen zu verhindern.

Es ist noch hervorzuheben, daß es nicht nötig ist, daß zwischen jedem Paar von U-förmigen Gliedern 13 jeweils ein Spreiz-Ansatz 15 angeordnet werden muß; es kann auch ausreichend sein, diese nur zwischen zwei aufeinanderfolgenden U-förmigen Gliedern 13 vorzusehen, oder aber in einer anderen zweckentsprechenden Verteilung.


Anspruch[de]
  1. 1. Ringförmiger Spreizexpander zum Spreizen und Positionieren von zwei Ölabstreif-Scheibenringen (19) in der Kolbenringnut (11) eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine, der Spreizexpander (10) bestehend aus einer Vielzahl von U-förmig gestalteten Gliedern (13), die in zueinander Winkel bildenden, in der Spreiz-Expander-Achse verlaufenden Ebenen liegen, deren Arm-Teile (13c) an den inneren Enden (19a) der zugehörigen Scheibenringe (19) anliegen und diese an die radialen Wandungen (11a) der Kolbenringnut (11) andrücken, und die als serpentinenartig gestaltete Paare von wechselseitig angeordneter und miteinander verbundenen U-förmigen aufeinanderfolgenden Gliedern (13) ausgebildet sind und beidseitig der Normal-Ebene des Spreizexpanders (10) liegen sowie sich im Basis-Bereich (13b) der U-förmigen Glieder (13) erstrecken, was dem Spreizexpander (10) seine quer zur Achse wirkende Elastizität verleiht und deren End-Teile (13a) beidseitig nach außen gekrümmt sind und die Scheibenringe (19) an die zugehörigen Zylinderflächen andrücken, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Vielzahl von Spreiz-Ansätzen (15) vorgesehen sind, mittels welcher die Axialbewegung der radialgerichteten äußeren Enden (19b) der Scheibenringe (19) steuerbar ist, wobei jeder Spreiz-Ansatz (15) zwischen je einem Paar aufeinanderfolgender U-förmiger Glieder (13) angeordnet und mit dem Basis-Bereich (13b) jeweils eines von beiden ein Paar bildenden U-förmigen Gliedern (13) verbunden ist, und

    daß die Spreiz-Ansätze (15) abwechselnd entgegengesetzt gerichtet sind, wobei die in die eine Richtung weisenden Spreiz-Ansätze (15) die Axialbewegung eines der beiden Scheibenringe (19) begrenzen, während die in die entgegengesetzte Richtung weisenden Spreiz-Ansätze (15) die Axialbewegung des anderen der beiden Scheibenringe (19) begrenzen.
  2. 2. Spreizexpander nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreiz-Ansätze (15) in der Normal-Ebene des Spreizexpanders (10) liegen und sich im Basis-Bereich (13b) des U-förmigen Gliedes (13) als nicht verbundene Enden der darauffolgenden U-förmigen Glieder (13) erstrecken.






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