CH656684A5

CH656684A5 - Piston ring

Info

Publication number: CH656684A5
Application number: CH643781A
Authority: CH
Inventors: Horst Lindner
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1981-10-07
Publication date: 1986-07-15
Also published as: DK439481A; ES8206797A1; ES506168A0; FR2492032A1; JPS5797050A; DE3038340C2; JPH0118257B2; FR2492032B1; DE3038340A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, der in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzt ist.

Im Brennkraftmaschinenbau ist es bekannt, Kolbenringe an Kolben zu verwenden, die an ihrer Lauffläche zur Zylinderwand mit umlaufenden Rillen versehen sind, so dass Schmieröl von Zylinderwandpartien mit Ölüberangebot an Zylinderwandpartien mit Ölmangel transportiert wird (DE-Anmeldung D 2264). Von diesen in die Lauffläche eingearbeiteten Ölhalterillen werden jedoch nicht nur kleine Ölmen-gen, sondern auch Verbrennungsrückstände sowie Abriebteilchen transportiert, die sich verschleissfördernd auswirken. Damit kann sich ersichtlicherweise der gewünschte Schmiereffekt des Öls nicht in einer deutlichen Minderung des Ver-schleisses an Zylinderwand und Kolbenring auswirken. Darüber hinaus erfolgt die Ölabgabe aus der Rille weitgehend unkontrolliert, d.h. in Partien der Zylinderwand, in denen der Anpressdruck des Kolbenringes hoch ist, wird wenig Öl aus der Rille den Gleitpartnern zugeführt, während an Vertiefungen der Lauffläche und dort wo die Ringpressung niedrig ist, viel Öl aus der Rille fliesst. Die Ölabgabe erfolgt mithin in umgekehrter Tendenz, wie sie zur Senkung des Verschleisses erforderlich wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenring zu schaffen, der eine gute Schmierung der miteinander in Gleitkontakt stehenden Flächen begünstigt, selbst weniger ver-schleissanfällig ist und auch zur Verschleissminderung an der Zylinderwand beiträgt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der Kolbenring aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig miteinander verbundenen Kolbenringscheiben besteht, ausserdem partiell in einem äusseren Radialbereich, über dem gesamten Umfang gleich stark, axial komprimierbar ist, welche Kompressibilität durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsebene der Kolben-ringscheiben radial umlaufenden, nach aussen offenen, Schmieröl bei niedrigem Zylinderdruck aufnehmenden Ringspalt gegeben ist, aus dem das aufgenommene Schmieröl bei Belastung des Kolbenringes mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck infolge daraus resultierender axialer Ringspaltverengung in den Raum zwischen Kolbenringgleitfläche und Zylinderlauffläche herauspressbar ist.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Vorteile sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes nach der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes nach der Erfindung und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes nach der Erfindung.

In den Figuren ist mit 1 eine Zylinderwand eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit 2 die Zylinderlauffläche, mit 3 ein ausschnittweise gezeigter Kolben und mit 4 eine Ringnut für einen darin eingesetzten Kolbenring 5 bezeichnet.

Erfindungsgemäss besteht der Kolbenring 5 aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig

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miteinander verbundenen Kolbenringscheiben. Beim Ausfüh rungsbeispiel gemäss Fig. I sind zwei derartige, mit 6 und 7 bezeichnete Kolbenringscheiben vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 sind ebenfalls zwei, dort mit 8 und 9 bezeichnete Kolbenringscheiben verwendet. Der Kolbenring 5 des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 besteht aus drei Kolbenringscheiben, von denen die oberste, brennraum-nächst gelegene Kolbenringscheibe mit 10, die mittlere miti 1 und die unterste mit 12 bezeichnet ist.

Die Kolbenringscheiben bestehen aus gleichem Werkstoff; sie können jedoch auch aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein.

Darüber hinaus ist der Kolbenring 5 partiell, in seinem äusseren Radialbereich, über dem gesamten Umfang gleich stark axial komprimierbar. Diese Kompressibilität ist durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsebene der Kolbenringscheiben 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10, 11 und 12 radial umlaufenden, nach aussen offenen Ringspalt gegeben; in Fig. 1 ist der Ringspalt mit 13 und in Fig. 2 mit 14 bezeichnet ; von den beiden im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 vorgesehenen Ringspalten ist der obere mit 15 und der untere mit 16 bezeichnet.

In den Fig. 1 bis 3 besitzen die zwischen Masspfeilen eingetragenen Indizes folgende Bedeutung, nämlich

I radiale Tiefe des Ringspaltes,

Bs axiale Breite des Ringspaltes,

h axiale Breite einer Kolbenringscheibe minus Bs/2, T radiale Breite des Kolbenringes,

BK axiale Höhe des Kolbenringes.

Der erfindungsgemässe Kolbenring 5 kann folgende geometrische Grössenverhältnisse aufweisen:

III L

■f >1, -r>10, ^ =0,2 bis 0,8 — =0,2 bis 0,8. h Bs T Bk

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist die axiale Breite hi der um die axiale Breite Bs des Ringspaltes 15 reduzierten Kolbenringscheibe 10 gleich der axialen Breite h2 der um die axiale Breite Bs des Ringspaltes 16 reduzierten Kolbenringscheibe 12.

In vorteilhafter Weise weist wenigstens eine der Kolbenringscheiben wenigstens in dem an den jeweiligen Ringspalt angrenzenden Bereich eine Schicht aus verschleissfestem Material auf; letztere erhöht die Standfestigkeit und Ver-schleissfestigkeit eines Kolbenringes ganz erheblich. Eine derartige Schicht ist sowohl beim Kolbenring 5 nach Fig. 2 als auch jenem nach Fig. 3 vorgesehen und in Fig. 2 mit 17, in Fig. 3 mit 18 und 19 bezeichnet. Beim Kolbenring 5 gemäss Fig. 2 ist die Schicht 17 an der unteren brennraumferner liegenderen Kolbenringscheibe 9 angeordnet; beim Kolbenring 5 gemäss Fig. 3 ist die Schicht 18 an der Oberseite der mittleren Kolbenringscheibe 11 an den Ringspalt 15 angrenzend angeordnet, während die Schicht 19 an der Unterseite der mittleren Kolbenringscheibe 11 an den Ringspalt 16 angrenzend angeordnet ist. Die Dicke der Schicht 17 bzw. 18 und 19 5 beträgt jeweils ein Vielfaches der axialen Breite Bs des angrenzenden Ringspaltes 14 bzw. 15 und 16. Die axiale Breite Bs eines Ringspaltes liegt in der Grössenordnung von hundertstel Millimetern. Es sei diesbezüglich daraufhingewiesen, dass die Ringspalte in den Figuren nicht massstabsge-io recht, sondern wesentlich breiter dargestellt sind.

In vorteilhafter Weise ist des weiteren am inneren Ende jedes Ringspaltes ein diesem gegenüber massseitig erheblich breiterer, umlaufender Ringkanal angeordnet, der in einen nicht dargestellten Ringstoss (Schlitzstelle des Ringes) des i5 Kolbenringes ausmündet, durch welchen Ringstoss Verbrennungsrückstände, Verschleiss- sowie sonstige Schmutzpartikel abführbar sind. Obschon bei allen Ausführungsbeispielen anwendbar, ist ein solcher, mit 20 bezeichneter Ringkanal nur beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 eingezeichnet. Im 20 Falle des Vorhandenseins eines solchen Ringkanaies 20 kann die axiale Breite Bs des Ringspaltes um ein Vielfaches grösser sein als bei einer Ausführung eines Kolbenringes ohne einen solchen Ringkanal 20, d.h. die Breite Bs kann mehrere Zehntel Millimeter sein.

25 Die einzelnen Kolbenringscheiben 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10, 11 und 12 sind an den aneinander angrenzenden, ausserhalb des Ringspalt- und Ringkanalbereiches liegenden Flächen miteinander verlötet oder verschweisst. Die Löt- bzw. Schweissschicht ist in Fig. 1 mit 21, in Fig. 2 mit 22 sowie in 3o Fig. 3 mit 23 bzw. 24 bezeichnet. Jeder Ringspalt 13 bzw. 14 bzw. 15 und 16 eines Kolbenringes 5 nimmt bei niedrigem Zylinderdruck Schmieröl auf. Dieses Schmieröl wiederum wird aus dem Ringspalt bei Belastung des Kolbenringes 5 mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck i5 infolge einer daraus resultierenden axialen Ringspaltverengung in den Raum 25 zwischen Kolbenringgleitfläche 26 und Zylinderlauffläche 2 herausgepresst. Es ist somit durch Kolbenringe nach der Erfindung eine in Abhängigkeit vom im Zylinder herrschenden Gasdruck gesteuerte Selbstversorgung 40 derselben im Schmieröl gewährleistet, mit der Folge einer erheblichen Verschleissreduzierung sowohl am Kolbenring selbst als auch der Zylinderlauffläche 2. Die Ausstossung der grössten Schmierölmenge aus dem Ringspalt ist dabei in vorteilhafter Weise im Bereich des oberen Umkehrpunktes des 45 Kolbens 3 gegeben, wo - wie an sich bekannt - bei hohem Anpressdruck der Kolbenringe der grösste Verschleiss aufzutreten pflegt. Durch Ausbildung eines Schmierfilmes in diesem Bereich kann jedoch sowohl der mechanische als auch der korrosive Verschleiss an Zylinderbuchse und Kolbenring 5o um ein erhebliches Mass reduziert werden; letzteres beruht insbesondere darauf, dass durch das grössere Ölangebot am richtigen Ort eine bessere Neutralisierung der bei der Verbrennung entstehenden korrosiven Rückstände gegeben ist.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1 die radiale Tiefe des Ringspaltes (13; 14; 15, 16),

Bs die axiale Breite des Ringspaltes (13; 14; 15, 16),

h die axiale Breite einer Kolbenringscheibe (6, 7; 8, 9; 10,

11, 12) minus Bs/2,

T die radiale Breite des Kolbenringes (5),

Bk die axiale Höhe des Kolbenringes (5)

bedeutet.

1. Kolbenring, der in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig miteinander verbundenen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11, 12) besteht, ausserdem partiell in einem äusseren Radialbereich über dem gesamten Umfang gleich stark axial komprimierbar ist, welche Kompressibilität durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsebene der Kolbenringscheiben (6,7; 8,9; 10, 11, 12) radial umlaufenden, nach aussen offenen, Schmieröl bei niedrigem Zylinderdruck aufnehmenden Ringspalt (13; 14, 15, 16) gegeben ist, aus dem das aufgenommene Schmieröl bei Belastung des Kolbenringes (5) mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck infolge einer daraus resultierenden axialen Ringspaltverengung in den Raum (25) zwischen Kolbenringgleitfläche (26) und Zylinderlauffläche (2) herauspressbar ist.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende geometrische Grössenverhältnisse aufweist:

j- >1, >10, ^ =0,2 bis 0,8 =0,2 bis 0,8, h Bs T Bk wobei

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Kolbenringscheiben (6,7; 8,9; 10, 11, 12) aus gleichem Werkstoff bestehen.

4. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Kolbenringscheiben (6,7; 8,9; 10, 11, 12) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

5. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11, 12) wenigstens in dem an den Ringspalt (13; 14; 15, 16) angrenzenden Bereich eine Schicht (17; 18, 19) aus verschleissfestem Material aufweist.

6. Kolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle seines Aufbaues aus zwei Kolbenringscheiben (8,9) die Schicht (17) aus verschleissfestem Material an der unteren, brennraumferner liegenden Kolbenringscheibe (9) angeordnet ist.

7. Kolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle seines Aufbaues aus drei Kolbenringscheiben (10, 11, 12) mit zwei jeweils in Höhe deren Verbindungsebenen gelegenen Ringspalten (15, 16) die mittlere Kolbenringscheibe (11) oben und unten jeweils wenigstens in dem an jeden der beiden Ringspalte (15, 16) angrenzenden Bereich eine Schicht (18, 19) aus verschleissfestem Material besitzt.

8. Kolbenring nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht (17; 18, 19) aus verschleissfestem Material ein Vielfaches der axialen Breite Bs eines Ringspaltes (14; 15,16) beträgt.

9. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Ende jedes Ringspaltes (13; 14; 15, 16) ein diesem gegenüber erheblich breiterer, umlaufender Ringkanal (20) angeordnet ist.

10. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite Bs eines Ringspaltes (13; 14; 15, 16) einige Hundertstel Millimeter beträgt.

11. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11, 12) an den aneinander angrenzenden, ausserhalb des Ringspalt- und Ringkanalbereiches liegenden Flächen miteinander verlötet oder verschweisst sind.