DE102004053454B4

DE102004053454B4 - Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring

Info

Publication number: DE102004053454B4
Application number: DE200410053454
Authority: DE
Inventors: Jakob Schoenen
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: DE102004053454A1

Abstract

Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring (1), für Kolben von Brennkraftmaschinen, mit einem eine Hinterschneidung (8) aufweisenden, in eine Nasenkante (3) auslaufenden Laufflächenbereich (2), einer inneren eine Schlauchfeder (7) aufnehmenden Umfangsfläche (6'), dazwischen verlaufenden oberen (4) und unteren Flanken (5) sowie einem durch einen Schlitz gebildeten Stoß, wobei die axiale Höhe (h) der Nasenkante (3), ausgehend von der unteren Flanke (5), oberhalb der radialen Wirkungslinie (13) der Schlauchfeder (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (8), ausgehend von der Nasenkante (3), unter einem vorgegebenen Winkel zunächst in Richtung der oberen Flanke (4) und anschließend unter einem Winkel (α) zwischen 5 und 20° in den laufflächenseitigen Bereich (12) der unteren Flanke (5) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring, für Kolben von Brennkraftmaschinen, mit einem eine Hinterschneidung aufweisenden, in eine Nasenkante auslaufenden Laufflächenbereich, einer inneren eine Schlauchfeder aufnehmende Umfangsfläche, dazwischen verlaufenden oberen und unteren Flanken sowie einem durch einen Schlitz gebildeten Stoß wobei die axiale Höhe der Nasenkante, ausgehend von der unteren Flanke, oberhalb der radialen Wirkungslinie der Schlauchfeder vorgesehen ist.

Der DE 33 48 51 C ist ein Ölabstreifring zum Abschaben von Öl an Innenflächen von Zylindern, Außenflächen von Kolbenstangen oder dergleichen zu entnehmen, bei welchem die schabende Kante in der Mitte oder etwas oberhalb der Mitte des Ringes liegt. Die untere Hälfte der Arbeitsfläche des Ringes ist dergestalt abgedreht, dass, unter Bildung von rechtwinklig zueinander verlaufenden Schenkeln, eine scharfe Nase oder Kante entsteht, während die obere Ringhälfte abgeschrägt ausgebildet ist. Bei Einsatz dieses Ringes im Bereich einer Kolbenstange kann der Ring nicht selbstspannend ausgeführt werden und wird deshalb aus mehreren Stücken hergestellt, die durch eine um die Ringstücke herum liegende ringförmige Schraubenfeder gegen die Kolbenstange gedrückt werden.

In der DE 101 17 164 A1 wird eine Kolbenringanordnung für Kolben von Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, beschrieben, umfassend einen in einer Nut des Kolbens angeordneten Ölabstreifring, der von einem auf den Ringinnenumfang radial nach außen wirkenden Federelement beaufschlagt ist und dem ferner eine das abgestreifte Öl aufnehmende Ausnehmung im Kolben zugeordnet ist. Der Ölabstreifring ist ein gegen Verschleiß geschützter, als Nasen- oder Minutenring ausgebildeter, Leichtmetallring.

Durch die DE 197 55 425 A1 ist ein Ölabstreifkolbenring für Verbrennungskraftmaschinen bekannt geworden, der mit einer am Ringinnenumfang anliegenden, radial nach außen spannenden ringförmig gebogenen Schraubendruckfeder zusammenwirkt und dessen Außenumfangsfläche einen einzigen, die Lauffläche bildenden, umlaufenden Laufsteg aufweist. Unterhalb des Laufsteges ist eine Hinterschneidung vorgesehen, während die verbleibende Bauhöhe des Kolbenringes zum Teil abgeschrägt und zum Teil mit einer weiteren Nut versehen ist. Einer der die Hinterschneidung bildenden Schenkel verläuft, ausgehend vom Laufsteg, in Richtung der oberen Flanke, während der andere Schenkel parallel zum Laufsteg verlaufend vorgesehen ist.

Die US 3066943 offenbart einen gattungsgemäßen Kolbenring, dieser Kolbenring weist keine Hinterschneidung im Nasengrund der Abstreifkante auf. Eine ähnliche Konstruktion offenbart die EP 0544459 A1 .

Aus der DE 198 10 309 A1 ist ein Kolbenring ohne Schlauchfeder zu entnehmen, der Ring ist vorzugweise als Kompressionsring konzipiert, die Hinterschneidung der Nasenkante verläuft nicht unter einem Winkel der es ermöglicht, die Aufstandsfläche der unteren Flanke zu vergrößern.

Die beschriebenen Ölabstreifringe weisen zum Teil relativ große radiale Wandstärken auf, wobei durch die geometrische Zuordnung des Abstreifbereiches zur Wirklinie der Feder nicht immer ein optimales Formfüllvermögen in Verbindung mit einer nicht immer ausreichenden Ölabstreifwirkung gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring, dahingehend weiterzubilden, dass bei vergrößerter Ringunterflankenauflagefläche, bezogen auf die Kolbennutflanke, gleichzeitig ein hohes Formfüllvermögen sowie eine verbesserte Ölabstreifwirkung bei relativ geringer Kolbenringwanddicke herbeigeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Höhenverhältnis Nasenkante/Wirkungslinie kann hierbei mit h > h₁/2 angegeben werden. Hierbei reicht schon ein gering über h₁/2 liegender Wert aus, um den Kolbenring in die gewünschte positive Richtung twisten zu lassen. Infolge der erfindungsgemäßen geometrischen Ausbildung der Hinterschneidung kann die Auflagefläche im Bereich der unteren Ringflanke gegenüber dem Stand der Technik vergrößert werden, wobei hier Winkel zwischen 5 und 20°, vorteilhafterweise 10°, angenommen werden.

Ein Überspritzen der Nase kann ohne aufwendiges Vorarbeiten (z.B. Kammerungen) herbeigeführt werden, wobei beispielsweise verhältnismäßig dünne thermische Spritzschichten oder galvanische Verschleißlagen aufgebracht werden. Für derartige Verschleißschutzschichten ist dann kein Profilschleifen mehr notwendig. Als ausreichend wird ein Superfinishen oder Anläppen der Lauffläche angesehen.

Der erfindungsgemäße Kolbenring ist bevorzugt einsetzbar für 2-Ring-Kolben und trägt hier dazu bei, die Ölabstreifwirkung des zweiten Kolbenringes zu verbessern, wobei in dieser Einbausituation auch Kompressionskräfte auf den erfindungsgemäßen Kolbenring einwirken.

Bedarfsweise kann der erfindungsgemäße Kolbenring als kostengünstige Lösung für den Ölabstreifring in 3-Ring-Kolben eingesetzt werden.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Ölabstreifring 1, der in seinem geneigt verlaufenden Laufflächenbereich 2 eine Nasenkante 3 aufweist. Der Ölabstreifring 1 soll in diesem Beispiel aus Grauguß bestehen und für 2-Ring-Kolben eingesetzt werden. Das Bild zeigt einen Nasenminutenring, wobei der Erfindungsgegenstand darauf nicht beschränkt ist. Ferner erkennbar ist eine obere Flanke 4, eine untere Flanke 5 sowie eine in einer Federnut 6 im Bereich der inneren Umfangsfläche 6' angeordnete, radial nach außen wirkende Schlauchfeder 7. Unterhalb der Nasenkante 3 ist eine Hinterschneidung 8 vorgesehen, die gebildet wird durch zwei Schenkel 9, 10, die über eine Rundung 11 miteinander verbunden sind. Der Schenkel 9 verläuft, ausgehend von der Nasenkante 3, unter einem Winkel, beispielsweise 12°, in Richtung der oberen Flanke 4, während der andere Schenkel 10 unter einem Winkel α, beispielsweise 10° radial nach außen, in den laufflächenseitigen Bereich 12 der unteren Flanke 5 ausläuft. Dadurch, dass der Schenkel 10 radial nach außen verläuft, kann gegenüber dem Stand der Technik eine Vergrößerung der Auflagefläche b im Bereich der unteren Flanke 5 herbeigeführt werden. Die Gesamthöhe des Ölabstreifringes 1 ist mit h₁ angegeben. Die radial nach außen gerichtete Wirkungslinie 13 der Schlauchfeder 7 liegt etwa auf der axialen Höhe h₁/2. Die axiale Höhe der Nasenkante 3 ist mit h angegeben. Die Höhe h der Nasenkante 3 liegt ausgehend von der unteren Flanke 5 erfindungsgemäß axial oberhalb der radialen Wirkungslinie 13 der Schlauchfeder 7, wobei das Höhenverhältnis, Nasenkante/Wirkungslinie, mit h > h₁/2 angenommen wird. Hierbei reicht schon ein gering über h₁/2 liegender Wert für die Höhe h der Nasenkante 3 aus, um den Ölabstreifring 1 in die gewünschte positive Richtung twisten zu lassen. Die Vertwistung bewirkt ohne Gasdruck, dass der Laufflächenbereich 2 nur an der Nasenkante 3 der Hinterschneidung 8 trägt, wobei Kolbenringe mit einer Hinterschneidung 8 eine gute ölabstreifende Wirkung bei gleichzeitig hohem Formfüllvermögen aufweisen. Somit kann bei relativ geringer Kolbenringwanddicke die bereits angesprochene Vergrößerung der Auflagefläche b im Bereich der unteren Flanke 5 herbeigeführt werden. Der Laufflächenbereich 2 kann ohne aufwendige Vorarbeiten, wie Kammerungen oder dergleichen, beispielsweise mit einer sehr dünnen Verschleißschutzschicht 14 versehen werden, wobei die Verschleißschutzschicht 14 in diesem Beispiel durch eine thermisch aufgebrachte Spritzschicht gebildet sein soll. Selbige kann eine hartmetallartige Struktur/Metallmatrix auf Basis von Chromcarbiden CrC und/oder Wolframcarbiden WC aufweisen. Alternativ denkbar sind Pulverschichten, beispielsweise auf Basis von Mo. Als Verfahren bieten sich Flammspritzen, Plasmaspritzen sowie Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) an. Ebenfalls denkbar sind Nitrierschichten oder PVD-Schichten. Der Fachmann wird in Abhängigkeit vom Einsatzfall des erfindungsgemäßen Kolbenringes die dann sinnvolle Verschleißschutzschicht auswählen.

Claims

Kolbenring, insbesondere Ölabstreifring (1), für Kolben von Brennkraftmaschinen, mit einem eine Hinterschneidung (8) aufweisenden, in eine Nasenkante (3) auslaufenden Laufflächenbereich (2), einer inneren eine Schlauchfeder (7) aufnehmenden Umfangsfläche (6'), dazwischen verlaufenden oberen (4) und unteren Flanken (5) sowie einem durch einen Schlitz gebildeten Stoß, wobei die axiale Höhe (h) der Nasenkante (3), ausgehend von der unteren Flanke (5), oberhalb der radialen Wirkungslinie (13) der Schlauchfeder (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (8), ausgehend von der Nasenkante (3), unter einem vorgegebenen Winkel zunächst in Richtung der oberen Flanke (4) und anschließend unter einem Winkel (α) zwischen 5 und 20° in den laufflächenseitigen Bereich (12) der unteren Flanke (5) verläuft.
Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenverhältnis Nasenkante (3)/Wirkungslinie (13) h > h₁/2 beträgt.
Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nasenkantenseitige Schenkel (9) der Hinterschneidung (8) unter einem Winkel zwischen 5 und 30° in Richtung der oberen Flanke (4) verläuft.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (9, 10) im Übergangsbereich über einen gerundeten Bereich (11) miteinander verbunden sind.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufflächenbereich (2) oberhalb der Nasenkante (3) mit einer Verschleißschutzschicht (14) versehen ist.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (14) durch eine thermische Spritzschicht oder eine galvanisch abgeschiedene Schicht gebildet ist.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Gußwerkstoff oder aus Stahl besteht.