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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Kolbenbaugruppe für einen Verbrennungsmotor und im Einzelnen eine Ringbaugruppe der Kolbenbaugruppe.
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HINTERGRUND
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Hubkolben-Verbrennungsmotoren umfassen einen Motorblock, der mehrere Bohrungen ausbildet. Eine Kolbenbaugruppe ist in jeder der Bohrungen beweglich angeordnet und wird von diesen gelagert. Die Kolbenbaugruppe umfasst einen ringförmigen Körper mit einer Außenfläche, die mindestens eine Nut ausbildet. Ein einen Ringspalt ausbildender geteilter Kompressionsring ist in jeder der Nuten angeordnet.
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Vor dem Einsetzen in die Bohrung wird der Ring in einem nicht komprimierten Zustand angeordnet, d. h. einem freien Zustand, und umfasst einen nicht komprimierten Durchmesser, der größer als ein Durchmesser der Bohrung ist. Um die Kolbenbaugruppe in die Bohrung einzusetzen, wird der Ring komprimiert, um einen Durchmesser auszubilden, der kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist. Nach dem Einsetzen dehnt sich der Ring radial in Kontakt zur Bohrung aus.
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Der Ring ist aus der Nut heraus und in anliegenden Eingriff mit der Bohrung radial ausdehnbar. Der Ring dichtet gegen die Oberfläche der Bohrung ab, wenn sich die Kolbenbaugruppe in der Bohrung hin- und herbewegt. Es kann aber immer noch Öl durch den Ringspalt an dem Ring vorbei oder an der Grenzfläche zwischen Ring und der Bohrung austreten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Kolbenbaugruppe für einen Motor eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Kolbenbaugruppe umfasst einen ringförmigen Körper mit einer Außenseitenfläche, die eine Nut ausbildet. In der Nut ist eine Ringbaugruppe angeordnet. Die Ringbaugruppe umfasst einen ersten Kompressionsring und einen zweiten Kompressionsring. Der erste Kompressionsring umfasst eine Außenfläche des ersten Rings, die einen Außendurchmesser des ersten Rings ausbildet. Der zweite Kompressionsring ist benachbart zu dem ersten Kompressionsring aufgelegt und umfasst eine Außenfläche des zweiten Rings, die einen Außendurchmesser des zweiten Rings ausbildet. Wenn sowohl der erste Kompressionsring als auch der zweite Kompressionsring in einem radial nicht komprimierten Zustand angeordnet sind, ist der Außendurchmesser des zweiten Rings größer als der Außendurchmesser des ersten Rings.
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Es wird auch eine Ringbaugruppe für einen Kolben eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Ringbaugruppe umfasst einen ersten Kompressionsring und einen zweiten Kompressionsring. Der erste Kompressionsring umfasst eine Außenfläche des ersten Rings, die einen Außendurchmesser des ersten Rings ausbildet. Der zweite Kompressionsring ist benachbart zu dem ersten Kompressionsring aufgelegt und umfasst eine Außenfläche des zweiten Rings, die einen Außendurchmesser des zweiten Rings ausbildet. Sowohl der erste Kompressionsring als auch der zweite Kompressionsring sind zur Anordnung in einer einzelnen Nut, die durch einen ringförmigen Körper eines Kolbens ausgebildet ist, ausgelegt. Wenn sowohl der erste Kompressionsring als auch der zweite Kompressionsring in einem radial nicht komprimierten Zustand angeordnet sind, ist der Außendurchmesser des zweiten Rings größer als der Außendurchmesser des ersten Rings.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Verbrennungsmotors.
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2 ist eine schematische Teilquerschnittansicht einer Kolbenbaugruppe des Motors.
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3 ist eine schematische Querschnittansicht einer Kolbenbaugruppe entlang der in 2 gezeigten Schnittlinie 3-3, die eine Ringbaugruppe in einem nicht komprimierten Zustand zeigt.
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4 ist eine schematische Querschnittansicht der in einer Bohrung des Motors angeordneten Kolbenbaugruppe, die die Ringbaugruppe in einem komprimierten Zustand zeigt.
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5 ist eine schematische Querschnittansicht eines Positionierungsmechanismus für die Ringbaugruppe.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass Begriffe wie ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”nach oben”, ”nach unten”, ”oben”, ”unten” etc. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und nicht Einschränkungen des durch die beigefügten Ansprüche dargelegten Schutzumfangs der Erfindung darstellen.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen in den gesamten mehreren Ansichten gleiche Teile bezeichnen, ist bei 20 ein Motor allgemein gezeigt. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst der Motor 20 einen Block 22, der mindestens eine Bohrung 24 ausbildet, und eine Kolbenbaugruppe 26, die in jeder der Bohrungen 24 beweglich angeordnet ist. Der Motor 20 kann einen Verbrennungsmotor 20 mit 4, 6, 8 oder 10 Bohrungen 24 umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, wobei jede Bohrung 24 darin eine Kolbenbaugruppe 26 lagert. Die Kolbenbaugruppen 26 bewegen sich während der Zünd-/Auslassabläufe des Motors 20 in den Bohrungen 24 wie bekannt hin und her. Die Bohrungen 24 können einen beliebigen Durchmesser umfassen, der für die bestimmte Größe und/oder geplante Nutzung des Motors 20 geeignet ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 umfasst die Kolbenbaugruppe 26 einen ringförmigen Körper 28 mit einer entlang einer Längsachse 30 angeordneten Mitte. Der ringförmige Körper 28 umfasst eine Außenseitenfläche 32, die mindestens eine Nut 34 ausbildet, die umlaufend um den ringförmigen Körper 28 angeordnet und konzentrisch zu der Längsachse 30 ist. Typischerweise und wie gezeigt umfasst der ringförmige Körper 28 drei Nuten 34, die entlang der Längsachse 30 axial voneinander beabstandet sind. Es versteht sich aber, dass die Anzahl der Nuten 34 von der hierin gezeigten und beschriebenen abweichen kann.
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Die Kolbenbaugruppe 26 umfasst weiterhin mindestens eine Ringbaugruppe 36, wobei eine Ringbaugruppe 36 in jeder der Nuten 34 angeordnet ist. Demgemäß versteht sich, dass die Kolbenbaugruppe 26 eine entsprechende Anzahl an Ringbaugruppen 36 und Nuten 34 umfasst. Wie in 2 und 4 gezeigt bildet der ringförmige Körper 28 drei Nuten 34 aus, wobei in jeder Nut 34 eine separate Ringbaugruppe 36 angeordnet ist. Es versteht sich aber, dass die Gesamtanzahl an Nuten 34 und Ringbaugruppen 36 von der in den Figuren gezeigten und hierin beschriebenen abweichen kann.
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Die Ringbaugruppe 36 umfasst einen ersten Kompressionsring 38 und einen zweiten Kompressionsring 40. Der erste Kompressionsring 38 und der zweite Kompressionsring 40 liegen zueinander benachbart in anliegendem Eingriff übereinander, z. B. einer auf dem anderen. Der erste Kompressionsring 38 ist vorzugsweise und wie gezeigt über dem zweiten Kompressionsring 40 angeordnet, wie in den Figuren ersichtlich ist. Die relativen Positionen des ersten Kompressionsrings 38 und des zweiten Kompressionsrings 40 können aber ausgetauscht werden. Sowohl der erste Kompressionsring 38 als auch der zweite Kompressionsring 40 sind in einer einzelnen Nut 34 angeordnet, die durch den ringförmigen Körper 28 ausgebildet ist. Demgemäß versteht sich, dass die Nut 34 axial entlang der Längsachse 30 so bemessen ist, dass sie sowohl den ersten Kompressionsring 38 als auch den zweiten Kompressionsring 40 aufnimmt.
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Vor dem Einsetzen der Kolbenbaugruppe 26 in die Bohrung 24 des Motors 20 werden der erste Kompressionsring 38 und der zweite Kompressionsring 40 wie in 2 gezeigt in einem radial nicht komprimierten Zustand, d. h. einem freien Zustand, angeordnet. Nach Einsetzen in die Bohrung 24 werden der erste Kompressionsring 38 und der zweite Kompressionsring 40 in einem radial komprimierten Zustand angeordnet und spannen sich nach außen weg von dem ringförmigen Körper 28 und in Eingriff mit einer Oberfläche der Bohrung 24 vor, um gegen die Bohrung 24 abzudichten, wie etwa in 4 gezeigt ist.
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Der erste Kompressionsring 38 umfasst eine Außenfläche 42 des ersten Rings, die einen Außendurchmesser 44 des ersten Rings ausbildet. Der Außendurchmesser 44 des ersten Rings ist der Außendurchmesser des ersten Kompressionsrings 38, ob in dem komprimierten Zustand oder dem unkomprimierten Zustand. Demgemäß ändert sich die Größe des Außendurchmessers 44 des ersten Rings, wenn sich der erste Kompressionsring 38 zwischen der komprimierten Stellung und der unkomprimierten Stellung ausdehnt und/oder zusammenzieht. Der zweite Kompressionsring 40 umfasst eine Außenfläche 46 des zweiten Rings, die einen Außendurchmesser 48 des zweiten Rings ausbildet. Der Außendurchmesser 48 des zweiten Rings ist der Außendurchmesser des zweiten Kompressionsrings 40, ob in dem komprimierten Zustand oder dem unkomprimierten Zustand. Demgemäß ändert sich die Größe des Außendurchmessers 48 des zweiten Rings, wenn sich der zweite Kompressionsring 40 zwischen der komprimierten Stellung und der unkomprimierten Stellung ausdehnt und/oder zusammenzieht.
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Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der erste Kompressionsring 38 einen ersten Ringeinschnitt 50, der einen ersten Ringspalt 52 ausbildet. Der erste Ringspalt 52 erstreckt sich radial über den ersten Kompressionsring 38. Somit umfasst der erste Kompressionsring 38 senkrecht zu der Längsachse 30 eine nicht durchgehende, im Wesentlichen kreisartige Form. Der erste Ringeinschnitt 50 in dem ersten Kompressionsring 38 lässt die radiale Kompression des ersten Kompressionsrings 38 von dem nicht komprimierten Zustand in den komprimierten Zustand zu. Vorzugsweise liegt der erste Ringspalt 52 abhängig von der spezifischen Anwendung der Ringbaugruppe zwischen dem Bereich von 3,0 mm und 18 mm, wenn sich der erste Kompressionsring 38 in dem nicht komprimierten Zustand befindet.
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Der zweite Kompressionsring 40 umfasst einen zweiten Ringeinschnitt 54, der einen zweiten Ringspalt 56 ausbildet. Der zweite Ringspalt 56 erstreckt sich radial über den zweiten Kompressionsring 40. Somit umfasst der zweite Kompressionsring 40 senkrecht zu der Längsachse 30 eine nicht durchgehende, im Wesentlichen kreisartige Form. Der zweite Ringeinschnitt 54 in dem zweiten Kompressionsring 40 lässt die radiale Kompression des zweiten Kompressionsrings 40 von dem nicht komprimierten Zustand in den komprimierten Zustand zu. Vorzugsweise liegt der zweite Ringspalt 56 abhängig von der spezifischen Anwendung der Ringbaugruppe zwischen dem Bereich von 3,5 mm und 25 mm, wenn sich der zweite Kompressionsring 40 in dem nicht komprimierten Zustand befindet.
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Wenn sich sowohl der erste Kompressionsring 38 als auch der zweite Kompressionsring 40 in dem radial nicht komprimierten Zustand befinden, wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist der zweite Ringspalt 56 größer oder gleich dem ersten Ringspalt 52 und der Außendurchmesser 48 des zweiten Rings ist größer oder gleich dem Außendurchmesser 44 des ersten Rings. Vorzugsweise ist der zweite Ringspalt 56 um einen Wert zwischen dem Bereich von 0,5 mm und 7,0 mm größer als der erste Ringspalt 52, wenn sowohl der zweite Kompressionsring 40 als auch der erste Kompressionsring 38 in dem unkomprimierten Zustand angeordnet sind. Wenn sowohl der erste Kompressionsring 38 als auch der zweite Kompressionsring 40 in dem radial komprimierten Zustand in der Bohrung 24 angeordnet sind, kann der erste Ringspalt 52 gleich dem zweiten Ringspalt 56 sein, muss es aber nicht sein, und der Außendurchmesser 48 des zweiten Rings ist wie in 4 gezeigt gleich dem Außendurchmesser 44 des ersten Rings.
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Der erste Kompressionsring 38 umfasst eine mit einer Breite des ersten Federspalts in Verbindung stehende radiale Federspannung, wenn der erste Kompressionsring 38 in dem radial nicht komprimierten Zustand angeordnet ist. Die Federspannung des ersten Kompressionsrings 38 nimmt mit einer Zunahme der Breite des ersten Ringspalts 52 zu. Der zweite Kompressionsring 40 umfasst analog eine mit einer Breite des zweiten Federspalts in Verbindung stehende radiale Federspannung, wenn der zweite Kompressionsring 40 in dem radial nicht komprimierten Zustand angeordnet ist. Die Federspannung des zweiten Kompressionsrings 40 nimmt mit einer Zunahme der Breite des zweiten Ringspalts 56 zu. Vorzugsweise ist der zweite Ringspalt 56 größer als der erste Ringspalt 52. Der zweite Kompressionsring 40 kann, muss aber nicht, eine höhere radiale Federspannung als der erste Kompressionsring 38 umfassen.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind der erste Ringspalt 52 und der zweite Ringspalt 56 relativ zueinander und um die Längsachse 30 in einer nicht überlagernden Ausrichtung im Winkel versetzt. Daher sind der erste Ringspalt 52 und der zweite Ringspalt 56 nicht in direkter Fluidverbindung miteinander positioniert, wodurch ein Austreten von Fluid durch den ersten Ringspalt 52 bzw. den zweiten Ringspalt 56 am ersten Kompressionsring 38 und am zweiten Kompressionsring 40 vorbei verhindert wird.
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Die Ringbaugruppe 36 kann einen Positionierungsmechanismus 58 umfassen. Der Positionierungsmechanismus 58 ist zum Sichern der nicht überlagernden Ausrichtung zwischen dem ersten Ringspalt 52 und dem zweiten Ringspalt 56 ausgelegt. Der Positionierungsmechanismus 58 stellt sicher, dass der erste Kompressionsring 38 und der zweite Kompressionsring 40 nicht um die Längsachse 30 in eine Position drehen, in der sich der erste Ringspalt 52 und der zweite Ringspalt 56 gegenseitig überlagern würden. Der Positionierungsmechanismus 58 kann einen beliebigen Mechanismus umfassen, der eine radial relative Bewegung zwischen dem ersten Kompressionsring 38 und dem zweiten Kompressionsring 40 zulassen ist kann, während er eine relative Winkelbewegung zwischen dem ersten Kompressionsring 38 und dem zweiten Kompressionsring 40 begrenzt. Unter Bezugnahme auf 5 kann zum Beispiel ein Stift 60 an einem von erstem Kompressionsring 38 und zweitem Kompressionsring 40 angebracht sein und sich in einen radialen Schlitz 62 erstrecken, der durch den anderen von erstem Kompressionsring 38 und zweitem Kompressionsring 40 ausgebildet ist. Die Wechselwirkung zwischen dem Stift 60 und dem radialen Schlitz 62 ermöglicht es dem ersten Kompressionsring 38 und dem zweiten Kompressionsring 40, sich radial zueinander zu bewegen, wodurch ein Ausdehnen und/oder Zusammenziehen zwischen dem komprimierten Zustand und dem nicht komprimierten Zustand ermöglicht wird, während eine relative Drehung zwischen dem ersten Kompressionsring 38 und dem zweiten Kompressionsring 40 bei Anordnung in der Nut 34 des ringförmigen Körpers 28 begrenzt wird. Es versteht sich, dass der in 5 gezeigte und beschriebene Positionierungsmechanismus 58 lediglich beispielhaft ist und dass der Positionierungsmechanismus 58 irgendeinen anderen geeigneten Mechanismus umfassen kann.
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Unter Bezugnahme auf 5 legt der erste Kompressionsring 38 eine erste radiale Breite 64 fest. Die erste radiale Breite 64 ist die relativ zu der Längsachse 30 senkrecht gemessene Breite von Material zwischen einem Innenradius 66 des ersten Kompressionsrings 38 und einem Außenradius 68 des ersten Kompressionsrings 38. Der zweite Kompressionsring 40 legt eine zweite radiale Breite 70 fest. Die zweite radiale Breite 70 ist die relativ zu der Längsachse 30 senkrecht gemessene Breite von Material zwischen einem Innenradius 72 des zweiten Kompressionsrings 40 und einem Außenradius 74 des zweiten Kompressionsrings 40. Die erste radiale Breite 64 des ersten Kompressionsrings 38 ist größer oder gleich der zweiten radialen Breite 70 des zweiten Kompressionsrings 40. Vorzugsweise ist die erste radiale Breite 64 um mindestens gleich 0,1 mm größer als die zweite radiale Breite 70.
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Die vorstehend beschriebene zweiteilige Ringbaugruppe 36 sieht gegenüber dem standardmäßigen einteiligen Kompressionsring eine verbesserte Leistung vor. Da der zweite Ringspalt 56 größer als der erste Ringspalt 52 ist und die zweite radiale Breite 70 kleiner als die erste radiale Breite 64 ist, ist die Ringanpassbarkeit des zweiten Kompressionsrings 40 höher als die Ringanpassbarkeit des ersten Kompressionsrings 38, um besser gegen die Oberfläche der Bohrung 24 abzudichten. Die größere erste radiale Breite 64 des ersten Kompressionsrings 38 dient dazu sicherzustellen, dass die Ringbaugruppe 36 während Betrieb nicht kollabiert. Die größere erste radiale Breite 64 des ersten Kompressionsrings 38 vergrößert bei Aufliegen auf dem zweiten Kompressionsring 40 die Lagerfläche an der oberen Flanke des zweiten Kompressionsrings 40, um während des Einsetzens der Kolbenbaugruppe 26 in die Bohrung 24 des Motors 20 ein ”Heraushüpfen” des Rings zu verhindern. Da der erste Kompressionsring 38 und der zweiten Kompressionsring 40 zueinander benachbart angeordnet sind, wobei z. B. der erste Kompressionsring 38 oben auf dem zweiten Kompressionsring 40 angeordnet ist, der erste Ringspalt 52 und der zweite Ringspalt 56 in der nicht überlagernden Ausrichtung positioniert sind, kann weiterhin jedes Spaltaustreten durch den ersten Ringspalt 52 und/oder den zweiten Ringspalt 56 verringert und/oder eliminiert werden.
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Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
