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Die Erfindung betrifft einen Kolbenring entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Zylinderlaufbuchse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und eine Gleitpaarung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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Aus der
DE 10 2010 046 552 A1 ist ein Kolbenring bekannt, wobei der Kolbenring in eine Kolbenringnut eines Kolbens eines Verbrennungsmotors einsetzbar ist und wobei der Kolben entlang einer Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse des Verbrennungsmotors verfahrbar ist und wobei der Kolbenring eine der Kolbenringnut zugewandte Innenfläche, eine der Innenfläche gegenüberliegende Außenfläche und zwei gegenüberliegende, die Innenfläche und die Außenfläche verbindende Seitenflächen umfasst. Zur Minimierung eines Verschleißes einer durch die Lauffläche der Zylinderlaufbuchse gebildeten Gegenlauffläche wird in der
DE 10 2010 046 552 A1 vorgeschlagen, in lokale Ausnehmungen des Kolbenrings einen verschleißfesten Werkstoff einzubringen. Das gezielte Einbringen von verschleißfesten Werkstoffen ist fertigungstechnisch aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist neben einer fertigungstechnisch einfach erzielbaren Erreichung eines leicht laufenden Kolbenrings bzw. einer einen geringen Reibwiderstand aufweisenden Lauffläche der Zylinderlaufbuchse bzw. geringer Reibwerte zwischen Kolbenring und Lauffläche der Zylinderlaufbuchse auch eine Optimierung eines Ölhaushalts im Sinne einer optimierten abrissfreien Schmierung bei minimalem Ölverbrauch.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 2 bzw. 3 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Kolbenring umfasst mehrere an seiner Außenfläche systematisch angeordnete offene ölaufnehmende und/oder ölmitnehmende Vertiefungen. Ein derartiger Kolbenring ist mit wenigen verschiedenen Fertigungsschritten herstellbar, da in diesen zur Herstellung einer Schmieröl aufnehmenden und Schmieröl mitnehmenden Außenfläche lediglich Vertiefungen eingebracht werden müssen und nach dem Einbringen der Vertiefungen keine weiteren Fertigungsschritte erforderlich sind. Durch die Schmieröl aufnehmenden und Schmieröl mitnehmenden Eigenschaften, welche der Kolbenring durch die Vertiefungen erhält, wird dieser bei einer Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu einem leicht laufenden und deshalb geringen Verschließ aufweisenden Kolbenring, welcher durch seine Eigenschaften mit vorhandenem Schmieröl dahingehende besonders sparsam umgeht, dass dieses im Bereich des Kolbenrings gehalten und von diesem auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse verteilt wird.
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Die erfindungsgemäße Zylinderlaufbuchse eines Verbrennungsmotors umfasst mehrere an ihrer Lauffläche systematisch angeordnete offene ölaufnehmende und/oder ölhaltende Vertiefungen. Eine derartige Zylinderlaufbuchse ist mit wenigen verschiedenen Fertigungsschritten herstellbar, da in deren Lauffläche zur Herstellung einer Schmieröl aufnehmenden und Schmieröl haltenden Oberfläche lediglich Vertiefungen eingebracht werden müssen und nach dem Einbringen der Vertiefungen keine weiteren Fertigungsschritte erforderlich sind. Durch die Eigenschaften, welche die Zylinderlaufbuches durch die Vertiefungen erhält, wird diese bei einer Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu einer geringe Reibwerte für auf dieser laufende Kolbenringe aufweisenden Zylinderlaufbuchse, welcher durch ihre ölaufnehmenden und ölhaltenden Eigenschaften mit vorhandenem Schmieröl dahingehende besonders sparsam umgeht, dass dieses im Bereich ihrer Lauffläche gehalten wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Gleitpaarung, welche wenigstens einen Kolbenring und eine Zylinderlaufbuchse umfasst, umfasst der Kolbenring mehrere an seiner Außenfläche systematisch angeordnete offene ölaufnehmende und/oder ölmitnehmende Vertiefungen und/oder umfasst eine Lauffläche der Zylinderlaufbuchse mehrere an ihrer Lauffläche systematisch angeordnete offene ölaufnehmende und/oder ölhaltende Vertiefungen. Alle drei Varianten derartiger Gleitpaarungen sind sowohl im Hinblick auf den Kolbenring als auch im Hinblick auf die Zylinderlaufbuchse mit wenigen verschiedenen Fertigungsschritten herstellbar, da zur Herstellung der speziellen Außenfläche bzw. der speziellen Lauffläche lediglich Vertiefungen eingebracht werden müssen und nach dem Einbringen der Vertiefungen keine weiteren Fertigungsschritte erforderlich sind. Durch die Eigenschaften, welche die Bauteile in Bezug auf das Schmieröl erhalten, wird die Paarung aus Kolbenring und Lauffläche der Zylinderlaufbuchse zu einer Gleitpaarung, welche besonders reibungsarm läuft und mit dem Schmieröl sparsam umgeht, da dieses gezielt im Bereich der Lauffläche gehalten wird. Hierbei stellen sich die genannten Vorteile sowohl bei einer entsprechenden Ausbildung des Kolbenrings als auch bei einer entsprechenden Ausbildung der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse als auch bei einer entsprechenden Ausbildung von Kolbenring und Lauffläche ein.
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Bei der Gleitpaarung ist es vorgesehen, dass diese bis zu drei Kolbenringe umfasst, wobei wenigstens einer der Kolbenringen Vertiefungen umfasst.
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Sofern die Gleitpaarung nur einen Kolbenring umfasst, ist dieser mit Vertiefungen ausgestattet und gewährleistet so einen reibungsarmen und ölsparenden Lauf der Paarung.
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Sofern die Gleitpaarung zwei Kolbenringe umfasst ist bzw. sind entweder der obere Kolbenring oder der unter Kolbenring oder beide Kolbenringe mit Vertiefungen ausgestattet. Sofern nur der oberen Kolbenring Vertiefungen aufweist ist insbesondere ein die Abgaswerte verschlechternder Ölverlust in den Brennraum minimiert. Sofern nur der unter Kolbenring Vertiefungen aufweist ist eine optimale Versorgung des oberen Kolbenrings sicher gestellt, da der untere Kolbenring an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse einen abrissfreien Schmierfilm gewährleistet, welcher vom oberen Kolbenring überstrichen wird und zu dessen Versorgung dient. Sofern beide Kolbenringe mit Vertiefungen ausgestattet sind, akkumulieren sich die genannten Vorteile.
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Sofern die Gleitpaarung drei Kolbenringe umfasst ist bzw. sind entweder der obere Kolbenring oder der unter Kolbenring oder der mittlere Kolbenring oder die beiden oberen Kolbenringe oder die beiden unteren Kolbenringe oder der obere und der untere Kolbenring oder alle drei Kolbenringe mit Vertiefungen ausgestattet. Bezüglich einer Ausstattung des oberen und/oder des unteren Kolbenrings mit Vertiefungen kann auf die oben zu einer Gleitpaarung mit zwei Kolbenringen ausgeführten Vorteile verwiesen werden. Durch eine alleinige Ausstattung des mittleren Kolbenrings mit Vertiefungen ist eine Versorgung des oberen Kolbenrings bei gleichzeitigem Leichtlauf des Kolbens sicher gestellt. Durch eine Ausstattung aller drei Kolbenringe mit Vertiefungen ist eine Leichtlauf, eine Ölversorgung, ein durchgängig abrissfreier Ölfilm auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse und ein geringer Ölverbrauch gewährleistet.
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Weiterhin ist es bei dem Kolbenring bzw. der Lauffläche der Zylinderlaufbuche bzw. bei der Gleitpaarung vorgesehen, die systematisch angeordneten Vertiefungen mit einem Laser zu erzeugen. Hierdurch können in hoher Geschwindigkeit beliebig geformte Vertiefungen in die Außenfläche des Kolbenrings eingebracht werden.
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Bei der Zylinderlaufbuchse bzw. der Gleitpaarung ist es vorgesehen, die Zylinderlaufbuchse im Bereich ihrer Lauffläche mit Druckeigenspannungen auszubilden, wobei der Bereich der Lauffläche insbesondere druckverfestigt und/oder druckgeglättet ist. Durch eine Zylinderlaufbuchse mit einer derartigen Oberfläche ist die gesamte Gleitpaarung fertigungstechnisch einfach herstellbar, da auf ein aufwendiges Honen der Zylinderlaufbuchse verzichtet werden kann und die Zylinderlaufbuchse in einem Roll- oder Walzverfahren mit geringerem Aufwand eine für Kolbenringe mit Vertiefungen optimale Lauffläche erhält oder eine für eine Einbringung von Vertiefungen optimal vorbereitete Oberfläche erhält. Durch die Druckverfestigung wird an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse eine Minimierung des Verschleißes und der Reibung erzielt. Sofern die Lauffläche auch eine systematische Strukturierung durch Vertiefungen umfasst, wird deren Ölhaltevermögen durch diese verbessert, wobei die ölgefüllten Vertiefungen insbesondere auch als Schwimmpolster für den oder die Kolbenringe dienen, so dass der oder die Kolbenringe mit besonders geringer Reibung und besonders geringem Verschleiß auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse gleiten.
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Bei dem Kolbenring und bei der Gleitpaarung umfasst die Außenfläche des Kolbenrings einen der Lauffläche nahen Gleitbereich, einen über dem Gleitbereich liegenden, brennraumnahen Stirnbereich und/oder einen unter dem Gleitbereich liegenden brennraumfernen Stirnbereich oder umfasst die Außenfläche des Kolbenrings zwei der Lauffläche nahe Gleitbereiche und einen zwischen diesen liegenden Rücksprung. Durch entsprechende Geometrien der Außenfläche des Kolbenrings lässt sich dieser für die unterschiedlichen Einsatzzwecke als oberer Kolbenring, unterer Kolbenring oder mittlerer Kolbenring optimieren.
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Zur weiteren Optimierung des Kolbenrings bzw. der Gleitpaarung ist es vorgesehen, die Vertiefungen auf dem Gleitbereich der Außenfläche auszubilden und/oder die Vertiefungen auf dem oberen Stirnbereich der Außenfläche auszubilden und/oder die Vertiefungen auf dem unteren Stirnbereich der Außenfläche auszubilden. Durch eine Anordnung der Vertiefungen auf dem Gleitbereich wird insbesondere das Gleitverhalten positiv beeinflusst. Dies gilt besonders dann, wenn die Vertiefungen das Schmieröl aufnehmen und hierdurch vor der Vertiefung und über die Geometrie der Außenfläche des Kolbenrings vorstehende Ölpolster oder Ölkissen bilden, welche zusammen mit den Vertiefungen bewegt werden. Durch eine Anordnung der Vertiefungen auf dem Randbereich wird insbesondere ein Ölmitnahmeverhalten und eine Ölverteilungsverhalten positiv beeinflusst.
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Weiterhin ist es vorgesehen, den Kolbenring bzw. den Kolbenring der Gleitpaarung an seiner Außenfläche gewölbt bzw. balig auszuführen und als kreisringähnlichen Ring auszubilden. Ein derartiger Kolbenring bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten für die Anordnung von Vertiefungen und erlaubt durch den stetigen Übergang zwischen Stirnbereich und Gleitbereich eine feine Abstimmung des Kolbenrings auf die Anforderungen. Es ist auch vorgesehen, den Kolbenring bzw. den Kolbenring der Gleitpaarung an seiner Außenfläche mit einem Gleitbereich und einem Stirnbereich auszubilden, wobei die beiden Bereiche in einem Winkel kleiner 180° zueinander stehen und der Gleitbereich und die Lauffläche einen kleineren Winkel miteinander einschließen als der Stirnbereich und die Lauffläche. Eine derartige Gestaltung ist insbesondere für einen als Minutenring zum Einsatz kommenden Kolbenring von Vorteil.
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Bezüglich des Kolbenrings bzw. bezüglich der Laufbuchse bzw. bezüglich der Gleitpaarung ist es vorgesehen, die einzelne Vertiefung an der Außenfläche des Kolbenrings in Umfangsrichtung des Kolbenrings und/oder an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in Umfangsrichtung der Zylinderlaufbuchse mit einer Länge zwischen 0,1 mm und 10 mm und insbesondere mit eine Länge kleiner 1 mm auszubilden und/oder die einzelne Vertiefung an der Außenfläche des Kolbenrings in radialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse des Kolbenrings und/oder an der Lauffläche der Zylinderbuchse in radialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse der Zylinderlaufbuchse mit einer Tiefe zwischen 0,001 mm und 1 mm und insbesondere mit einer Tiefe kleiner 0,1 mm auszubilden und/oder die einzelne Vertiefung an der Außenfläche des Kolbenrings in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse des Kolbenrings und/oder an der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in radialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse der Zylinderlaufbuchse mit einer Breite zwischen 0,01 mm und 1 mm und insbesondere einer Breite kleiner 0,1 mm auszubilden und/oder einen Abstand, welchen benachbarte Vertiefungen der Außenfläche des Kolbenrings in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse des Kolbenrings zueinander aufweisen und/oder welchen benachbarte Vertiefungen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse der Zylinderlaufbuchse aufweisen, in einer Größe von 0,1 mm und 10 mm und insbesondere einer Größe von weniger als 1 mm vorzusehen und/oder einen Abstand, welchen benachbarte Vertiefungen der Außenfläche des Kolbenrings bezogen auf eine Mittelachse des Kolbenrings in radialer Richtung zueinander aufweisen und/oder welche benachbarte Vertiefungen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse in axialer Richtung bezogen auf eine Mittelachse des Zylinderlaufbuchse zueinander aufweisen, zwischen 0,1 mm und 10 mm zu bemessen und insbesondere mit weniger als 1 mm zu bemessen. Mit den angegeben Abmessungen lassen sich Vertiefungen ausbilden, welche bei größerem Volumen zunehmend ölaufnehmende und bei kleinerem Volumen zunehmen ölmitnehmende bzw. ölhaltende Eigenschaften ausweisen.
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Weiterhin ist es bei dem Kolbenring bzw. bei der Zylinderlaufbuchse bzw. bei der Gleitpaarung vorgesehen, die auf der Außenfläche des Kolbenrings angeordneten Vertiefungen und/oder die auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse angeordneten Vertiefungen bezüglich ihrer Länge und/oder bezüglich ihrer Tiefe und/oder bezüglich ihrer Breite identisch auszuführen und diese insbesondere mit identischen Öffnungsquerschnitte zu realisieren. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Kolbenring auf seiner gesamten Außenfläche bzw. die Zylinderlaufbuchse auf ihrer gesamten Lauffläche ähnlich Eigenschaften aufweist.
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Hinsichtlich des Kolbenrings bzw. der Zylinderlaufbuchse bzw. der Gleitpaarung ist es auch vorgesehen, dass die auf wenigstens einer Kreisbahn angeordneten Vertiefungen oder alle auf der Außenfläche des Kolbenrings angeordneten Vertiefungen und/oder die auf wenigstens einer Kreisbahn angeordneten oder alle auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse angeordneten Vertiefungen bezüglich ihres Ölaufnahmevolumens identisch sind. Hierdurch werden über den gesamten Umfang verteilt ebenfalls vergleichbare Eigenschaften gewährleistet Schließlich ist es vorgesehen, die Gleitpaarung mit einem als Schmierölvolumen dienenden Ölvolumen auszustatten, wobei dieses Ölvolumen zu einem Teil von den Vertiefungen des oder der Kolbenringe und/oder von den Vertiefungen der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse aufgenommen ist, zu einem weiteren Teil insbesondere als Schmierfilm auf der Lauffläche der Zylinderlaufbuchse liegt und zu einem weiteren Teil insbesondere auf der Außenfläche des oder der Kolbenringe liegt. Mit einer derartigen betriebsfertigen Gleitpaarung wird ein verschleißarmer und reibungsarmer Betrieb der Gleitpaarung ermöglicht.
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Unter einem Ölvolumen bzw. einem Ölfilm wird im Sinne der Erfindung ein Schmierölfilm bzw. ein Schmierölvolumen verstanden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen dabei
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1a einen schematischen Schnitt durch einen Verbrennungsmotor;
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1b eine vergrößerte Darstellung des in der 1a gezeigten oberen Kolbenrings;
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1c eine vergrößerte Darstellung des in der 1a gezeigten unteren Kolbenrings;
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2a, 2b eine perspektivischer Ansicht eines dritten Kolbenrings und eine Detailansicht des dritten Kolbenrings;
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3a, 3b eine perspektivischer Ansicht eines vierten Kolbenrings und eine Detailansicht des vierten Kolbenrings;
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4a, 4b eine perspektivischer Ansicht eines fünften Kolbenrings und eine Detailansicht des fünften Kolbenrings;
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5a–5e Ansichten auf Außenflächen weiterer Kolbenringe in abgewickelter Darstellung;
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6a–6d weitere Ansichten des in den 2a und 2b gezeigten dritten Kolbenrings;
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7a, 7b Ansichten auf Außenflächen weiterer Kolbenringe in abgewickelter Darstellung;
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7c eine abgewickelte Draufsicht auf die in der 1a gezeigte Lauffläche;
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8a, 8b Detailansichten eines 13. Kolbenrings und
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9a. 9b Detailansichten eines 14. Kolbenrings.
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1a zeigt in geschnittener Seitenansicht ein Detail eines Verbrennungsmotors 1. In der Detailansicht ist eine Zylinderwand 2 dargestellt, welche eine Zylinderlaufbuchse 3 trägt. Gegenüber einer Lauffläche 4 der Zylinderlaufbuchse 3 ist ein Kolben 5 gezeigt, welcher zwei Kolbenringnuten 6, 7 umfasst, in welchen jeweils ein Kolbenring 8, 9 sitzt. Die beiden Kolbenringe 8, 9 liegen mit Außenflächen 8a, 9a der Lauffläche 4 gegenüber. Bei einer Bewegung des Kolbens 5 in die Pfeilrichtung x in Richtung eines Brennraums 10 und bei einer Bewegung des Kolbens 5 in die Pfeilrichtung x' in Richtung eines Kurbelgehäuses 11 gleitet der Kolben 5 mit den Außenflächen 8a, 9a seiner Kolbenringe 8, 9 auf einem auf der Lauffläche 4 befindlichen Ölfilm 12. Der Ölfilm 12 ist Bestandteil eines in dem Verbrennungsmotor 1 befindlichen Ölvolumens 13, welches zur Schmierung zur Verfügung steht. Der Kolbenring 8 und der Kolbenring 9 bilden jeweils eine Gleitpaarung GP mit der Zylinderlaufbuchse 3, wobei der Kolbenring 8 bzw. 9 mit seiner Außenfläche 8a bzw. 9a auf der Lauffläche 4 der Zylinderlaufbuchse 3 unter Zwischenlage eines Ölfilms 12 gleitet.
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1b zeigt den oberen Kolbenring 8 in vergrößerter Darstellung und mit mehr Details, wobei bei der Darstellung des Kolbenrings 8 auf einer Schraffur der geschnittenen Fläche zur Erhaltung der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Neben der bereits erwähnten Außenfläche 8a umfasst der Kolbenring 8 auch eine Innenfläche 8b, welche einem Boden 6a der Kolbenringnut 6 (siehe 1a) zugewandt ist. Weiterhin umfasst der Kolbenring 8 noch zwei Seitenflächen 8c und 8d, welche die Innenfläche 8b und die Außenfläche 8a verbinden. Die Außenfläche 8a selbst umfasst einen Gleitbereich 14 einen brennraumnahen Stirnbereich 15a und einen brennraumfernen Stirnbereich 15b. Die Erstreckung der Bereiche 14, 15a und 15b ist in der 1b mit zwei Querstrichen angedeutet. Auf den Stirnbereichen 15a und 15b sind in regelmäßigen Abständen Vertiefungen 16, 17 angeordnet. Durch diese Vertiefungen 16, 17 wird eine Ölmitnahme verbessert und dadurch der Gleitvorgang optimiert.
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1c zeigt den unteren Kolbenring 9 in vergrößerter Darstellung und mit mehr Details, wobei bei der Darstellung des Kolbenrings 9 auf einer Schraffur der geschnittenen Fläche zur Erhaltung der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Neben der bereits erwähnten Außenfläche 9a umfasst der Kolbenring 9 auch eine Innenfläche 9b, welche einem Boden 7a der Kolbenringnut 7 (siehe 1a) zugewandt ist. Weiterhin umfasst der Kolbenring 9 noch zwei Seitenflächen 9c und 9d, welche die Innenfläche 9b und die Außenfläche 9a verbinden. Die Außenfläche 9a selbst umfasst einen Gleitbereich 18 und einen brennraumnahen Stirnbereich 19. Hierbei sind auf dem Gleitbereich 18 in regelmäßigen Abständen Vertiefungen 20 angeordnet. Im Bereich dieser Vertiefungen 20 bilden sich im Betrieb Ölkissen 21, welche den Gleitvorgang verbessern und für eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Kolbenring 9a und der Lauffläche 4 sorgen.
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2a zeigt einen dritten Kolbenring 101 in perspektivischer Ansicht, wobei der Kolbenring 101 zur Vereinfachung der Darstellung als geschlossener Ring gezeigt ist, obwohl dieser als geschlitzter Ring ausgeführt ist.
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2b zeigt den in der 2a mit einem Rechteck markierten Bereich des Kolbenrings 101 in vergrößerter Darstellung. Der Kolbenring 101 weist an seiner Außenfläche 101a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 102 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 103 als auch auf einem unteren Stirnbereich 104 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 105 bzw. 106 auf. Die Vertiefungen 105 und 106 weisen einen lang gezogenen rechteckförmigen Öffnungsquerschnitt Q105 und Q106 auf und sind jeweils in zwei Reihen R105a, R105b bzw. R106a, R106b versetzt zueinander angeordnet, so dass in Bewegungsrichtungen x, x' des Kolbenrings 101 eine Lauffläche einer hier nicht dargestellten Zylinderlaufbuchse wenigstens von einer Vertiefung Reihen R105a, R105b und wenigstens von einer Vertiefung der Reihen R106a, R106b überstrichen wird. Die Vertiefungen 105 weisen in Umfangsrichtung U101 um eine Mittelachse L101 des Kolbenrings 101 (siehe 2a), auf welcher sich auch ein nicht dargestellter Kolben, welcher den Kolbenring 101 trägt, bewegt, eine Länge L105 auf. In radialer Richtung bzw. in die Außenfläche 101a hinein weisen die Vertiefungen eine Tiefe T105 auf. In axialer Richtung x bzw. x', in welche die Mittelachse L101 verläuft, weisen die Vertiefungen eine Breite B105 auf.
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3a zeigt einen vierten Kolbenring 201 in perspektivischer Ansicht, wobei der Kolbenring 201 zur Vereinfachung der Darstellung als geschlossener Ring gezeigt ist, obwohl dieser als geschlitzter Ring ausgeführt ist.
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3b zeigt den in der 3a mit einem Rechteck markierten Bereich des Kolbenrings 201 in vergrößerter Darstellung. Der Kolbenring 201 weist an seiner Außenfläche 201a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 202 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 203 als auch auf einem unteren Stirnbereich 204 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 205 bzw. 206 auf. Die Vertiefungen 205 und 206 weisen einen kreissegmentähnlichen Öffnungsquerschnitt Q205 und Q206 auf und sind jeweils in einer Reihen R205 bzw. R206 mit Abstand aufeinander folgend angeordnet.
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4a zeigt einen fünften Kolbenring 301 in perspektivischer Ansicht.
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4b zeigt den in der 4a mit einem Rechteck markierten Bereich des Kolbenrings 301 in vergrößerter Darstellung. Der Kolbenring 301 weist an seiner Außenfläche 301a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 302 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 303 als auch auf einem unteren Stirnbereich 304 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 305 bzw. 306 auf. Die Vertiefungen 305 und 306 weisen kongruente T-förmige Öffnungsquerschnitte Q305 und Q306 auf und sind jeweils in einer Reihen R305 bzw. R306 mit Abstand aufeinander folgend angeordnet.
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5a zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 401a eines sechsten Kolbenrings 401. Der Kolbenring 401 weist an seiner Außenfläche 401a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 402 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 403 als auch auf einem unteren Stirnbereich 404 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 405 bzw. 406 auf. Die Vertiefungen 405 und 406 sind miteinander jeweils zu zickzacklinienförmigen Vertiefungen kombiniert.
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5b zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 501a eines siebten Kolbenrings 501. Der Kolbenring 501 weist an seiner Außenfläche 501a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 502 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 503 als auch auf einem unteren Stirnbereich 504 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 505 bzw. 506 auf. Die vier Vertiefungen 505 bzw. 506 sind miteinander jeweils zu trapezförmigen Linienzügen kombiniert.
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5c zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 601a eines achten Kolbenrings 601. Der Kolbenring 601 weist an seiner Außenfläche 601a außerhalb eines umlaufenden Gleitbereichs 602 sowohl auf einem oberen Stirnbereich 603 als auch auf einem unteren Stirnbereich 604 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 605 bzw. 606 auf. Die Vertiefungen 605 und 606 sind als Bogenabschnitte ausgeführt, welche sich aneinanderreihen.
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5d zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 701a eines neunten Kolbenrings 701. Der Kolbenring 701 weist an seiner gesamten Außenfläche 701a nämlich sowohl auf seinem Gleitbereich 702 als auch auf seinem oberen Stirnbereich 703 als auch auf seinem unteren Stirnbereich 704 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 705 auf. Die Vertiefungen 705 weisen einen kreisrunden Öffnungsquerschnitt Q705 auf und sind jeweils in vier Reihen R705a bis R705b mit Abstand und versetzt zueinander angeordnet.
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5e zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 801a eines zehnten Kolbenrings 801. Der Kolbenring 801 weist an seiner gesamten Außenfläche 801a nämlich sowohl auf seinem Gleitbereich 802 als auch auf seinem oberen Stirnbereich 803 als auch auf seinem unteren Stirnbereich 804 eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 805 auf. Die Vertiefungen 805 weisen einen lang gezogenen rechteckförmigen bzw. strichförmigen Öffnungsquerschnitt Q805 auf und sind jeweils in vier Reihen R805a bis R805b mit Abstand und versetzt zueinander angeordnet.
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6a zeigt eine Draufsicht auf den in der 2a in vereinfachter perspektivischer Ansicht gezeigten dritten Kolbenring 101, wobei in der Draufsicht nun erkennbar ist, dass der Kolbenring 101 als offener Kolbenring 101 ausgeführt ist, welcher durch einen Schlitz S101 durchbrochen ist.
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6b zeigt einen Schnitt durch die Darstellung der 6a entsprechend der Schnittlinie VIa-VIa. In dieser Ansicht ist wieder die abgerundete Außenfläche 101a des Kolbenrings 101 erkennbar, welcher entsprechend seiner Formgebung als Verdichtungsring bzw. 1. Kolbenring ausgeführt ist.
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6c zeigt das in der 6b mit VIc bezeichnete Detail des Kolbenrings 101 in vergrößerter Ansicht. In dieser Darstellung sind im Schnitt auch die Vertiefungen 105, 106 erkennbar, welche auf der Außenfläche 101a außerhalb des Gleitbereichs 102 im oberen Stirnbereich 103 und im unteren Stirnbereich 104 des Kolbenrings 101 auf kreisringförmigen Bahnen umlaufen.
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6d zeigt eine vergrößerte Ansicht der Außenfläche 101a des Kolbenrings 101 in abgewickelter Darstellung. Die auf dem oberen und dem unteren Stirnbereich 103, 104 angeordneten Vertiefungen 105, 106 sind spiegelsymmetrisch zu dem Gleitbereich 102 ausgebildet. Längen L106 und Breiten B106 der Vertiefungen 106 sind identisch bemessen wie Längen L105 und Breiten B105 (siehe 2b) der Vertiefungen 105.
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7a zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 901a eines elften Kolbenrings 901. Der Kolbenring 901 weist an seiner Außenfläche 901a eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 905 bzw. 906 auf, welche zu einer Mittelachse L901 nach links und nachrechts gerichtet sind. Die Vertiefungen 905 und 906 bilden miteinander sich wiederholende Raster.
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7b zeigt einen abgewickelt dargestellten Abschnitt einer Außenfläche 1001a eines zwölften Kolbenrings 1001. Der Kolbenring 1001 weist an seiner Außenfläche 1001a eine Vielzahl von systematisch angeordneten Vertiefungen 1005 bzw. 1006 auf, welche zu einer Mittelachse L1001 nach links und nachrechts gerichtet sind. Hierbei enden jeweils mehrere nach links gerichtete Vertiefungen 1005 in eine Richtung in einer nach rechts gerichteten Vertiefung 1006.
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7c zeigt eine abgewickelte Draufsicht auf einen Ausschnitt der in der 1a dargestellten Lauffläche 4. Hierbei sind auf der Lauffläche 4 vier Ausführungsvarianten von auf der Lauffläche 4 systematisch angeordneten Vertiefungen 22, 23, 24 und 25 gezeigt, wobei jedes Beispiel zur Abgrenzung gegenüber den anderen Beispielen durch eine Freihandlinie umgeben ist. Bei der ersten Ausführungsvariante sind die Vertiefungen 22 als längliche Vertiefungen ausgeführt, welche quer zu einer Bewegungsrichtung eines nicht dargestellten Kolbens in x- bzw. x'-Richtung ausgerichtet sind. Bei der zweiten Ausführungsvariante sind die Vertiefungen 23 als längliche Vertiefungen ausgeführt, welche in eine Bewegungsrichtung x bzw. x' eines nicht dargestellten Kolbens verlaufen. Bei der dritten und vierten Ausführungsvariante sind die Vertiefungen 24, 25 als längliche Vertiefungen ausgeführt, welche schräg zu einer Bewegungsrichtung eines nicht dargestellten Kolbens in x- bzw. x'-Richtung ausgerichtet sind.
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8a zeigt analog zur Darstellung der 6c ein Detail eines Kolbenrings 111. Der Kolbenring 111 ist als Minutenring ausgebildet, welcher als zweiter Kolbenring zum Einsatz kommt und sowohl die Funktion eines Verdichtungsrings als auch die Funktion eines Ölabstreifrings übernimmt. Eine Außenfläche 111a des Kolbenrings 111 umfasst einen Gleitbereich 112 und einen Stirnbereich 114, wobei diese miteinander – im Schnitt betrachtet – einen Winkel α1 kleiner 180° einschließen und wobei eine Winkel α2, in welchem der Gleitbereich 112 im Schnitt betrachtet zu einer schematische angedeuteten Lauffläche 4 einer nicht weiter dargestellten Zylinderlaufbuchse 3 verläuft kleiner ist als ein Winkel α3, in welchem der Stirnbereich 114 – im Schnitt betrachtet – zu der Lauffläche 4 ausgerichtet ist. In der Schnittdarstellung der 8a ist eine auf dem Gleitbereich 112 ausgebildete Vertiefung erkennbar 115. Diese weist eine Tiefe T115 auf.
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8b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Außenfläche 111a des Kolbenrings 111 in abgewickelter Darstellung. Die auf dem Gleitbereich 112 angeordneten Vertiefungen 115 sind in sich wiederholenden Vierermustern am Umfang des Kolbenrings 111 verteilt in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Durch die Anordnung der Vertiefungen 115 auf dem schräg zu der Lauffläche 4 der Zylinderlaufbuchse 3 stehenden Gleitbereich 112 ist auch bei einem Verschließ des Kolbenrings 111 sichergestellt, dass dieser über seine gesamte Lebensdauer eine hinreichende Anzahl an Vertiefungen 115 aufweist. Ergänzend zu der in der 8a erkennbaren Tiefe T115 der Vertiefungen 115 ist in der 8b noch deren Länge L115 und deren Breite B115 erkennbar, so dass sich ein Volumen einer einzelnen Vertiefung 115 näherungsweise als Volumen eines Quader und damit als Produkt aus Tiefe, Länge und Breite errechnet.
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9a zeigt analog zur Darstellung der 6c ein Detail eines Kolbenrings 121. Der Kolbenring 121 ist als Ölabstreifring ausgebildet, welcher als dritter Kolbenring vorgesehen ist und ausschließlich die Funktion eines Ölabstreifrings übernimmt. Eine Außenfläche 121a des Kolbenrings 121 umfasst zwei beabstandet voneinander angeordnete Gleitbereiche 122a, 122b und einen zwischen den beiden Gleitbereichen liegenden Rücksprung 127. In dem Rücksprung 127 wird abgestreiftes Schmieröl gesammelt und durch eine oder mehrere nicht dargestellte Kanäle in einen Kurbelwellenraum abgeführt.
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9b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Außenfläche 121a des Kolbenrings 121 in abgewickelter Darstellung. Vertiefungen 125, 126 sind ausschließlich auf dem oberen und dem unteren Gleitbereich 122a, 122b ausgebildet. Hierbei bilden auf beiden Gleitbereichen 122a, 122b paarweise und versetzt zueinander angeordnete Vertiefungen 125, 126 sich wiederholende Module des Kolbenrings 121.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010046552 A1 [0002, 0002]
