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Die vorliegende Erfindung betrifft einen spielfreien Ölabstreifring, der einen verbesserten Ölabtransport von abgestreiften Öl gestattet. Der Ölabstreifring liegt dabei im Betrieb immer mit zumindest einem Teil beider Ringflanken an den Kolbenringnutflanken an.
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Bisher sind Ölabstreifringe verschiedenster Bauarten bekannt. Üblicherweise sollen sich Kolbenringe im Betrieb in der Kolbenringnut bewegen, um einen einseitigen Verschleiß an der Stoßstelle zu vermeiden. Es sind weiterhin dreiteilige Ölabstreifringe bekannt. Dreiteilige Ölabstreifringe sind effektiver als herkömmliche einteilige oder zweiteilige Ölabstreifringe, da sie insbesondere unter Bedingungen bei denen im Brennraum ein geringerer Druck als in dem Kurbelgehäuse herrscht einen Ölfilm sicher abstreifen können, da bei ihnen kein Spalt zwischen den Flanken der Kolbenringnut und den Flanken der Abstreifringe besteht. Bei herkömmlichen Ölabstreifringen kann hier aufgrund des Axialspiels Öl durch die Spalten zwischen den Flanken des Kolbenrings und der Kolbenringnut treten und sich unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Brennraum gelangen.
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Dreiteilige Ölabstreifringe zeigen in allen Betriebszuständen eine hervorragende Ölabstreifwirkung, weisen jedoch in Bezug auf eine Herstellung und einen Einbau deutliche Kosten- und Handhabungsnachteile gegenüber herkömmlichen Kolbenringen auf.
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Es ist also wünschenswert einen preisgünstigen ein- oder zweiteiligen Ölabstreifring zur Verfügung zu haben, der es gestattet, eine hervorragende Ölabstreifwirkung auch unter Schubbedingungen zu gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen axial-spielfreien Ölabstreifring bereit, dessen Querschnitt einen Laufflächenschenkel, einen oberen und unteren Kolbenringflankenschenkel umfasst, wobei der obere und/oder der untere Kolbenringflankenschenkel elastisch ist. Der Laufflächenschenkel umfasst mindestens einen Abstreifsteg, der an einer Lauffläche angeordnet ist. Der obere Kolbenringflankenschenkel ist mit dem Laufflächenschenkel verbunden, und seine obere Fläche bildet eine obere Kolbenringflanke. Der untere Kolbenringflankenschenkel ist ebenfalls mit dem Laufflächenschenkel verbunden und seine untere Fläche bildet eine untere Kolbenringflanke. Der obere und/oder der untere Kolbenringflankenschenkel ist elastisch und verjüngt sich in Radialrichtung nach innen, und seine Kolbenringflanke bildet in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Die Kegelfläche steigt in Radialrichtung nach innen an, sodass der erzeugende Kegel der Kollbenringflanken-Kegelstumpffläche, der von der Schnittlinie der Lauffläche und der Kolbenringflanke begrenzt ist, bis zu seiner Spitze nicht eine Ringfläche schneidet, die an einer halben Höhe des Kolbenrings angeordnet ist. Der nicht eingebaute Kolbenring weist zusätzlich eine axiale Höhe auf, die eine Breite einer Kolbenringnut übersteigt für die er bestimmt ist.
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Bevorzugt ist eine beispielhafte Ausführungsform des spielfreien Ölabstreifrings mit einem Abstreifsteg oder einem unteren Abstreifsteg versehen und umfasst weiter Ölkanäle, die unterhalb des einen oder des unteren Abstreifstegs angeordnet sind. Bei Versionen mit nur einem Abstreifsteg ist es notwendig, die Ölkanäle unterhalb des einen Ölabstreifrings anzuordnen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Laufflächenschenkel mit zwei Abstreifstegen versehen. Eine andere beispielhafte Ausführungsform weist zusätzlich zwischen dem oberen Abstreifsteg und einem unteren Abstreifsteg Ölkanäle auf.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Ölabstreifring ist weiter mit Ölkanälen versehen ist, die zwischen dem oberen und dem unteren Abstreifsteg angeordnet sind. Damit sind oberhalb und unterhalb des unteren Abstreifstegs Ölkanäle angeordnet.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der obere und der untere Kolbenringflankenschenkel jeweils elastisch ausgeführt und verjüngen sich in Radialrichtung nach innen. Bei dieser Ausführung bilden die Kolbenringflanken in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen Kegelflächen. Im Querschnitt können sich die radial inneren Enden der Kolbenringflankenschenkel verformen, und der Ölabstreifring kann vorgespannt in eine entsprechende Kolbenringnut eingesetzt werden.
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Bei einer anderen Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings ist der obere (brennraumseitige) Kolbenringflankenschenkel elastisch und verjüngt sich in Radialrichtung nach innen. Auch hier bildet die obere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Der untere Kolbenringflankenschenkel ist im Wesentlichen bzw. im Vergleich zu dem oberen Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch und weist eine ebene untere Kolbenringflanke auf. Hier wird der Anpressdruck in Axialrichtung nur von dem oberen Kolbenringflankenschenkel erzeugt. Die Ausführung weist den Vorteil auf, dass der Kolbenring zumindest solange er an der unteren Kolbenringnutflanke anliegt nicht oder nur gering twistet.
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Bei einer weiteren Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings ist der untere (kurbelgehäuseseitige) Kolbenringflankenschenkel elastisch und verjüngt sich in Radialrichtung nach innen. Auch hier bildet die untere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Der obere Kolbenringflankenschenkel ist im Wesentlichen bzw. im Vergleich zu dem unteren Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch und weist eine ebene obere Kolbenringflanke auf. Hier wird der Anpressdruck in Axialrichtung nur von dem unteren Kolbenringflankenschenkel erzeugt. Die Ausführung weist den Vorteil auf, dass der Kolbenring zumindest solange er an der oberen Kolbenringnutflanke anliegt nicht oder nur gering twistet.
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Bei einer anderen Ausführungsform des spielfreien Ölabstreifrings umfasst dieser weiter eine Ring- oder Expanderfeder, die in dem Kolbenring zwischen dem unteren Kolbenringflankenschenkel und den oberen Kolbenringflankenschenkel angeordnet ist und den Ölabstreifring radial nach außen drückt. Hier wird das Formfüllungsvermögen des Ölabstreifrings durch eine Expanderfeder erhöht.
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Bei einer zusätzlichen Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings weist der untere Kolbenringflankenschenkel eine untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche auf, die kegelförmig ist und einen Kegelwinkel zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° zeigt. Dieser Winkel dient dazu die Federkraft der nach außen drängenden Expanderfeder dazu zu nutzen, den unteren Kolbenringflankenschenkel in Axialrichtung nach außen zu drücken.
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Bei einer weiteren Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings weist der obere Kolbenringflankenschenkel eine obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche auf, die kegelförmig ist und einen Kegelwinkel zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° zeigt. Dieser Winkel dient dazu die Federkraft der nach außen drängenden Expanderfeder dazu zu nutzen den oberen Kolbenringflankenschenkel in Axialrichtung nach außen zu drücken.
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Bei einer anderen Ausführungsform des spielfreien Ölabstreifrings steht die Ringfeder lediglich mit Kolbenringflankenschenkelinnenflächen in Kontakt, wobei eine Laufflächenschenkelinnenfläche nicht von der Ringfeder berührt wird.
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Bein einer anderen Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings ist die Ringfeder als Schlauchfeder ausgeführt. Gerade Schlauchfedern eignen sich als Ringfedern und insbesondere als Expanderfedern für den spielfreien Ölabstreifring, da sie sich auch innerhalb des Kolbenrings bewegen können, wodurch einseitiger Verschleiß vermieden wird.
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Eine weitere beispielhafte Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings umfasst einen Stoß der stufenförmig oder schräg zu einer Axialrichtung ausgeführt ist. Durch dieser Ausführung sind die Stoßstellen des unteren bzw. oberen Abstreifstegs gegeneinander versetzt. Diese Ausführung solle eine verbesserte Abstreifwirkung erreichten. Diese Ausführung kann ebenfalls verhindern dass durch eine eingeschränkte Mobilität des Ölabstreifrings in Umfangsrichtung ein Stoßverschleiß an der Zylinderlaufbuchse auftritt.
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Bei einer beispielhaften bevorzugten Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings, ist die obere und/oder der untere Kolbenringflanke an einer Innenkante mit einer Fase versehen. Die Fase erreicht zwei technische Effekte: die Montage des Rings wird vereinfacht und der Drehpunkt für eine Twistbewegung wird weiter nach außen verlegt, was eine Twistneigung verringert.
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Bei einer weiteren Ausführung sind Fasen so stark ausgeprägt, dass die Innenkanten einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner ist als eine Breite einer Kolbenringnut für die er bestimmt ist. Ein Abstand der Innenkanten der Fasen oder der Fase zu einer Innenkante der Kolbenringflanke ist kleiner als die Breite der Kolbenringnut für die er bestimmt ist. Damit lässt sich der Kolbenring in eine Kolbenringnut einsetzen, ohne dass er in Axialrichtung zusammengedrückt werden müsste.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von schematischen Darstellungen nicht beschränkender Ausführungen näher veranschaulicht.
- 1 stellt einen herkömmlichen einteiligen Ölabstreifring mit zwei Abstreifstegen dar.
- Die 2A bis 2E stellen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Ölabstreifrings dar.
- 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ölabstreifring, der zusätzlich mit einer Expanderfeder versehen ist.
- 4A und 4B zeigen eine Ausführung mit nur einem elastischen Kolbenringflankenschenkel
- 5A und 5B stellen einen Ölabstreifring dar, der Abstreifstege mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.
- 6A bis 6C zeigen einen Kolbenring mit nur einem einzelnen Abstreifring.
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Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung als auch in den Figuren gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet um auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Komponenten Bezug zu nehmen.
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1 stellt einen herkömmlichen einteiligen Ölabstreifring 2 in einer perspektivischen Teil-Schnittansicht dar. Der Ölabstreifring 2 ist im Wesentlichen u-förmig. Der Ölabstreifring 2 weist einen Laufflächenschenkel 6 auf, der in Radialrichtung nach außen in einer Lauffläche 8 endet, die mit einem oberen und einem unteren Abstreifsteg 14 und 16 versehen ist. In Axialrichtung oben und unten ist der Laufflächenschenkel 6 mit Kolbenringflankenschenkeln 18 verbunden. Zwischen den Abstreifstegen 14 und 16 sind üblicherweise Ölkanäle angeordnet, die abgestreiftes Öl nach innen in die Kolbenringnut 42 leiten. Der Kolbenring 2 füllt die Kolbenringnut 42 in Axialrichtung nicht aus, sodass ein gewisses Axialspiel bzw. Spiel in Axialrichtung vorhanden ist.
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Die 2A bis 2D stellen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Ölabsteifrings dar. In Figur ist der erfindungsgemäße einteiligen Ölabstreifring 4 in einer perspektivischen Teil-Schnittansicht dargestellt. Der Ölabstreifring 4 ist auch hier im Wesentlichen u-förmig. Der Ölabstreifring 4 weist einen Laufflächenschenkel 6 auf, der in Radialrichtung nach außen in einer Lauffläche 8 endet, die mit einem oberen und einem unteren Abstreifsteg 14 und 16 versehen ist. In Axialrichtung oben und unten ist der Laufflächenschenkel 6 mit oberen Kolbenringflankenschenkel 20 und einem unteren Kolbenringflankenschenkel 26 verbunden. Zwischen den Abstreifstegen 14 und 16 sind üblicherweise Ölkanäle angeordnet, die in der 2A jedoch nicht dargestellt sind. Der obere Kolbenringflankenschenkel 20 umfasst eine obere Kolbenringflanke 22 und eine obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 24. Der untere Kolbenringflankenschenkel 26 umfasst eine untere Kolbenringflanke 28 und eine untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 30. Der Laufflächenschenkel 6 ist nach innen durch eine Laufflächenschenkelinnenfläche 10 begrenzt. Die obere Kolbenringflanke 22 und die untere Kolbenringflanke 28 bilden jeweils im Wesentlichen konische Flächen bzw. Kegelstumpfmantelflächen. Im Gegensatz zu der 1 stehen beide Kolbenringflanken mit den jeweiligen Kolbenringnutflanken in Kontakt. Dies ist so da die Kolbenringflankenschenkel 20, 26 in Axialrichtung vorgespannt sind, wodurch kein Spalt und kein Axialspiel zwischen den Kolbenringflanken und den jeweiligen Kolbenringnutflanken besteht. Der erfindungsgemäße Kolbenring 4 ist folglich in die Kolbenringnut 42 eingeklemmt. Die Klemmkräfte liegen jedoch unter den Kräften die der Ring in Axialrichtung ausübt, sodass sich der Ring immer noch in Radialrichung bewegen kann, und die Axialkräfte das Formfüllungsvermögen nicht erheblich einschränken. Die obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 24 ist an einer radial äußeren Seite mit einer Hohlkehlung versehen, um eine Elastizität des oberen Kolbenringflankenschenkels 20 zu erhöhen. Die untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 30 ist an einer radial äußeren Seite ebenfalls mit einer Hohlkehlung versehen, um eine Elastizität des unteren Kolbenringflankenschenkels 26 zu erhöhen. Die Hohlkehlung wirkt hier ähnlich einem Folienscharnier bzw. einer Blattfeder, um die Axialkräfte die die enden der Kolbenringflankenschenkel auf die Kolbenringnutflanken ausüben zu begrenzen.
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In 2B ist lediglich eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Kolbenring in einer Ruhelage dargestellt. Der Ring liegt ist nicht vertwistet in der Kolbenringnut 42 und berührt mit beiden Abstreifstegen eine Zylinderinnenwand 36. an der Stelle 38 sind Ölkanäle vorgesehen, die abgestreiftes Öl durch den Kolbenring in die Kolbenringnut befördern können, von wo es in das Kurbelgehäuse zurückfließen kann. Der erfindungsgemäße Kolbenring liegt lediglich nahe den Enden der Kolbenringflankenschenkel mit einem nichtvorhandenen Axialspiel aufgrund von Nulltoleranz 44 an beiden Kolbenringnutflanken gleichzeitig an. Durch diese Form wird der Raum der Kolbenringnut hinter dem Kolbenring abgedichtet.
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In 2C bewegt sich der Koben nach unten und der Kolbenring ist positiv vertwistet, da der Ring nur mit einem radial sehr weit einwärts gelegenen Abschnitt die Kolbenringnutflanke berührt. Durch die Vertwistung und die Verformung des Kolbenrings liegt nahezu die gesamte obere Kolbenringflanke 22 an der oberen Kolbenringnutflanke an. Dadurch liegt der untere Abstreifsteg 16 stärker an der Zylinderinnenwand 36 an und kann mehr Öl abstreifen. Die untere Kolbenringflanke beführt im Querschnitt an einem Punkt die untere Kolbenringnutflanke, wodurch die Kolbenringnut entlang der gesamten Länge des Kolbenrings bis auf den Stoß abgedichtet wird.
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In 2C bewegt sich der Koben von unten nach oben und der Kolbenring ist negativ vertwistet, da der Ring nur mit einem radial sehr weit einwärts gelegenen Abschnitt die Kolbenringnutflanke berührt. Durch die Vertwistung und die Verformung des Kolbenrings liegt nahezu die gesamte untere Kolbenringflanke 22 an der unteren Kolbenringnutflanke an.
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Dadurch liegt der obere Abstreifsteg 14 stärker an der Zylinderinnenwand 36 an und kann mehr Öl abstreifen. Auch hier berührt die obere Kolbenringflanke im Querschnitt die Kolbenringnutflanke an einem Punkt, wodurch die Kolbenringnut entlang der gesamten Länge des Kolbenrings bis auf den Stoß abgedichtet wird.
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2E zeigt einen Querschnitt durch den Kolbenring in einem ungespannten Zustand. Die ungespannte Gesamthöhe H übersteigt dabei eine Breite B der Kolbenringnut 42. Im ungespannten bzw. unkomprimierten Zustand ist der axiale Abstand h zwischen den äußeren Innenkanten des Kolbenrings jedoch kleiner als die Breite B der Kolbenringnut 42. Die Fasen können somit als Einlaufschrägen dienen, wodurch der Kolbenring in die Kolbenringnut eingesetzt werden kann ohne dass dieser vorher in Axialrichtung zusammengedrückt werden müsste.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ölabstreifring, der zusätzlich mit einer Expanderfeder 40 versehen ist. Die Expanderfeder ist hier als Schlauchfeder ausgeführt die in Umfangsrichtung zusammengedrückt ist. Der Durchmesser der Expanderfeder ist so gewählt, dass sie gegen die obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche und die untere obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche drückt. Der Durchmesser der Expanderfeder 40 ist so gewählt dass er die Laufflächenschenkelinnenfläche 10 nicht berührt, die obere Kolbenringtlankenschenkelinnenfläche und die untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche bilden schiefe Ebenen, wodurch die Expanderfeder den Anpressdruck der radial inneren Kolbenringflanken erhöhen kann. Es ist ebenfalls möglich, dass der Durchmesser der Expanderfeder 40 so gewählt ist. dass er die Laufflächenschenkelinnenfläche 10 berührt, und hauptsächlich den radialen Anpressdruck der Abstreifkanten erhöht.
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4A und 4B zeigen eine Ausführung mit nur einem elastischen Kolbenringflankenschenkel. Der obere Kolbenringflankenschenkel 20 ist im Gegensatz zu der Ausführung der 2A bis 2D als starrer Kolbenringflankenschenkel ausgeführt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass in einer Situation in der der obere Kolbenringflankenschenkel 20 an der entsprechenden Kolbenringnutflanke anliegt, der Ring nicht twistet. Durch den fehlenden Twist kann eingestellt werden, dass beide Abstreifstege bei einer Bewegung nach unten (bzw, einer Bewegung in der oberen Hälfte des Hubs) an der Zylinderinnenfläche anliegen. Wenn hingegen der untere Kolbenringflankenschenkel 20 an der entsprechenden Kolbenringnutflanke anliegt, twistet der Ring genau so wie der Ring der in der 2D dargestellt ist. Diese Version gestattet es bei einer oberen Kolbenbewegung bzw. einer Kolbenabwärtsbewegung mit zwei Abstreifstegen Öl abzustreifen, während bei einer Aufwärtsbewegung. bzw. einer unteren Kolbenbewegung nur der obere Abstreifsteg Öl von der Zylinderinnenwand abstreift.
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5A und 5B stellen einen Ölabstreifring dar, der Abstreifstege mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Der Ring der in den 5A und 5B dargestellt ist twistet so wie der Ring der in den 2C und 2D dargestellt ist. Durch die unterschiedlichen Durchmesser der Abstreifstege wird ein ähnlicher Effekt wir bei der Ausführung der 4A und 4B erreicht, nämlich das bei einem Teil der Kolbenbewegung im Wesentlichen nur ein Abstreifsteg nämlich der obere Abstreifsteg 14 aktiv ist und bei einem anderen Teil er Kolbenbewegung beide Abstreifstege der obere und der untere Abstreifsteg 14, 16 Öl von der Zylinderinnenwand abstreifen.
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6A bis 6C zeigen einen Kolbenring mit nur einem einzelnen Abstreifring 18. Der Abstreifring 18 ist zentral an der Lauffläche angeordnet, und die Ölkanäle sind unterhalb des Abstreifstegs 18 angeordnet und verlaufen von der Lauffläche zu der Laufflächenschenkelinnenfläche. Auch hier kann der Abstreifsteg dachförmig ausgeführt werden, um bei den verschiedenen Bewegungsphasen des Kolbenrings unterschiedliche Abstreifwirkungen zu erzielen.
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Es sollen auch alle Kombinationen von Merkmalen die nur einzeln in einzelnen Figuren offenbart sind als offenbart angesehen werden, solange sie unter den Schutzbereich der Ansprüche fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- herkömmlicher Ölabstreifting
- 4
- Spielfreier Ölabstreifring,
- 6
- Laufflächenschenkel
- 8
- Lauffläche
- 10
- Laufflächenschenkelinnenfläche
- 12
- Abstreifsteg
- 14
- oberer Abstreifsteg
- 16
- unterer Abstreifsteg
- 18
- Kolbenringflankenschenkel,
- 20
- oberer Kolbenringflankenschenkel,
- 22
- obere Kolbenringflanke
- 24
- obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche
- 26
- unterer Kolbenringflankenschenkel,
- 28
- untere Kolbenringflanke
- 30
- untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche
- 32
- axiale Höhe des Kolbenrings
- 34
- Fase
- 36
- Zylinderinnenfläche
- 38
- Ölkanäle
- 40
- Ringfeder
- 42
- Kolbenringnut
- 44
- Nichtvorhandenes Axialspiel aufgrund von Nulltoleranz
- #
- Hohlkehlung
- α
- Kegelwinkel
- B
- Breite der Kolbenringnut
- H
- Höhe des enspannten nicht eingebauten Kolbenrings
- h
- Abstand zwischen den äußeren Innenkanten des Kolbenrings