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HINTERGRUND
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Hersteller von Verbrennungsmotoren streben fortwährend nach Wegen zur Verbesserung der Langlebigkeit und Zuverlässigkeit ihrer Motoren. Ein Verfahren zur Verbesserung der Langlebigkeit eines Motors besteht darin, Ölsteuerringe an den Kolben des Verbrennungsmotors vorzusehen. Ölsteuerringe erfüllen die Funktionen der Minimierung des Ölverbrauchs bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden Schmierung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand. Zur Minimierung des Ölverbrauchs streifen die Ölsteuerringe während des Abwärtshubs des Kolbens in Richtung der Ölkammer Öl von der Zylinderwand ab. Beim Aufwärtshub gleiten die Ölsteuerringe über das Öl, um dessen Abstreifen zu vermeiden. Die Ölsteuerringe halten während des Betriebs idealerweise einen minimalen Ölfilm zwischen dem Ölsteuerring und der Zylinderwand aufrecht.
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Die Ausführung des Ölsteuerrings muss den Kompromiss zwischen dem Reduzieren des Ölverbrauchs und ausreichender Schmierung über die Lebensdauer des Motors aufrechterhalten. Ein übermäßiger Verschleiß an der radialen Außenfläche des Ölsteuerrings kann den Spalt zwischen dem Ölsteuerring und der Zylinderwand erweitern. Dieser übermäßige Verschleiß kann sich nachteilig auf den Ölverbrauch des Motors auswirken. Deshalb ist es äußerst wünschenswert, das Ausmaß des Verschleißes, den der Ölsteuerring während seiner Betriebslebensdauer erfährt, auf ein Minimum zu reduzieren.
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Bei Betrieb mit hoher Drehzahl können Ringe in Abhängigkeit von der Last entweder ein übermäßiges Durchblasen oder einen übermäßigen Ölverbrauch erfahren. Durchblasen kann aufgrund einer Verformung des Rings erfolgen, wobei Verbrennungsgase am Ring vorbeiblasen. Übermäßiger Ölverbrauch kann auftreten, wenn unzureichendes Abstreifen während des Abwärtshubs erfolgt, wodurch Öl auf der Verbrennungsseite belassen wird. Zur Verbesserung des Ölsteuerringbetriebs enthalten einige bekannte Ausführungen einen positiv verdrehten Ring.
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Ein verdrehter Ring kann dem Reduzieren von Durchblasen und Ölverbrauch zuträglich sein. Das heißt, während des Abwärtshubbetriebs kann der Ring sich dynamisch verdrehen, was eine verstärkte Winkelausrichtung des Rings gegen die Wand bewirken kann. Auf solch eine Weise wird das Abstreifen verbessert, da das Verformen des Rings den Ring nach außen und gegen die Zylinderwand drücken kann, wodurch die Abstreifwirkung verbessert wird. Das Gegenteil erfolgt beim Gleitaufwärtshub, bei dem sich das Ausmaß der Verformung des Rings reduziert, wodurch der Ring etwas nach innen gezogen werden kann und seine Neigung zum Abstreifen von Öl reduziert werden kann. Somit werden sowohl Ölverbrauch als auch Durchblasen bei einer verdrehten Ringausführung verbessert.
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Eine bekannte verdrehte Ringausführung enthält eine Abschrägung oder Abstufung, die in der inneren/obersten Ecke des Rings ausgebildet ist und sich diagonal gegenüber der Ecke befindet, die während der Abstreifbewegung abstreift. Da ein herkömmlicher Ring während des Betriebs (und insbesondere während des Abwärtshubs) verformt wird, bewirkt die Masse des Rings diagonal gegenüber der Abstreifecke eine verstärkte und möglicherweise nicht gleichförmige Verformung des Rings. Somit kann durch Entfernen von Material in der inneren und obersten Ecke des Rings bei einer verdrehten Ringausführung die Neigung zu einer nicht gleichförmigen Verformung reduziert oder beseitigt werden, und es erfolgt ein allgemein gleichförmiges variables Verdrehen im Ring um seinen Umfang während des Abwärtshubs. Die Umfangsverdrehwirkung kann jedoch ein Verdrehen bewirken, das in der Regel nahe der Unterbrechung im Ring minimal ist und bei ca. 180° von der Unterbrechung maximal ist. Demgemäß enthalten solche Ausführungen in der Regel Kompromisse, bei denen bei einer Ausführung zum Erhalt eines ausreichenden Abstreifens nahe der Unterbrechung im Ring übermäßiges Abstreifen (und deshalb übermäßiger Verschleiß) an der maximalen Verdrehstelle auftreten kann. Bei einer Ausführung, die zum Reduzieren eines übermäßigen Abstreifens an der Maximalstelle bestimmt ist, kann es jedoch nahe der Unterbrechung während des Aufwärtshubs zu einem ungenügenden Kontakt kommen, was zu einem Durchblasen in dem Teil des Rings führen kann.
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Somit besteht Bedarf nach einer Verbesserung von Kolbenringausführungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nunmehr auf die Zeichnungen Bezug nehmend, werden veranschaulichende Beispiele detailliert gezeigt. Obgleich die Zeichnungen die hier beschriebenen beispielhaften Veranschaulichungen darstellen, sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich und bestimmte Merkmale können übertrieben sein, um einen neuartigen Aspekt einer beispielhaften Veranschaulichung besser darzustellen und zu erläutern. Des Weiteren sollen die hier beschriebenen beispielhaften Veranschaulichungen nicht erschöpfend sein oder die in den Zeichnungen gezeigte und in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbarte genaue Form und Konfiguration einschränken oder darauf beschränkt sein. Beispielhafte Veranschaulichungen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben; darin zeigen
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1 eine Ansicht einer beispielhaften Kolbenanordnung;
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2A eine Ansicht der Ringe der Kolbenanordnung von 1;
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2B eine Querschnittsansicht eines Ölabstreifrings;
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3A eine detaillierte Besprechung von Aspekten der Querschnittsansicht eines Ölabstreifrings;
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3B eine vergrößerte Ansicht der Abstreifecke des Ölabstreifrings von 3A;
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4 eine Draufsicht des Ölabstreifrings von 3 und eine entsprechende Veranschaulichung eines gleichförmigen Verdrehens um seinen Umfang in statischer Form, wenn der Ring an der Kolbenbohrung installiert ist; und
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5 ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifrings, wie hierin offenbart.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf "eine beispielhafte Veranschaulichung", ein "Beispiel" oder eine ähnliche Ausdrucksweise bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, das bzw. die in Verbindung mit dem beispielhaften Ansatz beschrieben wird, in mindestens einer Veranschaulichung enthalten ist. Vorkommnisse des Ausdrucks "bei einer Veranschaulichung" oder eine ähnliche Ausdrucksweise an verschiedenen Stellen in der Beschreibung beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Veranschaulichung oder dasselbe Beispiel
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Es werden hierin verschiedene beispielhafte Veranschaulichungen mit einer Kolbenanordnung mit zwei oder mehr Ringen bereitgestellt, die, wenn sie in Nuten der Kolbenanordnung positioniert sind, verschiedene Funktionen während des Kolbenbetriebs bereitstellen. In einem Beispiel kann eine Kolbenanordnung zwei Ringe haben, die einen Verbrennungsring und einen Abstreifring umfassen. Der Verbrennungsring verhindert in der Regel, dass ein Großteil von Verbrennungsgasen die Kolbenanordnung eines Verbrennungsmotors passiert, so dass es zu wenig oder keinem Weiterleiten von Gasen zur Kurbel kommt. Der Abstreifring stellt während einer Abwärtsbewegung der Kolbenanordnung eine Abstreifbewegung und während einer Aufwärtsbewegung der Kolbenanordnung eine Gleitbewegung bereit.
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In einem anderen Beispiel enthält eine Kolbenanordnung mit drei Ringen einen Verbrennungsring, einen Ölsteuerring und einen Abstreifring, der zwischen dem Verbrennungsring und dem Ölsteuerring positioniert ist. Der dritte oder untere Ölsteuerring steuert die Zufuhr von Öl zu einer Auskleidung, wodurch das Kolbenhemd und die anderen Ringe geschmiert werden.
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Bei einigen beispielhaften Ansätzen kann eine Kolbenanordnung ein Kolbendach mit einer ersten und einer zweiten Kompressionsringnut, Kompressionsringen in den Nuten und einer Ölsteuerringnut und eine Ölsteuerringanordnung enthalten.
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Es wird eine Ausführung eines Ölabstreifrings offenbart, die die mit einer Verformung des Abstreifrings verbundenen Nachteile überwindet. Aufgrund der einzigartigen Ausführung des Querschnitts des offenbarten Abstreifrings biegt sich der Ring nach der Installation durch und biegt sich während des Betriebs dynamisch durch, um ein Abstreifen von Öl gegen eine Zylinderbohrung zu verbessern. Das heißt, es wird eine Kraft gegen den Ring erzeugt, die um seinen Umfang konstant ist – zunächst nach Installation und dann während eines hin- und hergehenden und dynamischen Betriebs. Das Verhalten des offenbarten Rings ähnelt dem Betrieb einer Feder, die sich während des Betriebs durchbiegt. Das Durchbiegen in eine Richtung bewirkt eine verbesserte Abstreifbewegung, und das Durchbiegen (oder Entspannen) in die andere Richtung bewirkt eine verbesserte Gleitbewegung über den Ölfilm im Zylinder.
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Die konstante Umfangskraft bewirkt ein Durchbiegen des Rings mit einem konstanten Verdrehen um eine Drehachse, die an jeder Querschnittsstelle des Rings um seinen gesamten Umfang zwischen benachbarten freien Enden definiert wird, was zu einer konstanten Abstreifwirkung führt. Eine konstante Abstreifwirkung um den Umfang des Rings gestattet eine verbesserte Abstreifringausführung und einen verbesserten Betrieb davon. Wie oben erwähnt, ist bei einer Abstreifringausführung, wenn kein gleichförmiges Verdrehen erfolgt, der Ring in der Regel für Extreme des Betriebs um seinen Umfang ausgeführt, was zu möglicherweise übermäßigem Abstreifen in einigen Teilen des Rings und möglicherweise Durchblasen in anderen Teilen des Rings führt. Die offenbarte Ausführung vermeidet diese Schwierigkeiten durch Bereitstellung einer Ausführung mit einer konstanten Abstreifkraft um den gesamten Ringumfang.
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Die dynamische Gleitbewegung wird auch verbessert. Beim Durchbiegen des Rings während des Aufwärtshubs der Kolbenanordnung gleitet der Abstreifring über den Ölfilm, und jegliche Abstreifwirkung wird minimiert. Beim Verdrehen des Rings erfolgt dies somit nicht auf konstante Weise um seinen Umfang, und die Neigung zu übermäßigem Abstreifen von Öl in Umfangsteilen des Rings wird reduziert oder vollständig beseitigt.
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Somit wird nicht nur das Abstreifen selbst verbessert und werden die Extreme des Betriebs um den Umfang vermieden, sondern auch die Gleitbewegung während des Gleitbetriebs wird verbessert. Somit wird ein optimales Ausmaß an Abstreifen und Gleiten um den gesamten Ring erreicht, was darauf zurückzuführen ist, dass der Ring in seinem durchgebogenen Zustand eine konstante radiale Verdrehung einnimmt, die über seinen Umfang und zwischen den Enden des Rings erfolgt, was zu einer verlängerten Lebensdauer des Rings und verbesserten Motorleistung führt.
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Auf 1 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Kolbenanordnung 100 dargestellt. Die Kolbenanordnung 100 enthält ein Kolbendach 102, das einen oberen Kompressionsring 104, der in einer oberen Kompressionsringnut 106 positioniert ist, und einen Ölsteuerring 108, der in einer unteren Kompressionsringnut 110 positioniert ist, enthält. Ferner enthält das Kolbendach 102 einen abstreifenden oder Abstreifring 112, der in einer mittleren Nut 114 positioniert ist. Das heißt, der offenbarte Abstreifring 112 kann idealerweise in der mittleren Nut 114 platziert sein, wie weiter beschrieben wird. Die Ringe 104, 108 und 112 dichten während der Hin- und Herbewegung der Kolbenanordnung 100 in einer Zylinderbohrung gegen Zylinderbohrungsflächen ab. Das Kolbendach 102 bewegt sich während der Aufwärtshubphase der Kolbenanordnung 100 in eine erste oder Aufwärtsrichtung 116 und während der Abwärtshubphase der Kolbenanordnung 100 in eine zweite oder Abwärtsrichtung 118.
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Nunmehr auf 2A Bezug nehmend, enthält eine Kolbenanordnung 200 für einen Verbrennungsmotor eine Zylinderbohrung 202 mit einer mittleren Achse 204 und einer abstandsgleich von der mittleren Achse 204 entfernten Zylinderwand 206. Die Kolbenanordnung 200 enthält eine radiale Achse 208, die orthogonal zur mittleren Achse 204 verläuft. Die Kolbenanordnung 200 enthält einen Kolben 210 mit zwei oder mehr Ringnuten, die einen Verbrennungsring und eine Nut 212 und einen Ölsteuerring und eine Nut 214 umfassen, und einen in der Abstreifringnut 218 positionierten Abstreifring 216.
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Details eines Querschnitts des Abstreifrings 216 werden in 2B gezeigt. Auf 2B Bezug nehmend, ist die Nut 218 zwischen einer oberen Nutfläche 220 und einer unteren Nutfläche 222 ausgebildet. Der Abstreifring 216 ist so in der Nut 218 positioniert, dass der Abstreifring an der oberen Nutfläche 220 festgehalten wird, wenn sich der Kolben 210 in Abwärtsrichtung 118 (entsprechend 1) bewegt, und der Abstreifring 216 gegen die untere Nutfläche 222 festgehalten wird, wenn sich der Kolben 210 in Aufwärtsrichtung 116 bewegt. Bei einem beispielhaften Ansatz, wie hierin dargestellt, ist der Abstreifring 216 zwischen der Nut 212 und der Nut 214 in der Nut 218 positioniert. Wenn drei Ringnuten vorgesehen sind, ist der Ring in der Nut 212 im Allgemeinen wahrscheinlich ein Verbrennungsring, der in erster Linie dazu dient, zu verhindern, dass Verbrennungsgase über den Kolben 210 hinaus strömen. Der Ring in der Nut 214 dient in der Regel in erster Linie als Ölsteuerring, der die Verteilung von Öl für Schmierzwecke steuert. In der allgemeinen Praxis kann der Ring 216 somit in der Zwischennut 216 platziert sein. Obgleich der Abstreifring 216 in der Darstellung eine Ausführung mit drei Ringen aufweist, kommt ferner in Betracht, dass der Abstreifring 216 auch in anderen mehrnutigen Ausführungen, wie zum Beispiel einem Doppelringnutmechanismus mit nur einem Verbrennungsring und dem offenbarten Abstreifring 216, der dann auch als Ölsteuerring dienen würde, implementiert werden kann.
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Wie weiter beschrieben wird, enthält der Abstreifring 216 ein Querschnittsprofil, das das Ausmaß von nicht gleichförmigem Verdrehen, das um einen Umfang des Abstreifrings 216 erfolgt, wenn er statisch installiert ist, und auch während einer Bewegung des Kolbens 210 sowohl in Aufwärtsrichtung 116 als auch in Abwärtsrichtung 118, wesentlich reduziert oder beseitigt. Wenn sich der Kolben 210 vor der Verbrennung in Aufwärtsrichtung 116 bewegt, gleitet der Abstreifring 216 an der Zylinderwand 206, und aufgrund seiner Form wird über einen Ölfilm (nicht gezeigt) an der Zylinderwand 206 geglitten, der nicht abgestreift wird, so dass der Ölfilm durch den Abstreifer 216 nicht abgezogen wird, wenn sich der Kolben 210 in Aufwärtsrichtung 116 bewegt. Bei der Bewegung in Abwärtsrichtung 118 streift der Abstreifring 216 an der Zylinderwand 206, wodurch bewirkt wird, das Öl nach unten und in Bewegung mit dem Kolben 210 abgestreift wird.
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Nunmehr auf 3A Bezug nehmend, wird ein Querschnitt 300 des Abstreifrings 216 gezeigt. 3 zeigt den Abstreifring 216 in seinem nicht durchgebogenen oder entspannten statischen Zustand. Die 2A und 2B zeigen auch den Abstreifring 216 in seiner entspannten Form, wenn er nicht durchgebogen ist. Wie weiter beschrieben wird, nimmt der Abstreifring 216 jedoch Energie durch Durchbiegen gegen seine Neigung zum Zurückkehren in seinen statischen Zustand während gewisser Teile eines Kolbenzyklusbetriebs auf. Insbesondere wird er mit verschiedenen Kräften beaufschlagt, die infolge seines Kontakts mit der Zylinderwand 206 und entsprechenden Eingriffsflächen in der Nut 218 daran angelegt werden.
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In einer Form enthält der Querschnitt 300 eine untere Fläche 302 und eine radiale Außenfläche 304, die die Abstreifecke 306 bilden. Der Querschnitt 300 enthält eine radiale Innenfläche 308 und eine obere Fläche 310. In dem dargestellten Beispiel verlaufen die obere Fläche 310 und die untere Fläche 302 allgemein parallel zueinander. Das heißt, innerhalb der wirtschaftlich akzeptablen Toleranzen, die bei seriellen Massenbearbeitungspraktiken erreichbar sind, sind die obere Fläche 310 und die untere Fläche 302 parallel. Das Vorsehen von parallelen oberen und unteren Flächen 310, 302 ist ein Aspekt der Ausführung, die das konstante Verdrehen des Abstreifrings 216 um seinen Umfang während des Betriebs gestattet. Das heißt, der Abstreifring 216 weist in Radialrichtung von einem Innenumfang des Rings zu einem Außenumfang des Rings die gleiche Dicke auf, wodurch der Abstreifring 216 weniger "dünn" wird, als wenn die Dicke variiert wird. Somit hat sich herausgestellt, dass die Neigung des Rings zu einem Verformen um seinen Umfang 406, wenn er zuerst installiert wird und wenn er um eine Achse oder Drehmitte 318 durchgebogen wird, wie in den 3A und 4 gezeigt und unten weiter besprochen wird, minimiert ist.
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Sowohl die obere als auch die untere Fläche 310, 302 bilden einen positiven ersten Winkel 312 bezüglich der radialen Achse 208. Insbesondere wird der erste Winkel 312 insofern als positiv definiert, als sich sowohl die untere Fläche 302 als auch die obere Fläche 310 von der Position der radialen Achse 208 nach oben erstrecken und von der radialen Innenfläche 308 weg erstrecken. Die radiale Außenfläche 304 bildet einen zweiten Winkel 314 bezüglich der mittleren Achse 204. Wie hierin zu sehen, ist der zweite Winkel 314 bezüglich der Zylinderwand 206 definiert, und der Abstreifring 216 berührt die Zylinderwand 206 an der Stelle der Abstreifecke 306, und der zweite Winkel 314 ist als von dort nach oben und nach innen verlaufender definiert. Der zweite Winkel 314 weist in der Darstellung insofern einen positiven Winkel auf, als er sich von seinem konstanten Punkt mit der Zylinderwand 206 nach oben und nach innen erstreckt.
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Darüber hinaus kann die Abstreifecke 306 eine scharfe Ecke definieren, wie in 3A dargestellt. In anderen Formen kann die Abstreifecke 306 jedoch einen Randradius oder eine Kammer mit verschiedenen Aussparungsformen, die von 0,2 mm oder darunter von der scharfen Ecke variieren, wie in der vergrößerten Ansicht von 3B dargestellt, definieren. Das Randprofil kann von einem konstanten Radius abweichende Geometrien aufweisen, bis hin zu Konturen, die von 0,2 mm von der scharfen Ecke ausgehen. Das heißt, die Abstreifecke 306 enthält in verschiedenen Beispielen eine Aussparung, in der ein erster Abstand 320 und ein zweiter Abstand 322 einen ungefähren Bereich für die Aussparung basierend auf einem Herstellungsvermögen zur Bearbeitung einer scharfen Ecke definieren können. Der erste und der zweite Abstand 320, 322 können als Beispiel ungefähr 0,2 mm betragen, können aber basierend auf Bearbeitungs- und Herstellungsvermögen leicht von einer idealen oder hypothetischen scharfen Ecke abweichen. Das heißt, die hypothetische scharfe Ecke 324 kann eine Spitze oder ein Rand, die bzw. der an einem Schnittpunkt gebildet ist, oder eine hypothetische Spitze der radialen Außenfläche 304 und der unteren Fläche 302 sein.
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Weiterhin auf 3A Bezug nehmend, weisen der erste und der zweite Winkel 312, 314 in dem dargestellten Ansatz voneinander verschiedene Winkelwerte auf, jedoch können in einem anderen veranschaulichenden Ansatz Winkel den gleichen Wert aufweisen. In einem veranschaulichenden Beispiel beträgt der erste Winkel 312 weniger als 5° und kann ca. 0,5° +/– 0,2° betragen. In einem anderen veranschaulichenden Beispiel kann der erste Winkel in einem Bereich zwischen 0,1° und 8° liegen, und in einigen Formen kann sich der erste Winkel sowohl für die obere als auch die untere Fläche unterscheiden, was zu einer nicht parallelen Beziehung zwischen der oberen und unteren Fläche im ersten Winkelbereich führt. Darüber hinaus beträgt der zweite Winkel 314 in einem anderen Beispiel weniger als 4°, und der zweite Winkel 314 kann vorzugsweise 1° +/– 0,2° betragen. Das heißt, durch Angabe der Winkel als ungefähre Winkel wird in Betracht gezogen, dass die Winkel innerhalb ca. +/–0,2° des Nennwerts liegen können. Somit ist bestimmt worden, dass die offenbarten Winkelnennwerte für den ersten Winkel 312 und den zweiten Winkel 314 zu einem konstanten Durchbiegen des Abstreifrings 216 um die Achse 318, in den 3A und 4 gezeigt, an beliebiger Stelle entlang seinem Umfang zwischen benachbarten gegenüberliegenden freien Enden 410, 412 des Rings (das heißt nicht die Unterbrechung oder den Spalt 402 einschließend) führen, wobei die ungefähren Winkel als innerhalb normalen Bearbeitungsabläufen liegend festgelegt werden. Insbesondere stellt die Achse 318 eine Achse dar, um die sich der Querschnitt 300 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 210 dreht. Solange positive Abstreifkräfte während des Abstreifvorgangs aufrechterhalten werden und eine ausreichende Entspannung des Rings während der Gleitbewegung erfolgt, können die positiven Winkelwerte somit innerhalb der offenbarten Grenzen gewählt werden.
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Erneut auf 2B Bezug nehmend, greift der Abstreifring 216, wenn er zuerst statisch installiert ist und während des Betriebs (seien es Aufwärtshub oder Abwärtshub), an einer durch einen Punkt 224 in zwei Dimensionen gezeigten Eingriffslinie an die Zylinderwand 206 an. Beim Abwärtshub des Kolbens 210 wird der Abstreifring 216 in der Nut 218 eingefasst, die den Abstreifring 216 berührt und dazu zwingt, an den Nutkontaktpunkten 226 and 228 anzugreifen. Durch Nachobenpressen gegen die Nut 218 wird der Abstreifring 216 festgehalten, und aufgrund der allgemein parallelen Wände oder Flächen 302, 310 sowie des optimal ausgewählten ersten Winkels 312 verdreht sich der Abstreifring 216 um seinen Querschnitt und gleichmäßig um den Umfang des Rings, wodurch eine gleichförmige Eingriffslinie zwischen dem Rand des Abstreifrings und der entsprechenden Wandfläche der Zylinderwand 206 um den gesamten Umfang des Rings erzeugt wird.
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Beim Aufwärtshub des Kolbens 210 entspannen sich die Kräfte an den Eingriffspunkten 226, 228, und der Abstreifring 216 wird nach oben gezogen, gleitet aber im Vergleich zu den während der Abstreifbewegung erzeugten Kräften viel sanfter über die Zylinderwand 206. Somit bleibt der zweite Winkel 314 zwischen der radialen Außenfläche 304 und der Zylinderwand 206 positiv mit einem Nennwinkel von 1°. Auf solch eine Weise bleibt der zweite Winkel 314 während des Aufwärtshubs des Kolbens 210 immer positiv, wodurch jegliche Neigung zum Bewirken eines Abstreifvorgangs vermieden wird. Der erste Winkel 312 wird basierend auf dem Vermögen des Abstreifrings 216, während der Abstreifbewegung in der Nut 218 eingefasst zu werden, ausgewählt. Der zweite Winkel 314 wird unabhängig von der Wahl des ersten Winkels 312 ausgewählt und wird basierend auf dem Vermögen des Abstreifrings 216, während des Gleitvorgangs zu gleiten, ausgewählt.
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Gemäß einem zusätzlichen veranschaulichenden Beispiel enthält der Querschnitt 300 eine Abschrägung oder einen Ausschnitt 316. Die Abschrägung 316 reduziert Spannung im Abstreifring 216 während des Betriebs und insbesondere während der Abstreifbewegung, indem Spannungskonzentrationen, die ansonsten auftreten, wenn stattdessen die Flächen 304 und 310 mit einem Punkt oder einer Ecke in Kontakt kommen, reduziert werden. Darüber hinaus dient die Abschrägung 316 der Verbesserung der Gleitbewegung des Abstreifrings 216, wenn sich der Kolben 210 in Aufwärtsrichtung 116 bewegt, während ein verbesserter Gleitvorgang über die Zylinderwand gestattet wird und eine Stelle oder ein geringfügiger Auffangbereich, an der bzw. in dem sich Öl ansammeln kann, sollte während des Gleitvorgangs Öl mitgezogen werden, bereitgestellt wird.
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Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, wird eine Draufsicht 400 des Abstreifrings 216 mit einer Unterbrechung 402 an einer als 0° definierten Bezugsposition und im Uhrzeigersinn zunehmend gezeigt. Aufgrund der Querschnittsmerkmale des Abstreifrings 216, wie oben besprochen, wird ein gleichförmiges Ausmaß an Verdrehen im Abstreifring 216 erzeugt, wenn er am Kolben installiert oder im Bohrungsdurchmesser des Zylinders eingeschlossen wird. Der Abstreifring 216 hält während der Abstreifbewegung ein gleichförmiges Ausmaß an Verdrehen aufrecht, kann aber aufgrund der Hin- und Herbewegung und Abweichung im Zylinder einen Abweichungsgrad vermitteln. Somit wird die gleichförmige Anordnung des Abstreifrings 216 um den Umfang des Rings aufrechterhalten.
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Das heißt, wenn sich der Kolben 210 in Abwärtsrichtung 118 bewegt, dann berührt die Abstreifecke 306 die Zylinderwand 206 derart, dass ein Verdrehen des Abstreifrings 216 um einen Umfang 406 des Abstreifrings 216 bis zu den freien Enden 410, 412, die sich in einem Bereich befinden, der als ungefähr 5° in einer Umfangsrichtung 406 definiert und von der Unterbrechung 402 beabstandet ist, aber nicht einschließlich derer, konstant und gleichförmig ist. Die Unterbrechung 402 im Abstreifring 216 ist vorgesehen, um eine Befestigung des Abstreifrings 216 in der Nut 218 zu ermöglichen, während gleichzeitig ein gewisses Spiel im Ring gestattet wird, damit der Abstreifring 216, wie beschrieben, verdreht werden kann. Aufgrund von geringen Endeffekten in den Endteilen des Rings, wo sie aufeinandertreffen (ungefähr +/–5° seines Umfangs), wird in Betracht gezogen, dass eine gewisse nicht gleichförmige Verformung des Rings auftreten kann. Somit erfolgt ein konstantes Verdrehen über den Großteil des Umfangs des Abstreifrings 216, wodurch das Abstreifen und Gleiten des offenbarten Rings 216 und seine einzigartigen Ausführungseigenschaften, wie beschrieben, im Vergleich zu vorherigen Ausführungen wesentlich verbessert werden. Neben den Stellen, wo Endeffekte auftreten können, wird unabhängig von der Querschnittsstelle um den Umfang des Rings eine konstante Kraft sowohl in Aufwärtshub- als auch Abwärtshubrichtung an den Abstreifring angelegt, was zu einem konstanten Verdrehen um seinen Querschnitt auch aufgrund der offenbarten Ausführung, die infolge der angelegten Kraft gleichförmig durchbiegt, führt.
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5 stellt ein Verfahren 500 zur Herstellung des Abstreifrings 216 dar, das Bearbeiten der verschiedenen Details des Abstreifrings 216, wie oben beschrieben, umfasst. Es kommt in Betracht, dass die Abstreifringe gemeinhin in einem Stanzprozesse für Bohrungsdurchmesser, die kleiner als 110 mm sind, hergestellt werden. Bei Motorausführungen mit größerer Bohrung, wie zum Beispiel mit einem Bohrungsdurchmesser von über 110 mm, werden die offenbarten Beispiele jedoch stattdessen bearbeitet. Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 502 des Bearbeitens einer unteren Fläche und einer radialen Außenfläche des Rings zur Bildung einer Abstreifecke, und Schritt 504 umfasst das Bearbeiten einer oberen Fläche, so dass sie in einem Querschnitt des Abstreifrings 216 ungefähr parallel zu der unteren Fläche ist. Schritt 506 umfasst Bearbeiten einer Innenfläche des Rings. Unter Bezugnahme auf die vorherigen 1–3A werden die obere Fläche 310 und die untere Fläche 302 zur Bildung des ersten Winkels 312 bezüglich der radialen Achse 208 des Abstreifrings 216 bearbeitet. Die radiale Achse 208 verläuft radial von einem Schwerpunkt 408 des Abstreifrings 216. Die mittlere Achse 204 der Bohrung 202 entspricht dem Schwerpunkt 408 und erstreckt sich allgemein durch diesen, und die mittlere Achse 204 verläuft orthogonal zur radialen Achse 208. Die radiale Außenfläche 304 wird zur Bildung des zweiten Winkels 314 bezüglich der mittleren Achse 204 bearbeitet. In einem Beispiel werden die untere Fläche 302 und die radiale Außenfläche 304 so bearbeitet, dass sich der erste und der zweite Winkel 312, 314 voneinander unterscheiden. Der erste Winkel 312 wird so bearbeitet, dass er kleiner als 1° ist und in einem Beispiel ungefähr 0,5° beträgt. Der zweite Winkel wird so bearbeitet, dass er kleiner als 2° ist und, wie oben beschrieben, ungefähr 1° beträgt. Bei ordnungsgemäß bearbeiteten Winkeln, Toleranzen und Flächen bezüglich einander entsteht demgemäß aus den Vorteilen des Abstreifrings 216 und seines oben beschriebenen Betriebs ein wie beschrieben bearbeiteter Ring.
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Somit wird bei Schritt 508 der Abstreifring 216 in der Nut 218 des Kolbens 210 installiert und befindet sich vor jeglichem Hubbetrieb des Kolbens in einem statischen Zustand. Das heißt, der statische Zustand bezieht sich auf seinen Zustand, wenn er in der Nut 218 enthalten ist, aber vor einem Hubbetrieb. Der Kolben 210 kann hin- und hergehend betrieben werden, was sowohl der Aufwärtsrichtung 116 als auch der Abwärtsrichtung 118 entspricht. Bei Schritt 510 wird die Hin- und Herbewegung angelegt, wodurch bewirkt wird, dass sich der Ring aus seinem statischen Zustand in einen dynamischen durchgebogenen Zustand bewegt. Die durchgebogenen Zustände unterscheiden sich in der Regel in jeder Richtung, da sich auch die Richtung der Kräfte unterscheidet.
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Wenn sich der Kolben 210 zum Beispiel in einer axialen Aufwärtsrichtung 116 bewegt, dann wird eine Kraft an der Abstreifecke 306 in Abwärtsrichtung 118 ausgeübt, die einer Axialbewegungsrichtung entgegengesetzt ist. Die Bewegung von Schritt 510 bewirkt ein Verdrehen des Abstreifrings 216 aus seinem freien Zustand in seinen durchgebogenen Zustand und gegen die Nut 218 der Kolbenanordnung 200, wobei ein Ausmaß des Verdrehens im durchgebogenen Zustand an jeder Querschnittsstelle des Rings um seinen Umfang und zwischen benachbarten freien Enden davon gleich ist. Wenn die axiale Bewegung in Aufwärtsrichtung 116 in der Kolbenanordnung 200 verläuft, verläuft die ausgeübte Kraft in Abwärtsrichtung 118 in der Kolbenanordnung 102, wodurch bewirkt wird, dass die Größe des positiven zweiten Winkels 114 in diesem durchgebogenen Zustand abnimmt. Wenn die Bewegung von Schritt 510 stattdessen in axialer Abwärtsrichtung 118 in der Kolbenanordnung 200 verläuft, verläuft die an der Abstreifecke 306 ausgeübte Kraft in Aufwärtsrichtung 116, wodurch bewirkt wird, dass die Größe des positiven ersten Winkels 312 in diesem durchgebogenen Zustand zunimmt.
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Somit wird der Kolben 210 in Betrieb und unter Bezugnahme auf die obigen 1–5 durch Hin- und Herbewegung in seinem Zylinder betrieben. Wenn die Hin- und Herbewegung des Kolbens 210 in Abwärtsrichtung 118 verläuft, werden Kräfte gegen den Abstreifring 216 von der Zylinderwand 206 erzeugt, wodurch bewirkt wird, dass der Abstreifring 216 eng in der Nut 218 eingefasst wird. Der Abstreifring 216 ist so bearbeitet, dass der Winkel 312 nicht nur in seinem nicht durchgebogenen Zustand, sondern auch in seinem durchgebogenen Zustand positiv ist. Das heißt, die an Punkt 224 gegen den Abstreifring 216 ausgeübten Kräfte erfolgen um den Umfang des Rings und bewirken, dass der Abstreifring 216 konstant um seinen Umfang reagiert. Das Ausmaß des Durchbiegens, das im Abstreifring 216 um die Achse 318 erfolgt, ist deshalb konstant, nicht nur aufgrund der um den Umfang angelegten gleichförmigen Kräfte, sondern auch aufgrund der Ausführung des Querschnitts des Abstreifrings 216.
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Wenn die Hin- und Herbewegung des Kolbens 210 in Aufwärtsrichtung 116 erfolgt, und der Kolben 210 über einen Ölfilm an der Zylinderwand 206 gleitet, entstehen ebenfalls Kräfte auf konstante Weise um den Umfang des Abstreifrings 216. Der zweite Winkel 314 ist innerhalb der beschriebenen Grenzen so ausgewählt, dass selbst bei voller Entspannung des Abstreifrings 216, und selbst wenn irgendwelche zusätzlichen resultierenden Kräfte während der Aufwärtsbewegung 116 gegen den Abstreifring 216 drücken, ein positiver Winkel 314 trotz des Durchbiegens in den durchgebogenen Zustand erhalten bleibt, so dass eine Gleitbewegung erfolgt. Mit anderen Worten, solch ein Winkel gewährleistet, dass unabhängig von Kräften, die während der Aufwärtsbewegung 116 des Kolbens 210 erfolgen, nichtsdestotrotz ein Freiraum in dem Bereich der Abschrägung 316 erhalten bleibt. Die Abschrägung 316 stellt, wie beschrieben, im Übrigen eine Stelle oder einen kleinen Auffangbereich bereit, wo Öl gesammelt werden kann, sollte während des Gleitvorgangs Öl mitgezogen werden.
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Somit kann ein Verdrehen in Ringen mit großem Durchmesser durch Bearbeiten der Abstreifringe statt ihres Stanzens erzeugt werden. Zu Vorteilen gehören ein konstantes Verdrehen, wodurch der untere Rand des Abstreifrings von der Lauffläche abgehoben wird, wenn sich der Kolben in Aufwärtsrichtung bewegt, und das Abstreifen wird verbessert, wenn sich der Kolben in Abwärtsrichtung bewegt. Bei einigen Anwendungen können die Ringe einen Durchmesser aufweisen, der 90 mm übertrifft.
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Demgemäß versteht sich, dass die obige Beschreibung nicht einschränkend, sondern veranschaulichend sein soll. Bei Lektüre der obigen Beschreibung würden sich viele andere Anwendungen als die gegebenen Beispiele ergeben. Der Schutzumfang der Offenbarung sollte nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. Es wird erwartet und beabsichtigt, dass zukünftige Entwicklungen in der hier besprochenen Technik auftreten werden und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in solche zukünftigen Ausführungsformen integriert werden. Zusammenfassend sollte auf der Hand liegen, dass die Erfindung modifiziert und variiert werden kann und nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt wird.
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Allen in den Ansprüchen verwendeten Begriffen soll ihre offensichtliche und gewöhnliche Bedeutung gegeben werden, wie sie von Fachleuten verstanden wird, insofern hier kein expliziter Hinweis auf das Gegenteil gemacht wird. Insbesondere sollte die Verwendung der Singularartikel wie "ein/e/r", "der/die/das" usw. so verstanden werden, dass eines oder mehrere der angegebenen Elemente aufgeführt werden, insofern ein Anspruch keine explizite Beschränkung auf das Gegenteil anführt.
