-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring mit Ölleitbohrungen, wobei der Kolbenring an einer Außenseite oder eine Lauffläche eine zumindest teilweise umlaufende Ölsammelnut aufweist, die durch Öffnungen mit einer unteren Ringflanke verbunden sind.
-
Bekannte Kolbenringe mit Öffnungen werden bisher als Ölabstreifringe eingesetzt, wobei die Öffnungen lediglich in Radialrichtung verlaufen.
-
Ein anderes Beispiel für einen Kolbenring der in Radialrichtung durchlässig ist, ist beispielsweise durch das Dokument
EP 0851984 B1 offenbart. Durch die Form des Kolbenrings kann hier Öl durch Kanäle an der unteren Ringflanke von einem Bereich hinter dem Kolbenring wieder zurück zwischen Kolbenaußenfläche und Zylinderinnenfläche gelangen.
-
Es sind jedoch auch Kolbenringe mit verschiedenen Außenkonturen bekannt. Eine Außenkontur ist beispielsweise in dem Dokument
DE 102015111306 B3 bekannt.
-
Es ist dabei wünschenswert, dass sich überschüssiges Öl einer Kolbenringnut nicht nur im Bereich des Kolbenringstoßes sammelt, sondern wieder in den Spalt zwischen Kolbenaußenfläche und Zylinderinnenfläche gelangt. Es ist insbesondere wünschenswert, dass sich durch Öl das am Ringstoß austritt, lokal keine so große Ölmenge zwischen dem Kolben und dem Zylinder ansammelt, dass es in erheblicher Menge an einem oder mehreren Kompressionsringen vorbei in den Brennraum gelangen kann.
-
Es ist insbesondere für Verbrennungsmotoren wichtig die Schmierung der Kolbenringe zu verbessern, insbesondere auch mit Hinblick auf die zunehmende Verbreitung der Start-Stopp-Automatik insbesondere bei mobilen Anwendungen.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei vorteilhafte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen beschrieben sind.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft dabei einen Kolbenring mit Ölleitbohrungen. Der Kolbenring umfasst einen Ringkörper mit einer Außenfläche, die zum größten Teil eine Lauffläche darstellen wird, eine Innenfläche sowie eine obere und untere Ringflanke. „Oben“ wird hier und im Folgenden als „Brennraum-seitig“ und „unten als Kurbelgehäuse-seitig verwendet. Der Kolbenring weist eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut an der Außenfläche bzw. der Lauffläche auf, die als Ölsammelnut bezeichnet wird. In dieser Nut kann sich Öl von dem Ölfilm ansammeln, der über den Kolbenring auf bzw. über die Zylinderinnenfläche eines Kolbenmotors gleitet. Der Kolbenring weist weiter Ölableit-Öffnungen auf, die von der Ölsammelnut zur unteren Ringflanke verlaufen. Diese Öffnungen sollen dabei als Bohrungen oder dergleichen und nicht als offene Kanäle ausgeführt sein. Die Öffnungen sind also nicht nur Einschnitte, die sich von der Ölsammelnut von der unteren Außenkante zur unteren Kolbenringflanke erstrecken, sondern sollen als eine Rohr- oder Tunnel-förmige Leitung ausgeführt sein, die sich durch den Kolbenringkörper erstreckt.
-
Die Öl-Ableitöffnungen sind dabei so ausgelegt, dass sie das Öl in Richtung oder gegen eine Flanke des Kolbens befördern. Da sich das Öl nicht stauen soll, sind weitere Maßnahmen an der unteren Kolbenringnutflanke notwendig, um das gesamte Potential des erfindungsgemäßen Kolbenrings zu nutzen.
-
Die Ölableit-Öffnungen sorgen dabei dafür, dass das sich in der Ölsammelnut ansammelnde Öl kontinuierlich in Richtung Kurbelgehäuse d.h. nach unten abgeführt wird, und zwar in dem Spalt zwischen der Kolbenaußenfläche und der Zylinderinnenfläche und nicht wie im Falle der bekannten Ölabstreifnut durch einen Kanal zu einer Innenseite des Kolbens und von dort aus zu dem Kurbelgehäuse.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform des Kolbenrings ist der Kolbenring als ein Kompressions-Kolbenring mit einer zylindrischen oder balligen Außenfläche ausgeführt. Dieser Kolbenring ist insbesondere als zweiter Kompressionsring in einem Kolben mit mehreren Kompressionsringen ausgelegt. Dieser Kompressionsring soll dabei verhindern, dass sich im Bereich des Ringstoßes dieses Rings durch dort austretendes Öl eine ungleichmäßige Ölverteilung bildet, die an dem oberen Kompressionsring vorbei in den Brennraum gelangen könnte. Bevorzugt ist die Ölsammelnut glatt in die ballige Außenfläche eingefügt. In einer derartigen Ausführung ist die Ölsammelnut ohne Kanten ausgeführt und geht in die ballige Außenfläche über. Daraus können sich auch zwei Pivotpunkte ergeben.
-
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Kolbenrings ist dieser als Ölsteuerring ausgeführt. Ölsteuerringe werden üblicherweise mit einer zumindest teilweise konischen Außenfläche als Minuten- oder Nasenminutenring ausgeführt. In dem vorliegenden Fall müsste der Minutenring als Nuten-Minutenring bezeichnet werden, da ein möglicherweise zylindrischer Teil der Außen- bzw. Lauffläche dieses Kolbenrings mit einer Nut versehen wäre, in der die Öl-Ableitöffnungen angeordnet sind.
-
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Kolbenrings ist die die Ölsammelnut in einer unteren Hälfte, bevorzugt in einem unteren Drittel der Höhe des Kolbenrings auf der Außenfläche angeordnet. Die Nut sollte sich in der Nähe eines Auflage- oder Pivotpunkts der Kolbenringkontur befinden. Damit sollte sowohl bei einer Aufwärts- als auch bei einer Abwärtsbewegung Öl in der Ölsammelnut gesammelt werden.
-
Eine weitere beispielhafte Ausführung des Kolbenrings umfasst weiter eine Ölableitnut, die in der unteren bzw. Kurbelgehäuse-seitigen Ringflanke eingebracht ist, und in die die Ölableit- Öffnungen an der unteren Ringflanke münden. In der Nut kann sich abgestreiftes Öl sammeln. Diese Ausführung ist darauf gerichtet zusammen mit einem Kolben eingesetzt zu werden, der ebenfalls über Ableitungsöffnungen in der unteren Ringflanke verfügt. Die Ölableitnut dient dazu eine Möglichkeit zu schaffen, Öl welches an bestimmten Punkten unten am Kolbenring austritt zu entsprechenden Orten an der unteren Kolbenringnutflanke des Kolbens zu leiten, an denen das abgestreifte Öl abgeleitet werden kann. Durch die Ölableitnut kann sich das Öl in Umfangsrichtung verteilen. Dies ermöglicht es insbesondere ein ungleichmäßig auf der Zylinderinnenwand verteiltes Öl in Umfangsrichtung zu verteilen, und so die Schmierung des Kolbens und der Kolbenringe entlang des gesamten Kolbenumfangs zu verbessern.
-
Bei einer zusätzlichen Ausführung des Kolbenrings endet die Ölsammelnut oder enden die Ölsammelnut und die Ölableitnut jeweils vor den Stoßenden. Dabei sind die Ölsammelnut und/oder die Ölableitnut jeweils soweit verflacht, dass kein Öl an den Stoßenden austreten kann. Es ist ebenfalls möglich, die Tiefe in Axialrichtung oder die Breite in Radialrichtung der Ölsammelnut in Umfangsrichtung zu variieren. Bevorzugt ist die Ölsammelnut im Bereich des Ringrückens am tiefsten und/oder am breitesten und wird in Richtung der Stoßenden immer flacher und/oder schmaler. Dadurch nimmt der Strömungswiderstand in Richtung des Ringrückens ab, und das abgestreifte Öl wird eher in Richtung des Ringrückens und weg von dem Ringstoß transportiert, wodurch eine zu große Ölmenge im Bereich des Ringstoßes vermieden werden kann.
-
Eine andere beispielhafte Ausführungsform des Kolbenrings umfasst Ölableit-Öffnungen die jeweils eine Radialbohrung in Radialrichtung von der Außenseite aus und eine Axialbohrung in Axialrichtung von der unteren Ringflanke aus umfassen, wobei sich jeweils zwei dieser Bohrungen in dem Kolbenring treffen. Durch die beiden Bohrungen können im wesentlichen L-förmige durchgängige Ölableitöffnung gebildet werden.
-
Der zweite Kompressionsring kann mit zwei Ölsammelnuten, einer unteren und einer oberen Ölsammelnut versehen sein. Die Bohrungen können sich in radialer und axialer Richtung erstrecken, und dafür sorgen, dass das gesamte Öl kontinuierlich in Richtung Kurbelgehäuse transportiert wird. So wird verhindert, dass sich das in der Nut gesammelte Öl nur über den Kolbenringstoß verteilen kann. In einer Ausführung kann nur die untere Ölsammelnut mit Radial- und Axialbohrungen versehen sein. In einer weiteren Ausführung können sowohl die untere als auch die obere Ölsammelnut mit den Radial- und Axialbohrungen versehen sein. In einer zusätzlichen Ausführung sind die Radial- und Axialbohrungen der unteren Ölsammelnut gegenüber den Radial- und Axialbohrungen der oberen Ölsammelnut versetzt. Es ist ebenfalls möglich nur eine Ölsammelnut zu verwenden, die glatt in die Lauffläche eingefügt ist. Beispielsweise kann die Kolbenringkontur der
DE 102015111306 B3 zusätzlich mit Ölableitöffnungen versehen werden. Es ist dabei ebenfalls vorgesehen die Ausführungen mit zwei Sammelnuten der
DE 102015111306 so umzugestalten, dass eine oder bevorzugt zwei Ölsammelnuten verwirklicht werden.
-
Die Anzahl der Bohrungen wird auf 6 bis 48 limitiert, damit das dem E-Line-Ring zugrundeliegende Prinzip nicht zerstört wird. Die Bohrungen können gleichmäßig über den Umfang des Rings verteilt sein. Bevorzugt nimmt die Dichtheit der Bohrungen jedoch in Richtung der Stoßenden zu und in Richtung des Ringrückens ab.
-
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform umfasst die Radialbohrungen jeweils in der Mitte der Ölsammelnut in Axialrichtung gesehen und/oder Axialbohrungen in der Mitte der unteren Nutflanke. Es kann auch vorgesehen sein, die Radialbohrungen jeweils in der Mitte der Ölsammelnut in Axialrichtung gesehen und die Axialbohrungen in der Mitte der unteren Ölableitnut anzuordnen. Diese Ausführungen umfassen Öffnungen, die jeweils auf beiden Seiten in der Biegerichtung von Stegen umgeben sind. Durch diese Konstruktion kann eine Kerbwirkung der Ölableitöffnungen bzw. der Bohrungen fast vollständig vermieden werden.
-
Die Bohrungen in Radialrichtung können mittig durch die Ölsammelnut auf der Lauffläche erfolgen. Die Bohrungen in Axialrichtung können mittig durch die untere Ringflanke erfolgen. Die Bohrungen in Axialrichtung können mittig durch die Ölableitnut auf der unteren Ringflanke erfolgen.
-
Die Bohrungen können dabei in etwa eine Tiefe aufweisen, die sicherstellt, dass sich die Bohrungen treffen und so die durchgängigen Ölableitöffnungen entstehen. Die Bohrungen in Radialrichtung können sich bis zur Hälfte der radialen Wandstärke des Kolbenrings erstrecken. Die Tiefe der Bohrung in axialer Richtung ist gleich dem Abstand von der unteren Flanke bis zur Mitte der Ölsammelnut auf der Lauffläche. Beim Fluss des Öls durch die Bohrungen wird (vermutlich) eine gewisse Teilmenge des Schmieröls zum Steg zwischen dem 2. und 3. Kompressionskolbenrings transportiert. Eine andere Teilmenge des Öls kann mit der Zeit den Bereich über dem 2. Kompressionsring erreichen. Durch den Aufbau der Laufflächenkontur wird dieses Schmieröl jedoch wieder eingefangen und dem Kreislauf zwischen Ölsammelnut und dem Steg unterhalb des 2. Kompressionsrings zugeführt.
-
Nach einer weiteren beispielhaften Ausführung des Kolbenrings umfasst dieser weiter einen Ringstoß und einen Ringrücken. Der Kolbenring ist am Ringstoß unterbrochen und weist dort zwei Stirnflächen auf, die in einem Abstand zueinander einander gegenüberliegen. Der Ringrücken liegt jeweils dem Ringstoß gegenüber. Die Ölableit-Öffnungen liegen gegenüber einer Ebene, die durch den Ringstoß, den Ringmittelpunkt und den Ringrücken senkrecht zu der Ringebene verläuft, spiegelsymmetrisch angeordnet. Der Ringrücken ist im Gegensatz zu dem Stoß ein größerer Bereich zwischen 10 und 20°, der bei einem Einsetzen der Kolbenringe besonders belastet wird.
-
Bei einer weiteren Ausführung des Kolbenrings nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kolbenring eine gerade Zahl von Ölableit-Öffnungen umfasst. Durch eine gerade Anzahl von symmetrisch angeordneten Ölableitöffnungen kann sichergestellt werden, dass der Bereich des Ringrückens von Bohrungen freigehalten werden kann. Der Ringrücken wird vor allem beim Einsetzen der Kolbenringe sehr stark belastet wodurch Bohrungen an dieser Stelle zu einem Ringbruch führen können. Bei einer geraden Anzahl und einer symmetrischen Anordnung bleibt der Ringrücken in dem Bereich direkt gegenüber dem Ringstoß frei von Bohrungen.
-
Bei einer anderen Ausführung des Kolbenrings sind die Ölableit-Öffnungen mit einem gleichen Winkelabstand zueinander auf dem Kolbenring angeordnet. Bei einer spezielleren Ausführung wird eine Ölableit-Öffnung, die am Ringrücken gegenüber dem Ringstoß angeordnet wäre, weggelassen. Dies entspricht einer symmetrischen Verteilung von Ölableit-Öffnungen, wobei jeweils eine Öffnung, die dort an dem Ringrücken angeordnet wäre die dem Ringstoß genau gegenüberliegt, weggelassen ist. Die anderen Ölableitöffnungen weisen jedoch jeweils zu mindestens einer benachbarten Ölableitöffnung einen gleichen Abstand auf.
-
Eine zusätzliche beispielhafte Ausführung des Kolbenrings umfasst Ölabstreiföffnungen, die nicht gleichmäßig verteilt sind, wobei ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten Ölableit-Öffnungen in Umfangsrichtung vom Ringrücken ausgehend in Richtung der Stoßenden abnimmt und bevorzugt stetig abnimmt. Hier kann durch eine geeignete Vertiefung der Ölableitöffnungen die Stabilität des Kolbenrings erhöht werden,
-
Eine weitere beispielhafte Ausführung des Kolbenrings umfasst Ölabstreiföffnungen, deren Durchmesser in Umfangsrichtung vom Ringrücken ausgehend in Richtung der Stoßenden zunimmt, bevorzugt stetig zunimmt. Dies ist so zu verstehen, dass die Ölabstreiföffnungen nahe des Ringrückens jeweils einen kleineren Durchmesser aufweisen als Ölabstreiföffnungen, die näher an den Stoßenden liegen. Auch hier kann eine höhere Ringstabilität erreicht werden, indem die Öffnungen an stärker belasteten Abschnitten des Kolbenrings kleiner ausgeführt sind als an den geringer belasteten Stellen nahe der Stoßenden.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben mit Ölleitbohrungen bzw. Ölleittunneln bereitgestellt. Der Kolben umfasst einen Kolbenkörper mit einem Kolbenboden und einer Kolbenaußenfläche, wobei mindestens drei Kolbenringnuten, mindestens eine Kompressionskolbenringnut, mindestens eine Ölsteuerringnut und mindestens eine Ölabstreifringnut, an der Kolbenaußenfläche angeordnet sind. Jede der Kolbenringnuten umfasst eine obere Kolbenringnutflanke, einen Kolbenringgrund und eine untere Kolbenringnutflanke. Bei mindestens einer unteren Kolbenringnutflanke einer Ölsteuerringnut und/oder einer unteren Kolbenringnutflanke einer Kompressionskolbenringnut sind Ölleittunnel angeordnet, die von der unteren Kolbenringnutflanke zu der Kolbenaußenfläche unterhalb der unteren Kolbenringnutflanke führen.
-
Die Ölleittunnel leiten das Öl also nicht wie im Falle von Kanälen der Ölabstreifringe nach innen zu dem Kurbelgehäuse, sondern in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder unterhalb des Kolbenrings, spezieller zwischen den Kolbenring und den nächsten darunterliegenden Kolbenring.
-
Die Ölleittunnel sollen so in der unteren Kolbenringnutflanke angeordnet sein, so dass sie in einem eingebauten Zustand in Radialrichtung mit den Ölableitöffnungen des jeweiligen Kolbenrings überlappen. Die Öffnungen der Ölleittunnel können in der unteren Kolbenringnutflanke klein gehalten werden, sofern der Kolbenring eine Ölableitnut aufweist, die einen Versatz zwischen den Ölableitöffnungen und den Öltunneln in Umfangsrichtung ausgleichen kann.
-
Bei einer anderen Ausführung des Kolbens mit Ölleittunneln sind weiter bei mindestens einer unteren Kolbenringnutflanke einer Ölsteuerringnut und/oder einer unteren Kolbenringnutflanke einer Kompressionskolbenringnut jeweils eine Ölleitnut angeordnet, die in dem Ölleittunnel münden.
-
Diese Ausführung ist für einen Kolbenring bestimmt, der keine Ölableitnut aufweist und wobei die Nut dazu dient, einen Versatz der Ölableitöffnungen und der Ölleitunnel in Umfangsrichtung auszugleichen.
-
Die Ölsammelnut ist immer im Kolbenring angeordnet. Die Ölableitnut wird bevorzugt in dem Kolbenring angeordnet, da sie so ausgeführt werden kann, dass sie in Umfangsrichtung vor dem Ringstoß endet, wodurch verhindert werden kann, dass das Öl aus der Ölsammelnut zum Ringstoß geleitet wird. Gleiches gilt auch für die Ölsammelnut, die ebenfalls in einer Ausführung in Umfangsrichtung vor dem Ringstoß endet. Dies ist ebenfalls bei Kolben möglich, sofern der Ringstoß in Umfangsrichtung gegenüber dem Kolben festgelegt ist, wie es bei manchen Zweitaktmotoren der Fall ist. In dieser Ausführung kann auch die Ölableitnut in dem Kolben vor dem Ringstoß enden. Durch diese Ausführung kann ebenfalls die Menge an Öl die aus der Kolbenringnut über den Ringstoß über den Kolbenring gelangt verringert werden.
-
In den Figuren werden verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung anhand von schematischen Darstellungen veranschaulicht, die nicht Maßstabgerecht sind.
-
Die 1 bis 5 zeigen Schnittansichten von Ausführungen erfindungsgemäßer Kolbenringe, die in teilweise erfindungsgemäße Kolben eingesetzt sind.
-
Die 6A und 6B stellen eine Schrägansicht und eine Detailansicht auf einen Ringrücken eines erfindungsgemäßen Kolbenrings dar.
-
Die 7 bis 11 zeigen Schnittansichten von Ausführungen erfindungsgemäßer Kolbenringe in Axialrichtung auf jeweils die untere Kolbenringflanke.
-
Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung wie auch in den Figuren gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Elemente und Komponenten Bezug zu nehmen.
-
Die 1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Kolbenrings in einem, in einen herkömmlichen Kolben eingebauten Zustand. Der Kolbenring 2 umfasst einen Ringköper 4, mit einer Außenfläche 6, einer unteren Ringflanke 8, einer Innenfläche 10 und einer oberen Ringflanke 12. Der Kolbenring 2 weist an der Außenfläche 6 eine in Umfangsrichtung verlaufende Ölsammelnut 14 auf, die vor den Stoßenden enden kann. Von der Ölsammelnut 14 verlaufen Ölableit-Öffnungen 16 zur unteren Ringflanke 8. Die Ölableit-Öffnungen sind hier als Bohrungen ausgeführt, die sich im Inneren des Ringkörpers 4 treffen. Es verlaufen Radialbohrungen 18 von der Außenseite bzw. der Ölsammelnut 14 in Radialrichtung in den Ringkörper hinein, und treffen dort jeweils auf eine Axialbohrung die von der unteren Ringflanke in Axialrichtung 20 in Richtung oberer Ringflanke 12 verläuft. Der Kolbenring 2 ist in einer Kolbenringnut 52 in dem Kolben 50 angeordnet und liegt mit seiner unteren Kolbenringflanke 8 gegen die untere Kolbenringnutflanke 54 an.
-
In dieser Ausführung sind die Radialbohrungen 18 sehr kurz ausgeführt und die Axialbohrungen 20 sind an der Außenseite des Kolbenrings angebracht. Die Ölsammelnut 14 ist unterhalb eines Pivotpunkts P des als Kompressionskolbenring 40 ausgeführten Kolbenrings 2 angeordnet, um bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 50 Öl 60, das an einer Zylinderinnenwand eines Zylinders 70 anhaftet abzustreifen und in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder unterhalb des Kolbenrings 2 zu befördern. Hier wird betont, dass der Kolbenring vorzugsweise unterhalb eines darüber liegenden Kompressionskolbenring ohne Ölableitöffnungen angeordnet.
-
Hier trägt die Ölsammelnut 14 dazu bei in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteiltes Öl in Umfangsrichtung zu verteilen. Die Ölsammelnut 14 erstreckt sich dabei über einen Großteil des Umfangs während die Ölableit-Öffnungen 16 jeweils nur einen sehr geringen Teil der Umfangsfläche abdecken.
-
Abgestreiftes Öl 60 wird nahezu über den gesamten Umfang in der Ölabstreifnut gesammelt und kann sich in Umfangsrichtung um den Kolbenring verteilen, gelangt so zu den Ölableitöffnungen 16 durch die das Öl 60 wieder zurück in den Spalt zwischen Kolben 50 und Zylinder 70 unterhalb des Kolbenrings 2 fließen kann.
-
Die Ausführung von 1 wirkt ähnlich wie eine Nase bei einem Nasen-Minutenring, wird jedoch bei einem Kompressionsring und nicht bei einem Öl-Steuerring eingesetzt.
-
Die 2A zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Kolbenrings. Die 2A entspricht in vielen Teilen der 1, daher werden die gesamten Elemente und Komponenten, die sich in Bezug auf die 1 nicht geändert haben nicht gesondert wiederholt. Im Gegensatz zu der 1 sind die Radialbohrungen 18 viel tiefer ausgeführt und erstrecken sich über die Hälfte der radialen Dicke des Kolbenrings 2. Die Axialbohrungen 20 der Ölableitöffnungen 16 liegen in Radialrichtung viel weiter innen als bei der 1. Die Axialbohrungen 20 münden dabei in eine Kolbenring-Ölableitnut 22. In der 2A kann sich das gesammelte Öl lediglich in Umfangsrichtung verteilen, oder Sickermengen können durch den Spalt zwischen unterer Kolbringflanke 8 und der unteren Kolbenringnutflanke 54 entweder hinter den Kolbenring in die Kolbenringnut oder zurück zwischen Kolben 50 und Zylinderinnenwand 70 sickern. Das Öl kann sich hier noch in Umfangsrichtung entlang der Kolbenring-Ölableitnut 22 über den gesamten Umfang verteilen, und würde in Richtung des Kolbenringstoß fließen und dort austreten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf gerichtet die Menge Öl, die am Stoß austritt zu verringern, um eine ungleichmäßige Ölverteilung in Umfangsrichtung zu vermeiden, weshalb die Kolbenring-Ölableitnut 22 bevorzugt vor den Stoßenden endet. Dieser Aspekt wird in der 2A näher dargestellt.
-
Die 2B ist soweit es den Kolbenring betrifft identisch zu der 2A. Die 2B unterscheidet sich durch die Ölleittunnel 26, die in mehr oder weniger gleichmäßigen Abständen von der unteren Kolbenringnutflanke 54 zu einer Außenseite des Kolbens 50 unterhalb der Kolbenringnut 52 führen. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Ölleittunnel 26 wird Öl das ungleichmäßig an der Zylinderinnenwand verteilt war, von der Ölsammelnut 14 aufgenommen und über die Ölleitöffnungen 16 zu der Kolbenring-Ölableitnut 22 geleitet. In der Kolbenring-Ölableitnut 22 kann sich das Öl 60 weiter in Umfangsrichtung verteilen und wird durch die Ölleitunnel 26 unterhalb des Kolbenrings 2 bzw. der Kolbenringnut 52 gleichmäßig verteilt zurück in den Spalt zwischen Kolben 50 und Zylinder 70 zurückgeleitet. So kann ein in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteiltes Öl wieder gleichmäßiger über den gesamten Umfang des Kolbens verteilt werden. In der Ausführung der 2B wird die gesamte Funktion der vorliegenden Erfindung am deutlichsten. Die 2A wurde verwendet, um zu verdeutlichen, dass die Ölableit-Öffnungen 16 und die Ölleittunnel 26 nicht unbedingt übereinander liegen müssen.
-
3A und 3B unterscheiden sich von den 2A und 2B nur insofern, dass anstelle der Kolbenring-Ölableitnut 22 ein Kolben-Ölverteilnut 24 Verwendung findet, die in die untere Flanke der Kolbenringnut 54 und nicht in die untere Kolbenringflanke eingearbeitet ist. Die verwendeten Wirkprinzipien sind dabei im Wesentlichen die gleichen wie bei den 2A und 2B. Da die Kolben-Ölverteilnut 24 in der unteren Kolbenringnutflanke angeordnet ist kann das Öl auch in Umfangsrichtung bis zu dem Kolbenringstoß gelangen, und dort austreten, weshalb die Lösung der 2A und 2B von diesem Gesichtspunkt her optimaler zu sein scheinen.
-
Bei Kolbenringen, die sich nicht in Umfangsrichtung bewegen können, kann auf die Kolbenring-Ölableitnut 22 oder Kolben-Ölverteilnut 24 komplett verzichtet werden, wenn die Ölableit-Öffnungen 16, bzw. die Axialbohrungen 20 mit dem Ölleittunnel 26 ausgerichtet sind.
-
4 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Kolben-Ölverteilnut 24 der 3A und 3B bis auf eine Kolben-Ölverteilfase 28 reduziert sind. Die Axialbohrungen 20 sind weiter zum Rand versetzt, und die Kolben-Ölverteilnut 24 ist soweit in Radialrichtung nach außen versetzt, dass sie sich bis über die Außenkante der unteren Flanke der Kolbenringnut 54 erstreckt. Diese Ausführung stellt einen Übergang von der Ausführung von 1 zu der der 2A und 2B dar.
-
Die 5A und 5B entsprechen im Wesentlichen den Ausführungen der 2A und 2B. Im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen wird die Erfindung hier an einem Ölsteuerring in Form eines Minuten-Rings angewendet. Die Ölabstreifnut ist hier viel kleiner und viel näher an der unteren Flanke ausgeführt. In der 5B ist auch ein Ölleittunnel 26 dargestellt. Die vorliegende Erfindung lässt sich vornehmlich bei 2, 3, oder 4 Kompressionskolbenringen einsetzen, lässt sich jedoch ebenfalls bei Ölsteuerringen verwenden.
-
Die 5C entspricht weitgehend den Ausführungen der 2A und 2B, wobei jeodch eine andere Laufflächenkontur eingesetzt wird, und wobei die Ölsammelnut glatt in die Laufflächenkontur eingepasst ist. Weiterhing umfasst die Laufflächenkontur der Ausführung der 5C weiter zwei Pivotpunkte, die jeweils zum Tragen kommen wenn der Ring in der Nut twistet.
-
Die 6A und 6B stellen eine Schrägansicht und eine Detailansicht auf einen Ringrücken eines erfindungsgemäßen Kolbenrings dar. In 6A ist ein Kolbenring 2 dargestellt. Der Kolbenring weist eine Außen- oder Lauffläche 6 auf, die an dem Bereich, der dem Kurbelgehäuse näher liegt mit einer Ölsammelnut 14 versehen ist. Weiterhin sind noch die obere Kolbenringflanke 12, die Kolbenringinnenfläche 10 und die Ölleitöffnungen 16 in der Ölsammelnut 14 dargestellt. Weiter umfasst die 6A ein Rechteck, das anzeigt wo sich der Ausschnitt von 6B befindet.
-
6B stellt eine Teil-Aufsicht von 6A dar, wobei die Ölsammelnut 14 in der Außen- oder Lauffläche 6 deutlich dargestellt ist. In der Ölsammelnut 14 ist eine Radialbohrung 18 angebracht, die sich in Radialrichtung von einem Grund der Ölsammelnut 14 nach innen erstreckt. Durch gestrichelte Linien ist die Axialbohrung 20 dargestellt, die eine Verbindung von der Ölsammelnut 14 über die Radialbohrung 18 zu der unteren Kolbenringflanke darstellt. Die Radialbohrung 18 und die Axialbohrung 20 bilden zusammen die Ölableitöffnung 16. Diese Form der Ölableitöffnung 16 weist den Vorteil auf, dass beide Bohrungen nahe der Neutralen Faser des Kolbenrings ausgeführt werden können, wodurch die Kerbwirkung die eine erhöhte Gefahr eines Ringbruchs mit sich bringt verringert werden kann.
-
Die 7 bis 11 zeigen Schnittansichten von Ausführungen erfindungsgemäßer Kolbenringe in Axialrichtung auf jeweils die untere Kolbenringflanke, und sind nicht maßstabgetreu.
-
7 stellt eine Ausführung dar, bei der 6 Ölableitöffnung 16 an dem Kolbenring angeordnet sind. Die Ölableitöffnungen 16 sind dabei gleichmäßig verteilt. Die dargestellte Verteilung würde acht Ölableitöffnungen 16 ermöglichen. Eine Ölableitöffnung 16 würde mit dem Stoß oder Ringstoß 30 zusammenfallen und wurde daher weggelassen. Den Bereich gegenüber des Ringstoßes nennt man Ringrücken, und die Ölableitöffnung 16, die dort angeordnet wäre wurde ebenfalls weggelassen, wie durch das X angedeutet ist. Bevorzugt wird der Ringrücken von Ölableitöffnungen 16 freigehalten, da dieser Bereich des Rings insbesondere bei der Montage des Rings äußerst stark belastet wird, und die Gefahr eines Ringbruchs bestehen würde. Zur Veranschaulichung wurde eine gestrichelte Linie, die die Ölsammelnut 14 darstellt weggelassen.
-
8 stellt den Gegenstand von 7 mit zusätzlichen Winkelmaßen dar, die einen gleichmäßigen Winkelabstand einer Ölableitöffnung 16 zu mindestens einer benachbarten Ölableitöffnung 16 verdeutlichen. Zudem ist eine Symmetrieachse S dargestellt, die eine Spiegelsymmetrische Verteilung der Ölableitöffnungen 16 angibt. Diese Ausführung kann abgewandelt werden, indem jeweils eine gerade Zahl von n Ölableitöffnung 16, in einem Abstand von 360°/(n+1), 360°/(n+2) oder 360°/(n+3) zueinander angeordnet werden. Im Fall von 360°/(n+1) sind die Ölableitöffnungen 16 ausgehend von einer Ölableitöffnung, die sich am Stoß befinden würde gleichmäßig auf dem Ring verteilt. Im Fall von 360°/(n+2) sind die Ölableitöffnungen 16 ausgehend von einer Ölableitöffnung, die sich am Stoß befinden würde gleichmäßig auf dem Ring verteilt, wobei die Ölableitöffnung die am Ringrücken gegenüber vom Stoß 30 liegen würde ebenfalls weggelassen wird. Im Fall von 360°/(n+3) sind die Ölableitöffnungen 16 ausgehend von einer Ölableitöffnung, die sich am Stoß befinden würde gleichmäßig auf dem Ring verteilt, wobei zwei Ölableitöffnung die sich nahe am Ringrücken gegenüber vom Stoß 30 liegen würde ebenfalls weggelassen werden.
-
In der Figur ist der Fall 360°/(n+2) für sechs Ölableitöffnungen 16 dargestellt, was einen Winkelabstand von 360°/8 = 45° zu mindestens einer benachbarten Ölableitöffnung 16 ergibt.
-
Die 9 entspricht im Wesentlichen der 8, wobei die Winkelabstände zwischen benachbarten Ölableitöffnungen 16 von dem Ringrücken in Richtung des Ringstoßes 30 abnimmt. Auch hier sind die Ölableitöffnungen 16 in Bezug auf die Symmetrieachse S spiegelsymmetrisch angeordnet. Durch diese Verteilung kann ein größerer Bereich des Ringrückens von Ölableitöffnungen 16 freigehalten werden.
-
10 stellt eine weitere Ausführung dar, bei der die jeweiligen Durchmesser der Ölableitöffnungen 16, bzw. der Radialbohrungen 18 und der Axialbohrungen 20 sich über den Umfang des Kolbenrings 2 verändern. Hier weisen die Ölableitöffnungen 16 nahe des Stoßes 30 einen größeren Durchmesser auf als die Ölableitöffnungen 16 die näher am Ringrücken liegen. Dadurch kann die Stabilität des Rings weiter erhöht werden, da der Ring näher an den Stoßenden weniger stark belastet wird, und daher auch größere Ölableitöffnungen 16 keine Gefahr eines Ringbruches mit sich bringen. Im höher belasteten Bereich näher am Ringrücken schwächen die kleineren Öffnungen den Ringkörper weniger, sodass hier die Gefahr eines Ringbruchs weiter verringert werden kann.
-
In der 10 ist zudem die Ölsammelnut 14 dargestellt, wie sie kurz vor den Stoßenden aufhört bzw. endet. Durch diese Konstruktion kann verhindert werden, dass zusätzliches Öl zu dem Stoß fließt und dort zu einer noch stärker ungleichmäßigen Ölverteilung beiträgt.
-
11 zeigt den Kolbenring von 10, wobei die Ölsammelnut 14 weggelassen wurde, und dafür eine Kolbenring-Ölableitnut 22 dargestellt ist. Wie die Ölsammelnut 14 von 10, endet auch die Kolbenring-Ölableitnut 22 vor den Stoßenden 30. Die Kolbenring-Ölableitnut 22 ist an der unteren Kolbenringflanke angeordnet, und die Ölableitöffnungen 16 bzw. die Axialbohrungen 20 münden in die Kolbenring-Ölableitnut 22. Weiterhin ist die Breite der Kolbenring-Ölableitnut 22 im Bereich des Ringrückens verringert, um die Ringstruktur in diesem Bereich weniger stark zu schwächen. Es kann auch vorgesehen sein , dass die Kolbenring-Ölableitnut 22 zweiteilig ausgeführt ist, und jeweils vor dem Ringrücken und vor dem Ringstoß 30 endet, um die Stabilität des Kolbenrings am Ringrücken weiter zu erhöhen.
-
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann Öl, das ungleichmäßig an der Zylinderinnenwand verteilt ist, viel besser in Umfangsrichtung verteilt werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann sichergestellt werden, dass örtlich im Überschuss vorhandenes Öl nicht als dicker Ölfilm an oberen Kompressionsringen vorbei in den Brennraum gelangen und dort verbrannt werden kann. Dies kann auftreten, wenn zu viel Öl hinter den Kolbenring gelangt, und über den Ringstoß wieder zurück zwischen Kolben und Zylinder gelangt. Hier kann sich eine Ölspur bilden, die an einem darüber liegenden Kompressionsring vorbei in den Brennraum gelangen kann. Bei solchen Motoren kann der erfinderische Kolbenring zusammen mit einem entsprechenden Kolben gewährleisten, dass überschüssiges Öl aus dem Schmiersystem abtransportiert wird. Dafür benötigt es einen Drück in der Nut, der durch das Überangebot an Öl entsteht, und der den Transport entlang der Bohrungen und den Nuten ermöglicht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kolbenring
- 4
- Ringköper/Kolbenringkörper
- 6
- Außenfläche
- 8
- untere Ringflanke
- 10
- Innenfläche
- 12
- obere Ringflanke
- 14
- Ölsammelnut
- 16
- Ölableit-Öffnungen
- 18
- Radialbohrung
- 20
- Axialbohrung
- 22
- Kolbenring-Ölableitnut
- 24
- Kolben-Ölverteilnut
- 26
- Ölleittunnel
- 28
- Kolben-Ölverteilfase
- 30
- Stoß
- 40
- Kompressionskolbenring
- 42
- Ölsteuer- bzw. Minuten-Kolbenring
- 50
- Kolben
- 52
- Kolbenringnut
- 54
- untere Flanke der Kolbenringnut
- 60
- Öl
- 70
- Zylinderinnenwand / Zylinder
- P
- Pivotpunkt
- S
- Symmetrieachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0851984 B1 [0003]
- DE 102015111306 B3 [0004, 0017]
- DE 102015111306 [0017]
