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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/793.401, eingereicht am 15. März 2013, deren Inhalt hiermit in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Kolbenringdichtungen sind allgemein in einer Nut gelagert, die in dem äußeren Umfang eines Kolbens gebildet ist und erfüllen mindestens zwei Funktionen, um den effizienten Betrieb des Motors zu gewährleisten. Erstens verhindern die Ringdichtungen während des Arbeitstakts, dass Gase unter hohem Druck an dem Kolben vorbeiströmen. Daher wird die maximale Antriebskraft auf den Kolben ausgeübt. Zweitens verhindern die Ringdichtungen beim Rückhub, dass Schmiermittel in den Brennraum eintreten und verbraucht werden. Wenn die Ringdichtungen nicht effizient funktionieren, entwickelt der Motor aufgrund des „Blowbys“ während des Arbeitstaktes nicht die maximale Kraft. Zusätzlich treten Schmiermittel in den Brennraum ein, wenn die Ringdichtungen während des Rückhubes undicht sind, wodurch durch den Auspufftakt die Verbrennungseffizienz verringert und die Luftverschmutzung erhöht wird. Allgemein stellt die Ringdichtung die Grenzfläche zwischen dem Kolben und der Zylinderwand dar. Demgemäß bestimmt die allgemeine Konfiguration der Ringdichtung zumindest teilweise die Reibung zwischen der Kolbenanordnung und den Oberflächen der Motorbohrung während des Betriebs. Ferner beeinflusst diese Reibungseigenschaft die Effizienz des Motors, sodass eine verringerte Reibung allgemein zu einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt.
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Eine bekannte Kolbenringausführung schließt zwei getrennte Kolbenringe ein, die die Oberfläche der Motorbohrung berühren, um eine Dichtung bereitzustellen. Ein Aufweitelement, das Stege für jeden der zwei Ringe aufweist, treibt die Ringe im Wesentlichen nach außen gegen eine zugehörige Zylinderbohrungsoberfläche. Allgemein muss die Spannung der Ringe hoch genug sein, um ein Blowby von Motoröl zu verhindern.
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Größere Spannung erhöht jedoch die Reibung und verringert auch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
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Demgemäß besteht ein Bedarf an einer Kolbenringausführung, die diese Faktoren ausgleicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kolbenanordnung;
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2 ist eine fragmentarische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Kolbenanordnung; und
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3 ist ein Verfahrensablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Kolbenringanordnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Anschauliche Beispiele sind nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Obwohl die Zeichnungen die hierin beschriebenen beispielhaften Veranschaulichungen darstellen, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und bestimmte Strukturelemente können übertrieben sein, um den innovativen Aspekt einer beispielhaften Veranschaulichung besser zu veranschaulichen und zu erklären. Ferner zielen die hierin beschriebenen beispielhaften Veranschaulichungen nicht darauf ab, vollständig zu sein, oder die in den Zeichnungen gezeigte und in der folgenden ausführlichen Beschreibung offenbarte präzise Form und Konfiguration anders zu begrenzen oder einzuschränken.
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In der Beschreibung bedeuten Verweise auf „eine beispielhafte Veranschaulichung“, ein „Beispiel“ oder ähnliche Ausdrücke, dass ein bestimmtes Strukturelement, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, die in Verbindung mit dem beispielhaften Zugang beschrieben werden, in zumindest einer Veranschaulichung eingeschlossen ist. Das Auftreten der Phrase „in einer Veranschaulichung“ oder ähnlicher Ausdrücke an verschiedenen Stellen der Beschreibung beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Veranschaulichung oder dasselbe Beispiel.
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Beispielhafte Veranschaulichungen einer Kolbenanordnung und einer Kolbenringanordnung, die selektiv innerhalb einer am äußeren Umfang angeordneten Nut eines Kolbens angeordnet sein kann, sind hierin bereitgestellt. Eine beispielhafte Kolbenringanordnung kann obere und untere Ölabstreiflamellenringe einschließen, die selektiv innerhalb der Kolbennut angeordnet sind. Jede der oberen und unteren Ölabstreiflamellenringe umfasst obere bzw. untere Dichtungsoberflächen, die konfiguriert sind, um gegen die Kolbenbohrungsoberfläche eines Motors zu dichten. Eine radiale Breite des oberen Abstreiflamellenrings kann sich von einer radialen Breite des unteren Abstreiflamellenrings unterscheiden. Die beispielhafte Anordnung kann ferner ein Aufweitelement umfassen, das selektiv in der Nut des Kolbens angeordnet ist. Das Aufweitelement ist allgemein konfiguriert, um die oberen und unteren Ölabstreiflamellenringe radial nach außen zu drücken, um eine Kolbenbohrungsoberfläche zu berühren.
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Weitere beispielhafte Veranschaulichungen zielen auf ein Verfahren zum Dichten einer Kolbenbohrungsoberfläche ab. Ein beispielhaftes Verfahren zum Dichten einer Kolbenbohrungsoberfläche kann das Bereitstellen eines oberen und unteren Abstreiflamellenrings einschließen, die selektiv innerhalb einer Kolbennut eines Kolbens angeordnet sind. Jeder der oberen und unteren Ölabstreiflamellenringe umfasst obere bzw. untere Dichtungsoberflächen, die konfiguriert sind, um gegen die Kolbenbohrungsoberfläche eines Motors zu dichten. Der obere Ölabstreiflamellenring definiert eine erste radiale Breite, während der untere Ölabstreiflamellenring eine zweite radiale Breite definiert. Die erste und zweite radiale Breite kann eine unterschiedliche Größenordnung aufweisen. Demgemäß kann aufgrund der unterschiedlichen Breiten der oberen und unteren Ölabstreiflamellenringe allgemein eine Torsionskraft auf das Aufweitelement ausgeübt werden.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine beispielhafte Veranschaulichung einer Kolbenanordnung 100 gezeigt. Eine Kolbenanordnung 100 kann innerhalb einer Bohrung (siehe 2) 200 eines Motorblocks, der eine Bohrungsoberfläche 202 definiert, aufgenommen werden. Eine Kolbenanordnung 100 umfasst einen Hauptkörper 102. Der Hauptkörper 102 umfasst zwei am äußeren Umfang angeordnete obere Nuten 104a, 104b, die obere Kolbenringe 108a bzw. 108b aufnehmen. Ein Hauptkörper 102 umfasst auch eine zweite am äußeren Umfangang angeordnete Nut 106, die eine Ölabstreiflamellenringanordnung 110 aufnimmt. Obwohl drei Nuten 104a, 104b, 106 gezeigt sind, die Kolbenringe 108a bzw. 108b bzw. eine Ölabstreiflamellenringanordnung 110 aufnehmen, kann eine beliebige Anzahl von Nuten an einem Kolbenhauptkörper 102 bereitgestellt sein.
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Allgemein können beispielhafte Kolbenringanordnungen aufgrund allgemein fehlangepasster radialer Breiten der oberen und unteren Ölabstreiflamellenringe eine geringere Spannung gegen einen zugehörigen Kolben oder eine zugehörige Oberfläche erfahren. Vergleichsweise unterstreichen frühere Ansätze im Wesentlichen gleichgroße Lamellenringe mit radialen Breiten, um das Gleichgewicht des Aufweitelements beizubehalten, aber auch, um die Spannung gegen die äußere Bohrungsoberfläche zu erhöhen.
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Nichtsdestotrotz wurde diese Verringerung der Spannung und der damit einhergehende Gewinn in der Kraftstoffwirtschaftlichkeit erreicht, ohne den Ölverbrauch zu opfern. Genauer gesagt tendiert der Unterschied in der radialen Breite, der die Spannung seiner Ringanordnung gegen die Zylinderbohrungsoberfläche insgesamt verringert, auch dazu, eine Torsionskraft das Aufweitelement auszuüben. Die Torsionskraft kann allgemein das Dichten der äußeren Zylinderbohrungsoberfläche erleichtern.
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Genauer gesagt, nun auf 2 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Veranschaulichung einer Kolbenringanordnung 110 ausführlicher beschrieben. Eine beispielhafte Kolbenringanordnung wie die in 2 veranschaulichte Ölabstreiflamellenringanordnung 110 kann ein geteiltes Aufweitelement 112, einen geteilten oberen Ölabstreifring 114 und einen geteilten unteren Ölabstreifring 118 umfassen. Die Ölabstreifringe 114, 118 und das Aufweitelement 112 können sich allgemein um einen Gesamt-Außenumfang des Kolbenhauptkörpers 102 ausdehnen. Wie in 2 gezeigt, ist der obere Ölabstreifring 114 in axialer Richtung über dem Aufweitelement 112 angeordnet, d.h. in paralleler Richtung zu der Bohrungsoberfläche 202 und allgemein übereinstimmend mit der Bewegungsrichtung des Kolbens während des Betriebs. Der untere Ölabstreifring 118 ist axial unter dem Aufweitelement 112 angeordnet. Das Aufweitelement 112 ist selektiv innerhalb der Nut 106 zwischen dem oberen und dem unteren Ölabstreifring 114, 118 angeordnet.
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Das Aufweitelement 112 ist mit der Nut 106 angeordnet und konfiguriert, um den oberen und den unteren Ölabstreifring 114, 118 allgemein radial nach außen zu drücken, in Eingriff zu bringen oder anderweitig voranzutreiben, wodurch allgemein äußere Dichtungsoberflächen 120a, 120b der Ringe 114, 118 gegen die Kolbenbohrungsoberfläche 202 aufrecht erhalten werden. Die Dichtungsoberflächen 120, durch allgemein aufrecht erhaltenen Kontakt mit der Kolbenbohrungsoberfläche 202, können daher allgemein verhindern, dass Schmiermittel wie Öl, z.B. aus einem Motorkurbelgehäuse, nach oben in den Brennraum austreten. Ferner können die Dichtungsoberflächen 120 Schmiermittel von der Bohrungsoberfläche 202 abstreifen, wodurch es dem Schmiermittel ermöglicht wird, in das Motorkurbelgehäuse (nicht gezeigt) zurückzukehren, z.B. durch einen ringförmigen Kanal um den Kolbenhauptkörper 102 oder durch Öffnungen (nicht gezeigt), die in das Innere des Kolbenhauptkörpers 102 führen. Wie in 1 und 2 gezeigt, können die Dichtungsoberflächen 120 allgemein gerundet sein. Alternativ dazu können die Dichtungsoberflächen 120 allgemein flach sein, und parallel zu der Bohrungsoberfläche 202 ausgerichtet sein oder leicht versetzt zu der Bohrungsoberfläche 202 ausgerichtet sein, wie nachfolgend genauer beschrieben.
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Jeder der Ölabstreifringe 114 und 118 definiert allgemein eine äußerste Außenseite, die radial außerhalb des Kolbenkörpers 102 und der Nut 106 angeordnet ist. Die Ölabstreifringe 114, 118 können daher einen äußeren Durchmesser DPR definieren, wie am besten in 1 zu sehen. Ferner ist dieser äußere Durchmesser weniger als ein äußerer Durchmesser des Kolbenhauptkörpers 102, in 1 als DP dargestellt. Daher sind die Dichtungsoberflächen 120a, 120b die einzigen Teile der Ölabstreiflamellenringanordnung 110, die eine Kolbenbohrungsoberfläche 202 berühren. Außerdem, wie nachfolgend beschrieben, kann in einigen Fällen eine der Dichtungsoberflächen 120a, 120b während des Betriebs nicht mit der Bohrungsoberfläche 202 in Kontakt sein. Die Ringe 114, 118 können relativ dünn sein, sodass die Dichtungsoberflächen 120 eine kleine Axialhöhe definieren, wodurch sie allgemein die Reibung zwischen einer Ölabstreifringanordnung 110 und einer Bohrungsoberfläche 202 verringern.
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Die Ringe 114, 118 können unterschiedliche radiale Breiten aufweisen, sodass das Aufweitelement 112 in Bezug auf die Nut 106 versetzt oder leicht gedreht ist. In einer beispielhaften Veranschaulichung weist ein oberer Ölabstreiflamellenring 114 eine größere radiale Breite WU auf als der untere Ölabstreiflamellenring 118, der eine geringere radiale Breite WL aufweist. Demgemäß kann eine Torsionskraft, ausgeübt durch die fehlgepaarte Ölabstreiflamellenringe 114, 118, dazu tendieren, das Aufweitelement 112 in eine Richtung R zu drehen, sodass eine obere äußere Kante 122 des Aufweitelements in Bezug auf die Kolbennut 106 radial nach innen vorangetrieben wird, sodass die obere äußere Kante 122 des Aufweitelements weiter von der Kolbenbohrungsoberfläche 202 entfernt ist als eine untere äußere Kante 124 des Aufweitelements 112.
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Während der obere Ölabstreiflamellenring 114 in dem in 2 gezeigten Beispiel eine größere radiale Breite WU als die radiale Breite WL des unteren Ölabstreiflamellenrings 118 aufweist, und während das veranschaulichte Beispiel als vorteilhaft empfunden wurde, kann ein oberer Abstreiflamellenring in anderen beispielhaften Ansätzen eine geringere radiale Breite als jene des unteren Ölabstreiflamellenrings aufweisen. In solchen alternativen Ansätzen würde die Torsionskraft auf das Aufweitelement die Drehung des Aufweitelements 112 in die entgegengesetzte Richtung, d.h. entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung R vorantreiben, sodass die obere äußere Kante 122 des Aufweitelements 112 näher zu der Bohrungsoberfläche 202 ist als die untere äußere Kante 124 des Aufweitelements 112.
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Wie oben angemerkt, tendiert eine Torsionskraft, die durch die fehlangepassten radialen Breiten WU, WL der Ringe 114 bzw. 118 auf das Aufweitelement 112 ausgeübt wird, dazu, die obere äußere Kante 122 von der zugehörigen Kolbenbohrungsoberfläche 202 wegzutreiben und die untere äußere Kante 124 zu der zugehörigen Kolbenbohrungsoberfläche 202 hinzutreiben. Außerdem kann die obere äußere Kante 122 des Aufweitelements 112 allgemein den oberen Ölabstreiflamellenring 114 nach oben gegen eine obere Seite 126 der Kolbennut 106 drücken. Die obere äußere Kante 122 des Aufweitelements 112 übt die nach oben gerichtete Axialkraft auf den oberen Ölabstreiflamellenring 114 in einer radialen Position, die auf dem Ölabstreiflamellenring 114 radial nach außen angeordnet ist, aus. Demgemäß resultiert die axial nach oben gerichtete Kraft, die durch das Aufweitelement 112 auf den Lamellenring 114 ausgeübt wird, in einer unterschiedlichen Dichtungswirkung im Vergleich zu traditionellen Ansätzen, wo die Axialkraft entlang eines inneren Durchmessers des Rings auf einen Ring ausgeübt wird. Genauer gesagt kann die Ausübung einer Axialkraft auf den Lamellenring 114 aus einer radial äußeren Position auf das Aufweitelement 112, d.h. von der oberen äußeren Kante 122, in einer effektiveren Dichtung zwischen dem Ring 114 und der oberen Fläche 126 der Nut 106 resultieren, als wenn die Axialkraft auf den Ring 114 aus einer radial inneren Position, z.B. entlang eines inneren Durchmessers des Rings 114, ausgeübt wird. Demgemäß kann der zusätzliche Druck, der durch das Aufweitelement 112 auf den oberen Ölabstreiflamellenring 114 ausgeübt wird, das Dichten der Nut 106 weiter verbessern.
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Ferner ist in 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 300 veranschaulicht. Ein Verfahren 300 kann bei Block 302 beginnen, wo ein oberer Ölabstreiflamellenring bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, ein oberer Ölabstreifring 114 selektiv innerhalb einer Kolbennut 106 angeordnet werden. Zusätzlich kann der Ring eine Dichtungsoberfläche 120a umfassen, die konfiguriert ist, um gegen eine Kolbenbohrungsoberfläche 202 zu dichten. Der obere Ölabstreiflamellenring 114 kann auch eine erste radiale Breite definieren, z.B. Breite WU.
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Fortfahrend mit Block 304, kann ein unterer Ölabstreiflamellenring bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, ein Ölabstreiflamellenring 118 selektiv innerhalb der Kolbennut 106 angeordnet werden und eine Dichtungsoberfläche 120b definieren, die konfiguriert ist, um gegen eine Kolbenbohrungsoberfläche eines Motors zu dichten. Der untere Ölabstreiflamellenring 118 kann eine zweite radiale Breite WL definieren. Die zweite radiale Breite WL kann sich von der ersten radiale Breite WU unterscheiden, z.B. in der Größenordnung, sodass eine Torsionskraft auf das Aufweitelement 112 ausgeübt wird, wie weiter unten beschrieben.
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Fortfahrend mit Block 306, kann ein Aufweitelement zwischen dem oberen und unteren Ölabstreiflamellenring angeordnet werden. In einem oben beschriebenen beispielhaften Zugang ist das Aufweitelement 112 konfiguriert, um den oberen und unteren Ölabstreiflamellenring 114, 118 radial nach außen zu drücken, um die Kolbenbohrungsoberfläche 202 zu berühren. Außerdem, wie oben beschrieben, kann, wo die zweite radiale Breite WL geringer ist als die erste radiale Breite WU, eine obere Kante 122 des Aufweitelements 112 weiter von einer zugehörigen Bohrungsoberfläche 202 weggetrieben werden als eine untere äußere Kante 124 des Aufweitelements 112. Auf diese Art wird eine obere äußere Kante des Aufweitelements 112 in Bezug auf die am äußeren Umfang angeordnete Nut 106 radial nach innen vorangetrieben. Zusätzlich kann eine untere äußere Kante des Aufweitelements 112 durch die unterschiedliche erste und zweite radiale Breite in Bezug auf am äußeren Umfang angeordnete Nut 106 radial auswärts vorangetrieben werden. Durch das Aufweitelement 112 ausgeübte Torsionskräfte können auch den oberen Ölabstreifring 114 axial nach oben gegen eine obere Oberfläche 126 der Kolbennut 106 vorantreiben, und können auch den unteren Ölabstreifring 118 radial nach außen von der Kolbennut 106 wegtreiben, sodass durch die Dichtungsoberfläche 120b radial eine größere Kraft gegen die Bohrungsoberfläche 202 ausgeübt wird. Verfahren 300 kann dann enden.
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In Bezug auf die hierin beschriebenen Verfahren, Systeme, Methoden, Heuristiken usw., sollte verstanden werden, dass, obwohl die Schritte solcher Verfahren etc. als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschrieben wurden, solche Verfahren mit den beschriebenen Schritten in einer anderen als der hierin beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden könnten. Es sollte außerdem verstanden werden, dass bestimmte Schritte simultan ausgeführt werden könnten, dass andere Schritte hinzugefügt werden könnten, oder dass bestimmte hierin beschrieben Schritte ausgelassen werden könnten. Anders gesagt sind die Beschreibungen von Verfahren hierin zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen bereitgestellt, und sollten keinesfalls so ausgelegt werden, dass sie die beanspruchte Erfindung einschränken.
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Demgemäß soll verstanden werden, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Abgesehen von den bereitgestellten Beispielen würden sich viele Ausführungsformen und Anwendungen nach Lesen der obigen Beschreibung ergeben. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht mit Verweis auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern stattdessen mit Verweis auf die beiliegenden Patentansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem gesamten Schutzbereich von Äquivalenten, die solche Patentansprüche beinhalten. Es ist erwartet und beabsichtigt, dass in dem hierin besprochenen Stand der Technik zukünftige Entwicklungen erfolgen werden, und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in solche zukünftigen Ausführungsformen inkorporiert werden. In Summe sollte verstanden werden, dass die Erfindung zur Modifikation und Variation fähig ist und nur durch die folgenden Patentansprüche eingeschränkt wird.
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Alle in den Patentansprüchen verwendeten Begriffe zielen darauf ab, ihre weitesten angemessenen Auslegungen und ihre üblichen Bedeutungen, wie sie von Fachleuten verstanden werden, zu erhalten, solange hierin kein expliziter Hinweis auf das Gegenteil erfolgt. Insbesondere sollte die Verwendung von Artikeln im Singular, wie „ein“, „das“ etc. so gelesen werden, dass eines oder mehr der angegebenen Elemente gemeint ist, außer wenn in einem Patentanspruch eine explizite Einschränkung auf das Gegenteil erfolgt.
