DE2538759A1

DE2538759A1 - Kolbenring einer kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2538759A1
Application number: DE19752538759
Authority: DE
Inventors: Gosen Joop Hellingman
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1975-09-01
Publication date: 1977-03-17
Also published as: DK139082B; IT1066907B; DE2538759C3; DK139082C; SE7608933L; FR2322269A1; NL7608677A; GB1504478A; JPS5227908A; DE2538759B2; SE423264B; JPS54251B2; DK370376A; CH596479A5

Description

P.4946 Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiζ

Kolbenring einer Kolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring einer Kolbenbrennkraftmaschine, der einen Schlitz und eine Lauffläche aufweistywelche zum Anpressen an eine Zylinderwand der Maschine bestimmt ist.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (siehe CH-PS 541.070, P.4533) einen Kolbenring mit einem Drehmechanismus zu versehen, welcher eine Drehbewegung des Kolbenringes in seiner Ringnut im Kolben während des Betriebes der Kolbenbrennkraftmaschine bewirken soll. Dadurch soll eine gleichmassigere Verteilung des Schmieröles auf der Zylinderwand der Maschine und damit eine geringere Abnützung des Kolbens,

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der Zylinderwand und der Kolbenringe erzielt «werden, wobei

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insbesondere eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Fresserscheinungen erhalten werden soll, wie sie sont nur mit der Hilfe von im Betrieb drehbaren Kolben erreicht werden kann.

Die erwähnte bekannte Vorrichtung stellt jedoch eine Komplikation des Ringes dar und ist nur für Ringe verhältnismässig grossen Querschnitten, d.h. nur von den grössten Dieselbrennkraftmaschinen, geeignet.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Kolbenringes zum Ziel, bei welchem die Drehbewegung mit wesentlich einfacheren Mitteln als bisher erreicht wird und welcher nicht nur bei den grössten Kolbenbrennkraftmaschinen, sondern auch bei kleineren verwendbar ist, wobei er keine beweglichen Teile aufweist und daher besonders zuverlässig ist.

Der erfindungsgemässe Kolbenring, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Lauffläche Nuten ausgebildet sind, die zur Ebene des Ringes unter einem Winkel verlaufen, der mindestens 45° beträgt, jedoch kleiner als 90° ist, und die ein anderes Material als das Material des Kolbenringes enthalten.

Versuche haben bestätigt, dass ein derart ausgebildeter Kolbenring im Betrieb eine schrittweise Drehbewegung erfährt, was auf die verschiedenen Gleiteigenschaften des Grundmateriales des Ringes und des Materiales in der Nut und die verschiedenen Belastungen des Ringes beim Kompressionshub und beim Expansionshub

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zurückzuführen ist. Wie bereits erwähnt, enthält der Ring keine beweglichen Teile, so dass diese Wirkung besonders zuverlässig ist.

Das Material in den Nuten kann weicher als das Grundmaterial des Ringes und z.B. Bronze sein. In einem solchen Fall wird zusätzlich noch das Einlaufverhalten des Ringes verbessert.

Das Material kann auch härter als das Grundmaterial des Ringes und z.B. durch thermisches Schweissen aufgetragen sein. In diesem Fall wird eine ausgeprägtere Drehbewegung des Ringes im Betrieb erhalten.

Die Nuten können jedoch auch Luft, Brenngase bzw. OeI-■ kohle enthalten und an mindestens einem ihrer Enden zur Verhinderung von Durchblasen der Brenngase abgeschlossen sein.

Vorzugsweise kann die Nut einen Querschnitt haben, dessen Breite in Umfangsrichtung mit zunehmender Tiefe der Nut abnimmt. Durch diese Massnahme wird zusätzlich die Möglichkeit gewonnen, mit einfachen Mitteln, z.B. durch visuelle Betrachtung,die Grosse der Abnützung des Ringes festzustellen.

Bei einem Ring aus einem magnetisierbaren Material kann vorzugsweise an einem Teil seines Utnfanges eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut ausgebildet sein, die mit einem nicht magnetisierbaren Material gefüllt ist. Eine derartige Nut gestattet eine Kontrolle der Drehung des Kolbenringes während des Betriebes in der Maschine mit der Hilfe

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NACHGEs=IEIOHT

eines elektromagnetischen Annäherungsfühlers. Wenn sich nämlich die in Umfangsrichtung verlaufende Nut jeweils vor dem Fühler bewegt, gibt der Fühler ein Signal an eine Signalvorrichtung ab, wobei aus dem zeitlichen Abstand derartiger Signale auf die Drehung des Ringes geschlossen werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 einen Abschnitt eines erfindungsgemässen Kolbenringes von vorne, in seiner Ringebene betrachtet,

Fig.2 einen Grundriss zur Fig.1,

Fig.3 einen Ausschnitt aus der Fig.2, entsprechend einem teilweise abgenützten Ring, die

Fig.4 und 5 Ausschnitte aus der Fig.2 mit der Darstellung anderer Querschnittsformen der Nuten,

Fig.6 einen Kolben einer Grossdieselmaschine mit erfindungsgemässen Kolbenringen und einem Annäherungsfühler, und die

Fig.7 - 9 weitere Ausführungsformen des Ringes.

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Die Fig.1 und 2 zeigen einen Abschnitt eines Kolbenringes 1, der in bekannter Weise eine zum Anpressen an die Zylinderwand der Zylinderbüchse bestimmte Lauffläche 2 aufweist. Ausserdem enthält der Kolbenring in bekannter Weise einen Schlitz 3, welcher seine Federung und ein Anpressen der Lauffläche 2 gegen die Zylinderwand unter dem Einfluss der Gasdrücke im Zylinder gestattet.

Erfindungsgemäss ist der Kolbenring 1 mit schrägen Nuten 4 versehen, die zur Ebene E des Ringes 1 unter einem Winkel oL^verlauf en, der mindestens 45° beträgt, jedoch kleiner als 90° ist.

Die Nuten 4 sind mit einem Material aufgefüllt, das vom Material des Kolbenringes abweicht. Bei einem in bekannter Weise aus Gusseisen bestehenden Ring 1 können die Nuten z.B. mit Bronze, d.h. einem Material aufgefüllt sein, welches weicher als das Grundmaterial des Ringes ist. Das Füllmaterial der Nuten 4 kann jedoch auch härter als das Grundmaterial des Ringes sein. So kann das Füllmaterial eine durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen aufgetragene Metallegierung oder ein keramischer Stoff sein.

Wie aus der Fig.2 hervorgeht, haben die Nuten 4 einen dreieckförmigen Querschnitt, d.h. einen Querschnitt, dessen Breite B in Umfangsrichtung mit zunehmender Tiefe T der Nut abnimmt. Wenn die ursprüngliche Breite B der Nuten

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beim neuen Ring bekannt ist, kann aus deren verminderten Breite B¹ nach einer Abnützung auf die Grosse dieser Abnützung T-T' geschlossen werden.

Es versteht sich jedoch, dass auch andere Querschnitte der Nuten 4 möglich sind.

So zeigt z.B. die Fig.4 eine Nut 4¹ mit rechteckigem Querschnitt, die Fig.5 eine Nut 4" mit halbrundem Querschnitt.

Nach der Fig.1 ist der Ring 1 noch mit einer kurzen, in seiner Umfangsrichtung verlaufenden Nut 5 versehen, die bei einem Ring aus einem magnetisierbaren Material, wie z.B. Gusseisen, mit einem nicht magnetisierbaren Material, z.B. Bronze, gefüllt ist. Diese Nut gestattet bei einer Anordnung^ nach der Fig.6 eine Kontrolle der Drehbewegung des Ringes 1 im Motor.

Die Fig.6 zeigt einen Kolben 10 einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine mit Kreuzkopf, der mit den erfindungsgemässen Kolbenringen 1 versehen ist und in einer Zylinderbüchse 11 beweglich ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind die Kolbenringe 1 so angeordnet, dass die Winkel oL der Nuten 4 benachbarter Ringe im entgegengesetzten Sinn gerichtet sind. Dadurch werden entgegengesetzt gerichtete Drehbewegungen der Kolbenringe erhalten, durch welche

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eine weitere "Verbesserung der Verteilung des Schmieröles zwischen dem Kolben 10 und der Wand der Zylinderbüchse 11 erreicht wird. Ausserdem wird dabei die Dauer vermindert, während welcher sich die Schlitze 3 benachbarter Kolbenringe 1 in einer Linie übereinander befinden können. Dadurch wird die Gefahr einer örtlichen Erhitzung bzw. Beschädigung der Zylinderwand durch durchströmende Brenngase vermieden.

Die Fig.6 zeigt noch einen elektromagnetischen Annäherung sfühler 12, der in der Wand der Zylinderbüchse 11 an einer Stelle angeordnet ist, die aus dem Bereich der heissen Brenngase entfernt ist, jedoch innerhalb des Bewegungsbereiches der Kolbenringe 1 liegt. Der Annäherungsfühler 12 ist durch eine elektrische Leitung 13 mit einem Anzeigegerät 14, z.B. einem Oszillografen, verbunden.

Bei einem Kolbenring 1 aus Gusseisen und mit einem nicht magnetisierbaren Material gefüllten Nuten 4 und 5 wird jeweils, wenn sich eine Nut 4' oder 5 entlang des Fühlers 12 bewegt, ein besonderes Signal gesendet, welches von dem abweicht, das durch den Kolbenring 1 selbst gebildet wird. Bei einer Drehbewegung des Ringes in Umfangsrichtung sind die Signale der Nuten 4 kürzer, das der Nut 5 langer bzw. treten während einer kleineren oder grosseren Anzahl von Kolbenhüben auf. Auf diese Weise kann jeweils die Bewegung

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des Bereiches des Kolbenringes 1 mit der Nut 5 am Fühler 12 vorbei festgestellt werden.

Die Anzahl der Nuten 4 am Umfang des Kolbenringes ist nicht kritisch. Bei zu kleiner Anzahl wird eine schwache Drehbewegung erzielt, bei zu grosser Anzahl entspricht die erzielte Bewegung nicht dem Aufwand. Als Beispiel sei erwähnt, dass sich bei einem Kolbenring mit einem Durchmesser von 760 mm 20 Nuten bewährt haben.

Die durch die Belastungsunterschiede beim Kompressionshub und beim Expansionshub hervorgerufene Drehrichtung des Kolbenringes 1 ist in der Fig.1 durch einen Pfeil P eingezeichnet, wenn angenommen wird, dass sich der Kompressionsraum des Zylinders oben befindet, wie auch in der Fig.6 dargestellt. Zur besseren Anschaulichkeit wurden auch in der Fig.6 Pfeile P eingezeichnet, welche die verschiedenen Drehrichtungen der Ringe 1 anzeigen.

Die Fig.7 und 8 zeigen im Schnitt bzw. in Teilansicht eine Ausführungsform des Ringes, bei welchem die Nut 24 im Neuzustand leer ist, d.h. Luft enthält. Im Betrieb enthält sie zuerst Brenngase, worauf sie sich sehr rasch durch Oelkohle auffüllt. Zur Verhinderung eines Durchblasens der Brenngase ist die Nut 24 nach den Fig. 7 und 8 an einem Ende abgeschlossen.

Die Fig.9 zeigt einen der Fig.7 entsprechenden

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Schnitt einer Ausführungsform des Ringes, bei welchem die Nuten 24 ' an beiden Enden abgeschlossen sind. Der Abschluss der Nut 24 ^! erfolgt wie bei der Nut 24 durch kreisförmige Ausläufe an beiden Enden, wobei die Nuten 24 und 24^r z.B. durch Fräsen hergestellt werden können.

Es versteht sich, dass bei den Nuten nach den Fig.7 - 9 die gleichen Querschnitte wie in den Fig.3 dargestellt, verwendet werden können. Auch können diese Nuten mit einem Metall, z.B. Bronze, aufgefüllt sein.

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Claims

Patentansprüche

\1yKolbenring einer Kolbenbrennkraftmaschine, der einen Schlitz und eine Lauffläche aufweist, welche zum Anpressen an eine Zylinderwand der Maschine bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lauffläche (2) Nuten (4, A',4") ausgebildet sind, die zur Ebene (E) des Ringes (1)· unter einem Winkel (cL-) verlaufen, der mindestens 45° beträgt, jedoch kleiner als ist, und die ein anderes Material als das Material des Kolbenringes (1) enthalten.
2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in den Nuten (4, 4^f,4") weicher als das Grundmaterial des Ringes (1) ist.
3. Ring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,· dass das Material Bronze ist.
4. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in den Nuten (4, 4', 4") härter als das Grundmaterial des Ringes (1) ist.
5. Ring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material durch thermisches Spritzen aufgetragen ist.

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6. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten Luft (24, 24'), Brenngase bzw. OeI-kohle enthalten und an mindestens einem ihrer Enden abgeschlossen sind.
7. Ring nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (4) Querschnitte haben, deren Breite (B) in Unifangsrichtung mit zunehmender Tiefe (T) der Nut abnimmt.■
8. Ring nach einem der Ansprüche 1-7, aus einem magnetisierbaren Material, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teil seines Umfanges eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (5) ausgebildet ist, die mit einem nicht magnetisierbaren Material gefüllt ist.

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