DE2538759B2 - Geschlitzter kolbenring fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen geschlitzten Kolbenring für eine Brennkraftmaschine, der Mittel aufweist, die ihm eine kontrollierte Drehbewegung während des Betriebes erteilen

Es ist bereits vorgeschlagen worden (siehe CH-PS 41 070), 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 gleichmäßigere Verteilung des Schmieröls auf der Zylinderwand der Maschine und eine geringere Abnutzung des Kolbens, der Zylinderwand und der Kolbenringe erzielt werden, wobei insbesondere eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Freßerscheinungen erhalten werden soll, wie sie sonst 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 mit 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 die Mittel aus in seine Lauffläche eingearbeiteten Nuten bestehen, die alle zur Ebene des Ringes unter einem gleichen Winkel verlaufen, der mindestens 45 Grad beträgt, jedoch kleiner als 90 Grad ist, und die ein anderes Material als das des Kolbenringes enthalten.

Versuche haben bestätigt, daß ein derart ausgebildeter Kolbenring im Betrieb eine schrittweise Drehbewegung erfährt, was auf die verschiedenen Gleiteigenschaften des Grundmaterials des Ringes und des Materials in der Nut und die verschiedenen Belastungen des Ringes beim Kompressionshub und beim Expansionshub zurückzuführen sind. Wie bereits erwähnt, enthält der Ring keine beweglichen Teile, so daß diese Wirkung besonders zuverlässig ist.

In diesem Zusammenhang muß daruaf hingewiesen werden, daß aus den US-PS 14 01 930 und 17 10 485 Kolbenringe bekannt sind, welche Nuten enthalten. Die Nuten verlaufen jedoch zur Ebene des betreffenden Ringes unter einem Winkel, der bedeutend kleiner als 45 Grad ist. Die angestrebte Drehung des Ringes kann daher nicht auftreten. Aus der GB-PS 10 29 899 ist andererseits ein ölverteilerring bekannt, welcher an seinem Umfang durchgehende Nuten mit einem steilen Winkel aufweist. Dieser Ring hat daher keine dichtende Wirkung.

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, Brenngas bzw. Ölkohle 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 Größe der Abnützung des Ringes festzustellen.

Bei einem Ring aus einem magnetisierbaren Material kann vorzugsweise an einem Teil seines Umfanges 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 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 Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Kolbenringes von vorne, in seiner Ringebene betrachtet,

F i g. 2 einen Grundriß zur F i g. 1,

F i g. 3 einen Ausschnitt aus der F i g. 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

F i g. 7—9 weitere Ausführungsformen des Ringes.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Abschnitt eines s Kolbenringes 1, der in bekannter Wtise 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 α verlaufen, 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 4 z. B. mit Bronze, d. h. einem Malerial 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 beim neuen Ring bekannt sind, kann aus deren verminderter Breite B' nach einer Abnützung auf die Größe dieser Abnützung Τ— Τ geschlossen werden.

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

So zeigt z. B. die F i g. 4 eine Nut 4' 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 F i g. 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 α der Nuten 4 benachbarter Ringe im entgegengesetzten Sinn gerichtet sind. Dadurch werden entgegengesetzt gerichtete Drehbewegungen der Kolbenringe erhalten, durch welche eine weitere Verbesserung der Verteilung des Schmieröls !.wischen 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 Annäherungsfühler 12, der in der Wand der Zylinderbuchse 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 32 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 länger bzw. treten während einer kleineren oder größeren Anzahl von Kolbenhüben auf. Auf diese Weise kann jeweils die Bewegung 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 F i g. 1 durch einen Pfeil P eingezeichnet, wenn angenommen wird, daß sich der Kompressionsraum des Zylinders oben befindet, wie auch in der F i g. 6 dargestellt. Zur besseren Anschaulichkeit wurden auch in der F i g. 6 Pfeile P eingezeichnet, welche die verschiedenen Drehrichtun gen der Ringe 1 anzeigen.

Die F i g. 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 Ölkohle autfüllt. Zur Verhinderung eines Durchblasens der Brenngase ist die Nut 24 nach den F i g. 7 und 8 an seinem Ende abgeschlossen.

Die Fig.9 zeigt einen der Fig.7 entsprechenden 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' 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 F i g. 3—5 dargestellt, verwendet werden können. Auch können diese Nuten mit einem Metall, z. B. Bronze, aufgefüllt sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   !.Geschlitzter Kolbenring für eine Brennkraftmaschine, der Mittel aufweist, die ihm eine kontrollierte Drehbewegung während des Betriebes erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus in seine Lauffläche (2) eingearbeiteten Nuten (4, 4', 4") bestehen, die alle zur Ebene ^des Ringes (1) unter einem gleichen Winkel («) verlaufen, der mindestens 45 Grad beträgt, jedoch kleiner als 90 Grad ist, und die ein anderes Material als das des Kolbenringes enthalten.
2. 2. Ring nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Material in den Nuten (4,4', 4") weicher als das Grundmaterial des Ringes (1) ist. '5
3. 3. Ring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Bronze ist.
4. 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. 5. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten Luft (24,24'), Brenngase bzw. Ölkohle enthalten und an mindestens einem ihrer Enden abgeschlossen sind.
6. 6. Ring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (4) Querschnitte haben, deren Breite (B) in Umfangsrichtung mit zunehmender Tiefe (T)der Nut abnimmt.
7. 7. Ring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aus einem magnetisierbarer 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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