DE2709359C2 - Kolbenring für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Kolbenring für eine BrennkraftmaschineInfo
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- DE2709359C2 DE2709359C2 DE2709359A DE2709359A DE2709359C2 DE 2709359 C2 DE2709359 C2 DE 2709359C2 DE 2709359 A DE2709359 A DE 2709359A DE 2709359 A DE2709359 A DE 2709359A DE 2709359 C2 DE2709359 C2 DE 2709359C2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/12—Details
- F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
Erfindung beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt
ist In der Zeichnung sind:
Fig. 1 eine Teilseitenansicht des oberen Bereiches eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit verschiedenen,
in Ringnuten des Kolbenkopfes angeordneten Kolbenringen einschließlich eines in der obersten Nut
angeordneten Ausführungsbe'spiels des vorgenannten Kolbenringes,
Fig.2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes
längs der Linie 2-2 in der Fig. 1, ι ο
Fig.3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
des vorgenannten Kolbenringes,
Fig.4 eine teilweise geschnittene Ansicht des in F i g. 3 dargestellten Kolbenringes,
F i g. 5A eine perspektivische Darstellung des Schnit- ι ϊ
tes längs der Linie SA, B-5A, B mit Blick in Richtung des Pfeiles A in der F i g. 3,
F i g. 5B eine der F i g. 5A entsprechende perspektivische Darstellung, jedoch mit Blick in Richtung des
Pfeiles B in der F i g. 3 und jo
Fig.6 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes, der in der Nut eines Kolbenkopfes
sitzt und mit diesem in dem Zylinder einer Br.nnkraftmaschine
angeordnet ist
Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Kolben 10 herkömmli- r> eher Bauart, wie er in Hubkolben-Brennkraftmaschinen
Verwendung findet. Der Kolben 10 ist dabei in einem Zylinder 12 angeordnet, der eine Zylinderwand 14
besitzt Zwischen der Zylinderwand 14 und der Axialfläche 11 des Kolbens 10 ist ein Ringraum 16 j<
> gebildet in dem Kolben 10 sind in herkömmlicher Art eine obere Ringnut 18, eine mittlere Ringnut 20 und eine
Ölringnut 22 ausgebildet. Die obere Ringnut 18 nimmt
einen geschlitzten runden Kolbendichtungs- oder Flammring 24 auf, während die mittlere Nut 20 einen r>
runden Kolbendichtring 26 aufnimmt und die Ölnut 22, die üblicherweise breiter ist als die Dichtringnuten,
einen herkömmlichen aufspreizenden Ölring 28 aufnimmt.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Kolbenring 24 im nicht ■»"
zusammengeJrückteri Zustand dargestellt. Wie die
Fig. 3 erkennen läßt, besitzt der Ring annähernd eine
kreisförmige Gestalt. Den Fachleuten ist °s jedoch geläufig, daß die herkömmliche Technik die Herstellung
solcher Schlitzringe fordert, die in dem nicht zusammen- 4-,
gedrückten Zustand unrund sind, und zwar derart, daß
der Ring im zusammengedrückten Zustand in seiner Ringnut einen annähernd eine Kreisform erreichenden
Querschnitt erhält.
Wie die F i g. 3 weiter erkennen läßt, besitzt der Ring >i>
24 einen durch den Dimenaionspfeil ID gekennzeichneten
Innendurchmesser sowie einen durch den Dirnen sionspfeil OD gekennzeicnneten Außendurchmesser.
Die Dimensionspfeile ID. BOD und FOD gehen dabei durch die Längsachse des Ringes 24 und gelten für den >ί
Ring im zusammengedrückten Zustand bei geschlosse nem Spalt 30. Der Dimensionspfeil FOD zeigt den
Außendurchmesser der zurückversetzten Aussparung», fläche 40. Der Außendurchmesser FOD der Ausspa
rungsfläche 40 ist erkennbar um die Distanz / kleiner ah ho
der Außendurchmesser ROD des Ringes 24. wobei die Distanz /die radiale Tiefe des Absatzes 37 in Fig. 5A
angibt. In der Fig,4 ist die axiale Breilenabmessüng
außerhalb des Maßslabes übertrieben dafgestellf, um
die grundlegenden Merkmale deutlicher zu zeigen, Die
txiale Breite des Rr.iges 24 ist durch den Dimensionspfeil Wm F ί g. 4 dargestellt.
Der Kolbenring 24 isV geschlitzt ausgebildet, wobei die durch den Schlitz gebildeten Stirnflächen im nicht
zusammengedrückten Zustand im Abstand voneinander liegen, so daß sich der Zwischenraum 30 einstellt Im
oberen Aulienquerschnittsbereich des Ringes 24 ist eine sich über den Umfang erstreckende äußere Aussparung
32 ausgebildet, die am besten aus Fig.4 ersichtlich ist
Am oberen Innenquerschnittsbereich des Ringes 24 erstreckt sich über den Ringumfang eine zweite innere
Aussparung 34. Der Ring 24 besitzt eine obere Radialfläche 36 und eine untere Radialfläche 38, die
beide im wesentlichen planar, d. h. eben ohne jegliche Ausnehmungen bzw. Nuten ausgebildet sind. Die äußere
Aussparung 32 besitzt einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt und erstreckt sich von der oberen
Radialfläche 36 über eine Distanz von etwa 60% der axialen Breite Waes Ringes 24 abwärts.
Wie die Fig.5A und 5B erkennen lassen, bildet die
sich über den Umfang erstreckende äußere Aussparung 32 einen äußere radialen Absatz bzw. eine einwärts
verlaufende Fläche 37, die die Außenfläche 33 in eine erste äußere axiale Gleitfläche 42 ::nd eine zweite
äußere axiale Aussnsninusf!äche 40 aufteilt. Die
einwärts verlaufende Fläche des Absatzes 37 und die Gleitfläche 42 bilden eine äußere Radialschulter 39, die
von der zurückgesetzten Außenfläche 40 radial nach außen vorspringt. Es ist dabei erkennbar, daß die erste
äußere axiale Gleitfläche 42 von der unteren Radialfläehe 38 nach oben vorsteht und an der einwärts
verlaufenden Absatzfläche 37 endet. Die Absatzfläche 37 endet wiederum in der zv/eiten äußeren, rückversetzten
Aussparungsfläche 40, die wiederum mit der oberen Radialfläche 36 abschließt Die erste äußere axiale
Gleitfläche 42 besitzt eine Nut 46. In dieser Nut 46 befindet sich eine Hartmetallegierung.
Der Dimensionspfeil A in Fig. 5A zeigt den Betrag
an, um den die äußere Aussparungsfläche 40 von der oberen Radialfläche 36 nach unten in Richtung auf die
untere Radialfläche 38 entlang der Außenfläche 33 des Ringes 24 verläuft. Der Dimensionspfeil B zei-n die
korrespondierende Ausdehnung der Gleitfläche 42. Die Abmessung A beträgt etwa 20 bis 60% der gesamten
Rinjbreite VV. während die Abmessung B dementsprechend
etwa 80 bis 40% der gesamten Ringbreite W beträgt, wobei natürlich die Summe vnn A und B gleich
Wist. Die Gleitfläche 42 ist dadurch auf annähernd 40
bis 80% der vollen äußeren axialen Kulbenringfläche reduziert, die beim Fehlen der äußeren Aussparung 32
vorhanden wäre und dann als Gleitfläche diente. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in den meisten Fällen die
tatsächlichen Gleitflächen durch Läppen bzw. Abschleifen der Gleitflächenränder zwecks Ausbildung der
erwünschten »Tonnenform« etwas verringert ist. Diese herkömmliche Praxis ist in den Fig. 5A. 5B durch die
abgerundeten Ränder 42aund42i>dargestellt.
Die F1 g. 5B zeigt, daß die innere Aussparung 34 eine
flache, ebene Gesta't hat. die einen inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt
47 bildet, dessen Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des radial
am weitesten innen liegenden axialen Flächenabschnitts 49 des Ringes 24.
Die F1 g. 6 zeigt eine vergrößlerte schematische
Querschnittsdarstellung eines in der zugeordneten Ringnut 18 eingesetzten Ringes 24, Die Ringnut 18
besitzt eine untere radiale Wand 18/4, eine obere radiale
Wand 18Cund eine axiale Bodenwand 18Ä Mit in der Ringnut 18 zusammengedrückten Kolbenring 24, dessen
Spalt 30 dabei geschlossen ist, drückt eine nach außen wirkende, durch den Pfeil D dargestellte Kraft den Ring
24 an die Zylindefwänd 16 an. so daß eine Gleillagefberührung
zwischen der axialen Gleitfläche 42 und der Wand 14 eintritt, sobald der Kolben 10 sich in dem
Zylinder 12 auf und ab bewegt. Es ist erkennbar, daß der gesamte Gleitbereich zwischen dem Ring 24 und der ■>
Wand 14 nur einen Prozentsatz, etwa 80% bis 40% des Gleitbereiches, darstellt, der vorhanden wäre, falls die
gesamte axiale Außenfläche 33 oder nahezu die gesamte Außenfläche 33 in Gleitberührung mit der Wand 14
stände. Die Wänddicke des Ringes 24 ist durch den
Öimensionspfeil t gekennzeichnet, und die Breite des Ringes durch den Dimensionspfeil W. S ist die radiale
Dicke der oberen radialen Fläche 36, / ist die radiale Tiefe des radialen äußeren Absatzes 37, und a ist der
zwischen der Oberfläche des inneren Umfangsentla- iJ
stungsflächenabschnittes 47 und der Ebene der oberen Radialfläche 36 eingeschlossene Winkel. Der Winkel a
kann als innerer Aussparungswinkel bezeichnet werden. Die axiale Breite des radial am weitesten innen
liegenden Flächenabschnittes 49 ist durch die Dimen- ίο
sion y gekennzeichnet. Wie die F i g. 6 zeigt, umfaßt die innere Axialfläche des Ringes 24 einen ersten inneren
axialen Flächenabschnitt 49, der über die Distanz y von der unteren Radialfläche 38 bis zu einer Zwischenumfangslinie
51 nach oben verläuft und dem Boden 18ßder Nut 18 des Kolbens 10 gegenüberliegt. Ein zweiter
innerer Umfangsentlastungsflächenabschnitt 47 erstreckt sich zwischen dem Ende des ersten inneren
axialen Flächenabschnittes 49 und der oberen Radialfläche 36. Der Durchmesser des zweiten inneren ω
Umfangsentlastungsflächenabschnittes 47 an dem der oberen Radialfläche 36 zugewandten Ende ist größer als
der Innendurchmesser des Ringes an der Umfangslinie 51.
in der Fig.6 repräsentieren die kurzen, nicht
bezeichneten Pfeile, die gegen die verschiedenen Oberflächen des Ringes gerichtet sind, die Kraftvektoren
des komprimierten Verbrennungsgases, das in den Ringraum 16 eindringt und auf den Ring 24 einwirkt.
Solche Kräfte treten während des Kompressions- und w des Arbeitshubes des Kolbens auf. Wie die F i g. 6 zeigt,
verstärkt die resultierende Wirkung des gegen die wirksame Gasdruckfläche von der Höhe des Verschleißes
der Gleitfläche 42 nicht beeinflußt. Auf diese Weise wird der Vorteilhafte Gasdruck-Ausgleichseffekt, der
durch die ausgesparte Außenfläche 40 bewirkt wird, durch den Verschleiß der Gleitfläche 42 nicht nachteilig
beeinflußt. Wenn die Gleitfläche 42, die in allen Fällen den Außendurchmessef des Ringes definiert, während
des Gebrauchs verschleißt, gelangt kein Teil der durch die äußere axiale Ausspärungsfläche 40 gebildeten
wirksamen Gasdruckfläche in Berührung mit der Zylinderwand 14. Üblicherweise ist die radiale Verschleißtiefe
geringer als die radiale Tiefe des Hartme tallbelages 44, der auf die Gleitfläche des Ringes
aufgebracht ist. Die radiale Tiefe 1 des Absatzes 37 ist wesentlich größer als die radiale Vcrschlcißticfe der
Gleitfläche, so daß die axiale Aussparungsfläche 40 durch den Verschleiß der Gleitfläche nicht berührt wird
Anders ausgedrückt, endet der Außendurchmesser der Außengleitfläche kurz über der Tiefe der radialen
Eindringung des Hartmetallbelages auf der Ringgleitfläehe.
Die Gleitfläche ist üblicherweise am Umfang mit einer Nut zur Aufnahme der Legierung versehen, wenn
dies auch nicht zwingend ist und die Hartmetallbestükkung auch auf einer ungenuteten Gleitfläche aufgetragen
werden kann.
Wenn in der dargestellten Ausführungsform der Absat? 37 auch annähernd parallel zu den Radialflächen
36 und 38 und annähernd senkrecht zu der Aussparungsfläche 40 verlaufend dargestellt ist, ist diese Ausbildung
nicht unbedingt notwendig. Der radiale Absatz und die äußere Aussparungsfläche können naturgemäß auch mit
einem von 90° abweichenden Winkel aufeinanderstoßen. Die äußere Aussparung 32 kann generell ein
Querschnittsprofil aufweisen, das aus zwei oder mehreren sich schneidenden Streckenabschnitten gebildet
ist. Diese Strecken können gerade oder auch gekrümmt sein, gegebenenfalls können auch einige der
Streckenabschnitte gerade und einige gekrümmt sein. So kann beispielsweise das Profil der Aussparung der
Ausführungsform nach der F i g. 5A durch einen gekrümmten Übergang modifiziert werden, der an der
Schnittstelle des Absatzes 37 und der Fläche 40
durch den Pfeil Γ gekennzeichneten auswärts wirkenden Druck. Diese resultierende, auswärts gerichtete «
Druckkraft wird wenigstens teilweise durch diejenige Kraft kompensiert, die durch die Einwirkung des Gases
auf die ausgesparte Außenfläche 40 bewirkt wird, wie dies durch die auf diese Räche auftretenden Pfeile
angezeigt ist Die Räche 40 führt also dazu, daß die so Neigung der sich ausdehnenden Verbrennungsgase,
eine nach außen wirkende Druckkraft auf den Ring 24 auszuüben, beträchtlich verringert wird. Dadurch wird
auch der diametrale Druck des Ringes gegen die Zylinderwand wesentlich verringert, wodurch der
Gleitdruck und der Reibungswiderstand verringert ist Wenn bei dem in der F i g. 6 dargestellten Kolbenring
die axiale Gleitfläche 42 während des Gebrauchs verschleißt bewirkt die Druckspannung des Ringes 24,
daß dieser entsprechend dem Verschleißfortschritt sich nach außen aufweitet und dadurch mit der Gleitfläche
42 in Gleitberührung an der Zylinderwandfläche 14 bleibt Die Schnittlinie P-P zeigt der Deutlichkeit halber
in vergrößerter Darstellung die Relativlage der Zylinderwänd 14 gegenüber dem Ring 24 nach einem
beträchtlichen Verschleiß der axialen Gleitfläche 42.
Infolge der L-förmigen Gestalt der äußeren Aussparung
32 wird die durch die Aussparungsfläche 40 gebildete i mit ivaiiii uci
der Fläche 40 aufwärts oder abwärts geneigt sein. Auch kann die Fläche 40 einwärts oder auswärts geneigt sein.
Schließlich können die Fläche 40 und/oder der Absatz 37 mit einem anderen als dem dargestellten geradlinigen
Profil ausgebildet sein. Wesentlich ist bei diesen Abwandlungen, daß der Verschleiß der Gleitfläche bis
zur radialen Verschleißtiefe keinerlei signifikante Verringerung der durch die zurückgesetzten Außenfläche
gebildeten wirksamen Gasdruckfläche eintritt Es ist dabei festzustellen, daß die von der Aussparungsfläche
gebildete wirksame Gasdruckfläche etwas verringert wird, wenn der Absatz 37 aufwärts auf diese
Aussparungsfläche 40 zu geneigt ist Bei einer Abwärtsneigung vergrößert sich der wirksame Gasdruckbereich
der Aussparungsfläche etwas.
Manchmal kann eine geringe Torsionsdrehung eines Kolbenringes anstelle einer ebenen GestaJt erwünscht
sein. Die Anordnung der sich über den Umfang erstreckenden äußeren Aussparung 32 würde normalerweise
dazu führen, daß der Kolbenring wie der Ring 24 in eine umgekehrte Torsionsart gedruckt wird, d. h, daß
der Innenumfang des Ringes zu einer Aufwärtsdrehung und der Außenumfang des Ringes zu einer Abwärtsdrehung
neigt Solch eine Drehung ist natürlich verhältnismäßig gering, trotzdem aber von Bedeutung, weil
dadurch der Kontaktwinkel des Ringes mit der Zylinderwand geändert wird und der Ring aus der
ebenen Sitzlage in der Ringnut angehoben wird, Eine solche Torsionsdrehung des Ringes soll mit der
beschriebenen Ausführung verringert biw. im wesentlichen ausgeschaltet werden, damit eine ebene, dichte
Anlage der unteren Radialflüche 38 an der unteren radialen Wand 18A der Nut 18 verbessert wirdi
Die gegen die Zylinderwand gerichtete diametrale
Kraft ist für verschieden gestaltete Ringe berechnet und
in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. Die Diametralkraft ist die Kraft, mit der der King während
der Verbrennungsdruck-Spitzen an die Zylinderwand angedrückt wird.
Test-Ergebnisse
Allen Ringen gemeinsame Dimensionen
Allen Ringen gemeinsame Dimensionen
Bohrungsdurchmesser
wanddicke (t in P ig. b)
Breite (Win F i g. 6)
Spitzen-Verbrennungsdruck
Diametrale Ringspannung
wanddicke (t in P ig. b)
Breite (Win F i g. 6)
Spitzen-Verbrennungsdruck
Diametrale Ringspannung
100 mm
4.623 mm
1,981 mm
56 kp/cmJ
0 (spannungsloser Ring)
4.623 mm
1,981 mm
56 kp/cmJ
0 (spannungsloser Ring)
i?ür verschiedene Ringe berechnete Diametralkräfte
Gleitfläche (42 in
Fig. 6) in Prozent der
gesamten zylindrischen äußeren Axial·
fläche des Rings
Fig. 6) in Prozent der
gesamten zylindrischen äußeren Axial·
fläche des Rings
Ringausführungsform Ringausfüh-
nach Fig. 6, jedoch rungsfbrm
ohne eine innenseitige nach Fig. 6 Aussparung
Berechnete Diamelralkraft in kg
112
182*}
184*)
253
182*}
184*)
253
40% 112 120
80% 253 260
*) Für zwei Ringe mit verschiedener Tiefe des radialen Absnl7es Π in Fid fiV ierlnrh snnd ühereirKÜmmpnri
Die Verringerung der Diametralkraft bei einer Verkleinerung der Gleitfläche bis auf 10% der
theoretischen zylinderfSrmigen äußeren Axialfläche ist so groß, daß eine wirksame Abdichtung gegen einen
Gasdurchtritt zum Kurbelgehäuse hin nicht mehr erreicht wird. Andererseits kann eine deutliche Verringerung
des Diametraldruckes und des Reibungswiderstandes dann nicht miihr erreicht werden, wenn die
Gleitfläche größer als 90% der theoretischen äußeren
Axialfläche ist.
Es wurde festgestellt, daß optimale Ergebnisse hinsichtlich einer wesentlichen Verringerung des Reibungswiderstandes
und einer guten Abdichtung gegen einen Gasdurchtritt dann erreicht werden, wenn die
Gleitfläche mehr als 10%, jedoch weniger als 90%, vorzugsweise 40% bis 80% der theoretischen zylinderförmigen
äußeren Axialfläche des Ringes beträgt, d. h. vorzugsweise 40% bis 80% derjenigen Fläche, die die
Gleitfläche ausmachen würde, wenn ihre Außenseite nicht mit einer Aussparung versehen wäre. Der
bevorzugte Größenordnungsbereich entspricht einer Anordnung des äußeren radialen Absatzes von 60% bis
20% unterhalb der oberen Radiaifläche.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die axiale Breite Wca. 1,981 mm, wobei der äußere radiale
Absatz von ca. 0,965 mm unterhalb der oberen Radiaifläche bzw. 49% von der axialen Breite unterhalb
der oberen Radialfläche liegt.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine verbesserte gute Abdichtung gegen einen Gasübertritt
und eine Emissionsverringerung mit dem beschriebenen Ring trotz der verringerten Diametralkraft des Ringes
erreicht wird. Die verringerte Gleitfläche führt natürlich
ιό zu einem erhöhten Diametraldruck für eine gegebene
Diametralkraft, die zum Ausgleich der verringerten Kraft beiträgt. Dieses überraschende Ergebnis kann
noch dadurch unterstützt werden, daß die untere Radialfläche eine ebene, nicht gewölbte Form erhält und
(5 in einem guten Dichtungskontakt mit dem Boden der
Ringnut gehalten wird, in die der Ring unter Ausschaltung von Torsionsbelastungen eingesetzt ist.
Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform ist
zum Ausgleich der Torsionsdrehwirkung der äußeren Aussparung si eine innere Aussparung 34 vorgesehen.
Die Aussparung 34 ist dabei in der gewünschten Weise so dimensioniert, daß sie die entgegengesetzte Torsionsdrehneigung
des Ringes 24. die von der äußeren Aussparung 32 ausgelöst wird, im wesentlichen zu
beseitigen oder auf eine gewünschte Höhe zu verringern sucht. Die innere Aussparung 34 kann dabei
so dimensioniert sein, daß sie nicht nur die entgegenwirkende Torsionsdrehneigung ausgleicht, sondern auch
derart, daß sie dazu beiträgt, dem Ring eine resultieren-
jo de normale Torsionsdrehneigung zu vermitteln. Dadurch
wird der Ring 24 so aufgewölbt, daß der Außenumfangsbereich nach oben und der lnnenumfangsbereich
nach unten gedreht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die inneren und äußeren, über den Umfang verlaufenden Aussparungen 32 und 34 so dimensioniert, daß die Torsionsdrehneigung des Ringes im wesentlichen ausgeglichen und ein ebener, ungewölbter Ring mit einer unteren Radiaifläche 38 hergestellt wird, der in
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die inneren und äußeren, über den Umfang verlaufenden Aussparungen 32 und 34 so dimensioniert, daß die Torsionsdrehneigung des Ringes im wesentlichen ausgeglichen und ein ebener, ungewölbter Ring mit einer unteren Radiaifläche 38 hergestellt wird, der in
■to ebenem, flächigem Kontakt mit der Unterwand 18/4 der
zugeordneten Ringnut 18 liegt. Bei der in Fig.6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform beträgt
rlo·· ιηηαι·ο Λ iict-nnriirKTritiinUal Οζ° twäKrprtrl rtio ro/tiilp
Dicke s der oberen Radiaifläche 36 ein Drittel der Wanddicke t beträgt und die radiale Tiefe /des äußeren
Absatzes 37 gleich der axialen Breite y des inneren axialen Flächenabschnittes 49 ist Die Summe aus A und
B (der axialen Breiten der Außenseite 40 und der Gleitfläche 42) ist gleich der gesamten axialen Breite W
des Ringes 24. A ist außerdem gleich 20% bis 60% von W. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt W
IS81 mm, während r gleich 4,623 mm ist und y und /
jeweils 0,51 mm betragen, während a gleich 25° und A gleich 60% von W ist. Es versteht sich, daß alle
55" erwünschten Abmessungen Verwendung finden können,
solange diese zu einer verringerten Gleitfläche, einer äußeren Aussparungsfläche und einer inneren
Ausgleichsaussparung führen.
Die vorher beschriebenen Kolbenringe können folgendermaßen hergestellt werden. Für Ringe, die zur
Aufnahme einer Hartmetallauftragslegierung mit einer Nut versehen sein sollen, werden Umfangsnuten in die
Gleitfläche des Ringes geschnitten. Dies kann in bekannter Weise durch die Einwirkung von Schneidwerkzeugen
auf eine Mehrzahl von Ringen erfolgen, die unter Bildung eines Ring-Zylinderstapels auf einen
Dorn aufgespannt sein können. Nach dem Schneiden der Gleitflächennuten kann die Oberfläche des Ringsta-
9 10
pels mit der Hartmetallegierung besprüht werden. Die Weise durch eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen
gehärtete Legierung wird dann abgeschliffen, bis das hergestellt werden* die durch eine Hohlachse des
Metall des Ringes auf beiden Seiten der Nuten freiliegl, Monlagedorns eingeführt werden können. Zum Schneiwährend
die Nuten mit der Harlmetallegierungsschicht den der inneren und äußeren Aussparungen können
gefüllt bleiben. Danach können die äußeren Umfangs- >
alternativ auch Einzelringe in eine Klemmvorrichtung ■üsnehffiüngen in der gleichen Weise eingeschnitten eingespannt und die inneren und äußeren Umfangsauswerden
wie die vorangehend beschriebenen Nuten. Die sparungen durch ein Paar gegenüberliegend angeordneinneren
Unifangsaussparungen können in gleicher ter Schneidwerkzeuge gleichzeitig hergestellt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Kolbenring für eine Brennkraftmaschine mit einer den oberen Ringbereich bestimmenden oberen Radialfläche (36) und mit -einer den unteren Ringbereich bestimmenden unteren Radialfläche (38), von der eine den Außenbereich des Ringes bestimmende äußere Axialfläche (42) und eine den Innenbereich des Ringes bestimmende innere Axialfläche (34) ausgehen, wobei die äußere Axialfläche eine über den Umfang verlaufende, in dem oberen äußeren Ringbereich ausgebildete Aussparung (33) aufweist, die eine äußere Radialschulter mit einem äußeren Absatz (37) bildet, die die äußere Axialfläche in eine äußere Aussparungsfläche (40) und eine axiale Gleitfläche (42) unterteilt, die ihrerseits mit einem Hartmetallbesatz (44) belegt ist, und wobei die Differenz zwischen dem Radius (FOD) der Außenseite der äußeren Aussparungsfläche (40) mil dem Radius (BOD) der axialen Gleitfläche (42) größer ist als die radiale Dicke des Hartmetallbesatzes auf dem Ring, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (24) ein ausbalanciertes Ringquerschnittprofil hat, bei dem die innere Axiaifläche (34) einen ersten inneren axialen Flächenabschnitt (49) bat, der sich von der unteren Radialfläche (38) nach oben erstreckt und an einem mittleren Umfang zwischen den oberen und unteren Radialflächen (36, i8) endet, und einen zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt (47) r H, der sich zwischen dem mittleren Umfang und der oberen Radialfläche (36) erstreckt, daß der Durchmesser des inneren Umfangsentlastungsflächenabschnittes an der oberen Radialfläche so bemessen ist, daß der radiale /Abstand der oberen Radialfläche zwischen der äußeren Aussparungsfläche (40) und dem zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt an der oberen Radialfläche ungefähr ein Drittel der unteren Radialfläche ist, daß der innere Entlastungswinkel zwischen der oberen Radialfläche und dem zweiten inneren Umfangsent-Iastungsflächenabschnitt ca. 25° beträgt und daP eine auf den ersten inneren axialen Flächenabschnitt ausgeübte und auf den zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt des Ringes ausgeübte, durch den Gasdruck erzeugte, radial nach innen gerichtete Kraft wenigstens teilweise durch eine radiale nach innen gerichtete Kraft ausbalanciert ist. die durch den auf der äußeren Aussparungsfläche des Ringes wirkenden Gasdruck, erzeugt ist.Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring für eine Urennkraftmaschme mit einer den oberen Ringbe reich bestimmenden oberen Radialfläche und mit einer den unteren Rmgbereich bestimmenden unteren Radialfläche. von der eine den Außenbereich des Ringes bestimmende äußere Axtalfläche und eine den Innenbe reich des Ringes bestimmende innere Axialfläche ausgehen, wobei die äußere AxiiiKläche eine über den Umfang Verlaufende, in dem oberen äußeren Ringbe· reich ausgebildete Aussparung aufweist, die eine äußere Radialschulter mit einem äußere« Absatz bildet, die die äußere Axialfläche in eine äußere Aussparungsfläche und eine axiale Gleitfläche unterteil!, die ihrerseits mit einem Hartmetallbesatz belegt ist, wobei die Differenz zwischen dem Radius der Außenseite der äußeren Aussparungsfläche und dem Radius der axialen Gleitfläche größer ist als die radiale Dicke des Hartmetallbesatzes auf dem Ring.Ein derartiger Kolbenring ist aus der DE-OS 24 13 097 bekannt. Auf der Innenseite besitzt dieser Kolbenring nur eine Fasenfläche an den inneren Ringkanten. Diese Fasenflächen an den Kanten könnenίο keine Ausbalancierung des Kolbenrings unterstützen. Diese Fasenflächen können höchstens dazu beitragen, daß sich der Kolbenring mit der Innenkante nicht in die zugehörige Kolbennut einfressen kann, wenn der Kolbenring im Betrieb eine Torsionsverdrehung erfährt Da sowohl die untere als auch die obere Ringinnenkante tngefaßt ist, ist jegliche Ausgleichswirkung bei diesem Kolbenring, die von der einen Fasenfläche ausgehen könnte, von der gegenüberliegenden Fasenfläche wieder aufgehoben.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenring zu schaffen, der im Betrieb vom Querschniitsprofi! her ausbalanciert istErfindungsgemäß ist die Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Ring ein ausbalanciertes Ringquerschnittsprofil hat, bei dem die innere Axialfläche einen ersten inneren axialen Flächenabschnitt hat, der sich von der unteren Radialfläche nach oben erstreckt und an eine.n mittleren Umfang zwischen den oberen und unteren Radialflächen endet, und einenjo zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt hat, der sich zwischen dem mittleren Umfang und der oberen Radialfläche erstreckt, daß der Durchmesser des inneren Umfangsentlastungsflächenabschnittes an der oberen Radialfläche so bemessen ist, daß der radiale» Abstand der oberen Radialfläche zwischen der äußeren Aussparungsfläche und dem zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt an der oberen Radialfläche ungefähr ein Drittel der unteren Radialfläche ist. daß der innere Entlastungswinkel zwischen der oberen Radialfläche und dem zweiten inne·. in Umfangsentlastungsflächenabschnitt ca. 25° beträgt und daß eine auf den ersten inneren axialen Fiächeiiabschnitt ausgeübte und auf den zweiten inneren Umfangsentlastungsflächenabschnitt des Ringes ausgeübte, durch den Gas-•ΙΊ druck erzeugte, radial nach innen gerichtete Kraft wenigstens teilwc se durch eine radial nach innen gerichtete Kraft ausbalanciert ist. die durch den auf der äußeren Aussparungsfläche des Ringes wirkenden Gasdruck erzeugt ist.Vi Durch die Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch die vorbeschriebene Ausbildung der Innenfläche des Kolbenringes sowohl für die im Betrieb antretenden Gasdruckkräfte als auch für die in dem Ring durch den Herstellungsvorgang vorhandenev> Spannungen und die dadurch bedingten Torsionskräfte ein Kraftausgleich sichergestellt ist. Hierdurch wird einerseits eine gleichmäßige Anlage des Hartmetallbc sat?es an der Zvlinderfläche in jeder Hubrichtung und damit eine immer sichere Abdichtung des Verdichtungs-m> raumes gegenüber dem Kurbelgehäuseraum als auch ein auf ein Minimum reduzierter Verschleiß sowohl an den Kolbenringflächen als auch an der Zylinderflächc erreicht. Auch die Belastungen auf den Anlageflächen in der Kolbenrihgnut bleiben in den vorberechfieteri Größen, so daß hier einerseits ein übermäßiger Verschleiß als auch andererseits ein Festbrenneh vermiden ist.
Im nachfolgenden ist ein Ausfuhrungsbeispiel der
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/663,832 US4040637A (en) | 1976-03-04 | 1976-03-04 | Low friction balanced piston ring |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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OD | Request for examination | ||
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Owner name: TRW AUTOMOTIVE PRODUCTS, INC., CLEVELAND, OHIO, US |
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Free format text: PRINZ, E., DIPL.-ING. LEISER, G., DIPL.-ING. SCHWEPFINGER, K., DIPL.-ING. BUNKE, H., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. DEGWERT, H., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
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