DE3038340A1

DE3038340A1 - Kolbenring mit gesteuerter schmier-oelselbstversorgung

Info

Publication number: DE3038340A1
Application number: DE19803038340
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 8901 Königsbrunn Lindner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DK439481A; CH656684A5; FR2492032A1; DE3038340C2; ES506168A0; ES8206797A1; JPH0118257B2; FR2492032B1; JPS5797050A

Description

M.

PB 3069/1479

Kolbenring mit gesteuerter Schmierölselbstversorgung

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, der in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzt ist.

Im Brennkraftmaschinenbau ist es bekannt, Kolbenringe an Kolben zu verwenden, die an ihrer Lauffläche zur Zylinderwand mit umlaufenden Rillen versehen sind, so daß Schmieröl von Zylinderwandpartien mit Ölüberangebot an Zylinderwandpartien mit Ölmangel transportiert wird (DE-Anmeldung D 2264). Von diesen in die Lauffläche eingearbeiteten Ölhalterillen werden jedoch nicht nur kleine Ölmengen, sondern auch Verbrennung srückstände sowie Abriebteilchen transportiert, die sich verschleißfördernd auswirken. Damit kann sich ersichtlicherweise der gewünschte Schmiereffekt des Öls nicht in einer deutlichen Minderung des Verschleißes an Zylinderwand und Kolbenring auswirken. Darüber hinaus erfolgt die ölabgabe aus der Rille weitgehend unkontrolliert, d. h· in Partien der Zylinderwand, in denen der Anpreßdruck des KoI-benringes hoch ist, wird wenig öl aus der Rille den Gleitpartnern zugeführt, während an Vertiefungen der Lauffläche und dort wo die Ringpressung niedrig ist, viel öl aus der Rille fließt.' Die Ölabgabe erfolgt mithin in umgekehrter Tendenz, wie sie zur Senkung des Verschleißes erforderlich wäre.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenring zu schaffen, der eine gute Schmierung der miteinander in Gleitkontakt stehenden Flächen begünstigt, selbst weniger verschleißanfällig ist und auch zur Verschleißminderung an der Zylinderwand beiträgt.

Diese Aufgabe ist erL i ndunqsge.nu'iß entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der Kolbenring aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig miteinander verbundenen Kolbenringscheiben besteht, außerdem partiell, in einem äußeren Radialbereich, über dem gesamten Umfang gleich stark, axial komprimierbar ist, welche Kompressibilität durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsebene der Kolbenringscheiben radial umlaufenden, nach außen offenen, Schmieröl bei niedrigem Zylinderdruck aufnehmenden Ringspalt gegeben ist, aus dem das aufgenommene Schmieröl bei Belastung des Kolbenringes mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck infolge daraus resultierender axialer Ringspaltverengung in den Raum zwischen Kolbenringgleitfläche und Zylinderlauffläche herauspreßbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sowie deren Vorteile sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes nach der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel

eines Kolbenringes nach der Erfindung und

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Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kolbenringes nach der Erfindung.

In den Figuren ist mit 1 eine Zylinderwand eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, mit 2 die Zylinderlauffläche, mit 3 ein ausschnittsweise gezeigter Kolben und mit 4 eine Ringnut für einen darin eingesetzten Kolbenring 5 bezeichnet.

Erfindungsgemäß besteht der Kolbenring 5 aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig miteinander verbundenen Kolbenringscheiben. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind zwei derartige, mit 6 und 7 bezeichnete Kolbenringscheiben vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind ebenfalls zwei, dort mit 8 und 9 bezeichnete Kolbenringscheiben verwendet. Der Kolbenring 5 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 besteht aus drei Kolbenringscheiben, von denen die oberste, brennraumnächst gelegene Kolbenringscheibe mit 10, die mittlere mit 11 und die unterste mit 12 bezeichnet ist.

Die Kolbenringscheiben bestehen aus gleichem Werkstoff; sie können jedoch auch aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein.

Darüber hinaus ist der Kolbenring 5 partiell, in seinem äußeren Radialbereich, über dem gesamten Umfang gleich stark axial komprimierbar. Diese Kompressibilitat ist durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsebene der Kolbenringscheiben 6 und 7 bzw. 8 und bzw. 10, 11 und 12 radial umlaufenden, nach außen offenen Ringspalt gegeben; in Fig. 1 ist der Ringspalt mit 13 und. in Fig. 2 mit 14 bezeichnet; von den beiden im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vorgesehenen Ringspalten ist der obere mit 15 und der untere mit bezeichnet.

ORIGINAL INSPECTED

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In den Fiq» 1 bis i besitzen dio zwischon Mäßpt'c i lon eingetragenen InUizws folgende Bedeutung, nämlich

1 = radiale Tiefe des Ringspaltes, B_s = axiale Breite des Ringspaltes, h = axiale Breite einer Kolbenringscheibe

minus B_s/2_r

T = radiale Breite des Kolbenringes, Βρς = axiale Höhe des Kolbenringes. 10

Der erfindungsgemäße Kolbenring 5 ist nach folgenden geometrischen Größenverhältnissen hergestellt, nämlich

i > 1, ~ > 10, i' = 0,2 bis 0,8, § = 0,2 bis 0,8.

η fa_s ι £5g

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die axiale Breite h<| der um die axiale Breite B_s des Ringspaltes 15 reduzierten Kolbenringscheibe 10 gleich der axialen Breite h2 der um die axiale Breite B_s des Ringspaltes 16 reduzierten Kolbenringscheibe 12.

In vorteilhafter Weise weist wenigstens eine der Kolbenringscheiben wenigstens in dem an den jeweiligen Ringspalt angrenzenden Bereich eine Schicht aus verschleißfestem Panzerungsmaterial auf; letztere erhöht die Standfestigkeit und Verschleißfestigkeit eines Kolbenringes ganz erheblich· Eine derartige Schicht aus Panzerungsmaterial ist sowohl beim Kolbenring 5 nach Fig= 2 als auch jenem nach Fig. 3 vorgesehen unci in Fig. 2 mit 17, in Fig. 3 mit 18 und 19 bezeichnet. Beim Kolbenring 5 gemäß Fig. 2 ist die Schicht 17 aus Panzerungsmaterial an der unteren, brennraumferner liegenderen Kolbenringscheibe 9 ange-

ORIGINAL INSPECTIß

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ordnet;beim Kolbenring 5 gemäß Fig. 3 ist die Schicht 18 aus Panzerungsmaterial an der Oberseite der mittleren Kolbenringscheibe 11 an den Ringspalt 15 angrenzend angeordnet, während die Schicht 19 aus Panzerungsmaterial an der Unterseite der mittleren KoI--benringscheibe 11 an den Ringspalt 16 angrenzend angeordnet ist. Die Dicke der Schicht 17 bzw. 18 und 19 aus Panzerungsmaterial beträgt jeweils ein Vielfaches der axialen Breite B_s des angrenzenden Ringspaltes 14 bzw. 15 und 16. Die axiale Breite B_s eines Ringspall «-Μ ]lt«ft in der O.rnik'nnrdnuncj von Hunderts teil Millimetern. Es sei diesbezüglich darauf hingewiesen, daß die Ringspalte in den Figuren nicht maßstabsgerecht, sondern wesentlich breiter dargestellt sind.

In vorteilhafter Weise ist desweiteren am inneren Ende jedes Ringspaltes ein diesem gegenüber maßseitig erheblich breiterer, umlaufender Ringkanal angeordnet, der in einen nicht dargestellten Ringstoß des Kolbenringes ausmündet, durch welchen Ringstoß Verbrennungsrückstände, Verschleiß- sowie sonstige Schmutzpartikel abführbar sind. Obschon bei allen Ausführungsbeispielen anwendbar, ist ein solcher, mit 20 bezeichneter Ringkanal nur beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingezeichnet. Im Falle des Vorhandenseins eines solchen Ringkanales 20 kann die axiale Breite B_s des Ringspaltes um ein Vielfaches größer sein als bei einer Ausführung eines Kolbenringes ohne einen solchen Ringkanal 20.

Die einzelnen Kolbenringscheiben 6 und 7 bzw. 8 und 9 bzw. 10, 11 und 12 sind an den aneinander angrenzenden, außerhalb des Ringspalt- und Ringkanalbereiches liegenden Flächen miteinander verlötet oder verschweißt. Die Löt- bzw. Schweißschicht ist in Fig. 1 mit 21, in Fig. 2 mit 22 sowie in Fig. 3 mit 23 bzw. 24 bezeichnet.

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Jeder Ringspalt 13 bzw. 14 bzw. 15 und 16 eines Kolbenringes 5 nimmt bei niedrigem Zylinderdruck Schmioröl auf. Dieses Schmieröl wiederum wird aus dom Rinqspalt bei Belastung des Kolbenringes 5 mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck infolge einer daraus resultierenden axialen Ringspaltverengung in den Raum 25 zwischen Kolbenringgleitfläche 26 und Zylinderlauffläche 2 herausgepreßt. Es ist somit durch Kolbenringe nach der Erfindung eine in Abhängigkeit vom im Zylinder herrschenden Gasdruck gesteuerte Selbstversorgung derselben mit Schmieröl gewährleistet, mit der Folge einer erheblichen Verschleißredusierung sowohl am Kolbenring selbst als auch der Zylinderlauffläche 2. Die Ausstoßung der größten Schmierölmenge aus dem Ringspalt ist dabei in vorteilhafter Weise im Bereich des oberen Umkehrpunktes des Kolbens gegeben, wo - wie an sich bekannt - bei hohem Anpreßdruck der Kolbenringe der größte Verschleiß aufzutreten pflegt« Durch Ausbildung eines Schmierfilmes in diesem Bereich kann jedoch sowohl der mechanische als auch der korrosive Verschleiß an Zylinderbuchse und Kolbenring um ein erhebliches Maß reduziert werden; letzteres beruht insbesondere darauf, daß durch das größere ölangebot am richtigen Ort eine bessere Neutralisierung der bei der Verbrennung entstehenden korrosiven Rückstände gegeben ist.

-40-

Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

( 1 ή Kolbenring, der in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten, stoffschlüssig miteinander verbundenen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9;10, 11, 12) besteht, außerdem partiell, in einem äußeren Radialbcreich über dem gesamten Umfang gleich stark axial komprimierbar ist, welche Kompressibilität durch wenigstens einen in Höhe der Verbindungsteile chn Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11, 12)radial umlaufenden, nach außen offenen, Schmieröl bei niedrigem Zylinderdruck aufnehmenden Ringspalt (13 ; 14 ; 15, 16)gegeben ist, aus dem das aufgenommene Schmieröl bei Belastung des Kolbenringes (5) mit im Brennraum der Brennkraftmaschine wirkendem Gasdruck infolge einer daraus resultierenden axialen Ringspaltverengung in den Raum (25) zwischen KoI-benringgleitflache (26) und Zylinderlauffläche (2) herauspreßbar ist.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach folgenden geometrischen Größenverhältnissen hergestellt ist, nämlich

E ^{> 1f} L· ^> ^10/ k ⁼ °'² ^biS °'⁸' I ^s °'^{2 biS}

wobei

1 die radiale Tiefe des Ringspaltes (13; 14;

15, 16),

B_s die axiale Breite des Ringspaltes (13; 14; 15, 16) ,

ORIGINAL INSPECTED

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h die axiale Breite einer Kolbenringscheibe

(6, 7; 8, 9; 10, 11, 12) minus B_s/2, T die radiale Breite des Kolbenringes (5),

B die axiale Höhe des Kolbenringes (5) κ

bedeutet.

3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11,

12) aus gleichem Werkstoff bestehen.

4. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10/ 11, 12) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

5. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9; 10, 11, 12) wenigstens in dem an den Ringspalt (13; 14; 15, 16) angrenzenden Bereich eine Schicht (17; 18, 19) aus verschleißfestem Panzerungsmaterial aufweist.

6. Kolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle seines Aufbaues aus zwei Kolbenringscheiben (8, 9) die Schicht (17) aus Panzerungsmaterial an der unteren, brennräumferner liegenderen Kolbenringscheibe (9) angeordnet ist.

7. Kolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle seines Aufbaues aus drei Kolbenringscheiben (10, 11, 12) mit zwei jeweils in Höhe deren Verbindungsebenen gelegenen Ringspalten (15, 16) die mittlere Kolbenringscheibe (11) oben und unten jeweils wenigstens in dem an jeden der beiden Ringspalte (15, 16) angrenzenden Bereich eine Schicht (18, 19) aus Panzerungsmaterial besitzt.

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8. Kolbenring nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (17; 18, 19) aus Panzerungsmaterial ein Vielfaches der axialen Breite B_ eines Ringspaltes (14; 15, 16) beträgt.

9, Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Ende jedes Ringspaltes (13; 14; 15, 16) ein diesem gegenüber maßseitig erheblich breiterer, umlaufender Ringkanal (20) angeordnet ist, der in einen Ringstoß ausmündet, durch den Verbrennungsrückstände, Verschleiß- sowie sonstige Schmutzpartikel abführbar sind.

10. Kolbenring nach ρinem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite B eines Ringspaltes (13; 14; 15, 16) einige Hundertstel Millimeter beträgt.

11, Kolbenring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Ausführung mit in einen Ringkanal (20) einmündenden Ringspalten (13; 14; 15, 16) letztere eine um ein Vielfaches größere Breite B₃ als bei Ausführung ohne Ringkanal (20) besitzen.

12. Kolbenring nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Kolbenringscheiben (6, 7; 8, 9j 10, 11, 12) an den aneinander angrenzenden, außerhalb des Ringspalt- und Ringkanalbereiches liegenden Flächen miteinander verlötet oder verschweißt sind.