DE3920449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft selbstspannende Kolbenringe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruches 7, wie sie vornehmlich zur Gasabdichtung in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.

Die Kolbenringe haben neben der Gasabdichtungsfunktion die Aufgabe, das für die Schmierung und Gasabdichtung nötige Öl unter allen Betriebsbedingungen und über die erwartete Le­ bensdauer des Motors im Ringbereich zu halten und nicht in den Verbrennungsraum gelangen zu lassen.

Der Ölverbrauch stellt im allgemeinen heute für den Neuzu­ stand eines Motors keine große Schwierigkeit mehr dar. Es gibt jedoch eine ganze Anzahl Fälle, bei denen Motoren nach mehr oder weniger langer Laufzeit einen erheblichen Ölverbrauchsanstieg zeigen (und dies zum Teil nur bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten). Die Untersuchung der demon­ tierten gelaufenen Kolbenringe zeigt dann in der Regel einen starken Verschleiß der Lauffläche und der Flanken und typische Trockenlaufspuren wie Brandspuren und Freßriefen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ringe im Neu­ zustand so auszubilden, daß im späteren Zustand ein solcher Ölverbrauchsanstieg, gepaart mit Trockenlauf und Verschleiß, nicht auftreten kann.

Grundlage dieser Erfindung ist die neue Erkenntnis, daß die Ursache für dieses unerwünschte Verhalten die durch Verschleiß bedingte Ausbildung eines Einlaufkeils im un­ teren Laufflächenbereich bei Anlage des Ringes an der Oberflanke liegt. Wenn nämlich der Kolbenring an der Ober­ flanke außen anliegt und die Massenkraft ihn nach unten zieht, der Gasdruck ihn aber oben hält, ergibt sich eine vertwistende Wirkung auf den Ring mit dem Verschleiß der unteren Laufflächenkante. Wenn dann im Ansaughub im oberen Hubbereich, der für den Ölverbrauch besonders empfindlich ist, die Massenkraft den Ring umgekehrt nach oben vertwistet, wird der untere Verschleißbereich der Lauffläche zum weit geöffneten Einlaufkeil. Dieser Effekt soll vermieden werden durch ein von außen nach innen ver­ schobenes Anliegen des Ringes an der Oberflanke, weshalb Nutflanke und Kolbenringflanke einen bestimmten Winkel zu­ einander aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß im Ansaughub unter der nach oben gerichteten Massenkraft der Ring nicht oder sogar umgekehrt vertwistet und damit die untere Lauf­ fläche zur Anlage an die Zylinderwand kommt und somit keinen Einlaufkeil zum Überlaufen des Schmieröls bildet. Da bei Anlage der Ringe an der Unterflanke ein Überlaufen des Öls im Aufwärtshub durch einen nach oben geöffneten Ein­ laufkeil der Lauffläche verlangt wird, ist hierfür eine In­ nenanlage der Unterflanke an der Nutflanke erforderlich. In Anspruch 1 ist deshalb der Schutzanspruch für einen selbst­ spannenden Rechteckring formuliert, der im montierten Zustand sowohl an der Unterflanke als auch an der oberen Nutflanke zuerst flankenmittig bis innen zur Anlage kommt.

Die Ansprüche 2 bis 6 sind Unteransprüche zu diesem ersten Hauptanspruch und beziehen sich auf die verschiedenen Mög­ lichkeiten der Realisierung des beschriebenen Lösungsan­ satzes. Unter dem Anspruch 7 ist die umgekehrte Realisie­ rung beschrieben, bei der die Kolbennut mit leicht konisch zulaufenden Flanken die geforderte Innenanlage eines Recht­ eckringes ohne die in den Ansprüchen 2 bis 6 dargestellten Maßnahmen gewährleistet.

Die Größe der jeweiligen Neigungsdifferenz zwischen Nut- und Ringflanke ist so zu bemessen, daß sich der Ring bei voller Massenkraft plan anlegen kann. Je nach Ringgröße und den Be­ triebsbedingungen ergibt sich daraus ein Winkel zwischen ca. 15 und 60°.

Bekannt sind Kolbenringe, die durch entsprechende Maßnahmen wie Querschnittsstörungen, z. B. Ring mit Innenfase bzw. Innenwinkel nach DIN 70 909, ISO 6622, im gespannten Zustand entweder an der Unterflanke oder an der Oberflanke innen anliegen. Dann liegt aber automatisch die gegenüberliegende Flanke außen an. Dies gilt auch für die in der Patentschrift DE-PS 34 19 241 dargestellte Querschnittsform eines Kolbenringes. Dieser liegt mit seiner Oberflanke innen an der Nutflanke und mit seiner Unterflanke außen an der Nutflanke des Kolbens an. Die beidseitige Mitten- bis Innenanlage von Ober- und Unterflanke eines Rechteckringes ist aber die für den dauerhaft niedrigen Ölverbrauch erfinderische Maßnahme.

Bei der Dichtungsvorrichtung nach der Offenlegungsschrift DE-OS 28 27 097 handelt es sich im Gegensatz zum selbst­ spannenden Kolbenring um einen geschlossenen Dichtring, der durch die unter Druckbeaufschlagung entstehende Torsion eine Durchmesservergrößerung und damit eine erhöhte Dichtwirkung an der zylindrischen Dichtfläche erhalten soll. Dieser ähnlich an den Flanken berührende Ring ist somit sowohl vom Oberbegriff her als auch von der Funktion aus gesehen völlig verschieden von dem dieser Erfindung zugrunde liegenden Kolbenring.

Bekannt sind weiterhin Kolben mit konisch verlaufenden Nuten, die aber für ebenfalls konisch ausgebildete sogenannte Doppeltrapezringe (DIN 70 914 und 70 916, ISO 6624) gedacht sind und deren Winkel mindestens bei 3° liegen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben: Die Zeichnung stellt den Querschnitt eines Ringes nach den Ansprüchen 1 und 3 im eingebauten Zustand in der Kolbennut bei Anlage an der unteren Nutflanke dar.

Entsprechend der Querschnittsstörung durch die Innenfase 2 liegt der Ring vertwistet mit seiner Unterflanke 1 an der Nutflanke innen an.

Durch die erfindungsgemäße Bearbeitung der Oberflanke unter ca. 40° Winkel zur gestrichelt gezeichneten ehe­ maligen Flankenfläche legt sich der Ring beim Anlage­ wechsel oben ebenfalls mittig bis innen an.

Claims (7)

1. Selbstspannender, gasabdichtender Kolbenring, der im montierten Zustand mit seiner oberen Flanke die Nutflanke des Kolbens mittig bis innen berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Flanke gegenüber der Nutflanke so geneigt ist, daß diese ebenfalls mittig bis innen berührt wird.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringflanken jeweils unter einem entsprechen­ den Neigungswinkel bearbeitet sind, so daß die Quer­ schnittsform eines umgekehrten Trapezringes mindestens bis zur Flankenmitte entsteht.

3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der unteren Flanke durch eine Querschnitts­ störung, z. B. in Form einer oberen Innenfase oder eines oberen Innenwinkels, bewirkt wird und die Neigung der oberen Ringflanke durch Flankenbearbeitung entsteht.

4. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der oberen Flanke durch eine Querschnitts­ störung, z. B. in Form einer unteren Innenfase oder eines unteren Innenwinkels, bewirkt wird und die Neigung der unteren Ringflanke durch Flankenbearbeitung entsteht.

5. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring mit Schieflage gefertigt wird und die rich­ tige Neigung der mit falscher Neigung gefertigten Ring­ flanke durch anschließende Bearbeitung erfolgt.

6. Kolbenring nach Anspruch 1 und 2 aus gewickeltem Stahlpro­ filband, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel der oberen und unteren Ringflanke bereits im Stahlprofil­ band vor dem Wickeln vorhanden sind.

7. Kolben mit Nuten zur Aufnahme von selbstspan­ nenden, gasabdichtenden Rechteck-Kolbenringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Nutflanke so ausgebildet ist, daß die montierten Kolbenringe mit ihren Flanken oben und unten jeweils zuerst mittig bis innen an den Nutflanken anliegen. Für twistende Ringe mit Querschnittsstörung be­ deutet dies eine Schieflage nur einer Nutflanke an der Ringflanke, die sonst außen berühren würde.