DE4310249C1 - Kolbenring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstspannenden Kolbenring mit ungleichmäßiger Radialdruckverteilung.

Neben der Gestaltung des Kolbenringquerschnittes und die Art der Radialdruckverteilung einen entscheidenden Einfluß auf ein günstiges Verschleißverhalten, insbesondere der Kolbenring-Lauffläche. Hochleistungskolbenringe haben grundsätzlich eine - über den Ringumfang betrachtet - ungleichmäßige Radialdruckverteilung, dabei wird von den Herstellern eine Druckverteilung angestrebt, die entweder der sogenannten Viertakt-Charakteristik oder Zweitakt-Charakteristik entspricht.

Bei ersterer handelt es sich um Kolbenringe mit einem höheren Radialdruck im Stoßbereich, um am Stoß eine Art Dämpfung zu erzeugen, damit die sonst üblichen Flatterbewegungen am Stoß nicht voll wirksam werden.

Kolbenringe mit Zweitakt-Charakteristik haben im Bereich der Stoßenden einen gegenüber den Viertaktringen reduzierten Radialdruck. Der höhere Radialdruck ist in die beiden Quadranten I und IV rechts und links vom Stoß verlegt. Aus dem SAE-Paper 831283 sind derartige Kolbenringe zu entnehmen. Darüber hinaus zeigt diese Schrift, daß ein erheblicher Teil der Wärme über die Kolbenringe vom Kolben zum Zylinder fließt. Auf Grund dessen ist ein Kolbenring am Innendurchmesser heißer als am Außendurchmesser, wo der Ring die Zylinderwand berührt. Diese Tatsache nimmt Einfluß auf das Abdichtverhalten des Kolbenringes beim Motor-Start, das heißt im kalten Zustand, als auch während des Betriebes, das heißt im warmen Zustand.

Ein Viertakt-Kolbenring liegt im kalten Zustand lichtspaltdicht an der Zylinderwand an. Gegenüber dem kalten Zustand vergrößert der Kolbenring im Betriebszustand seinen Krümmungsradius, da er sich am Innendurchmesser aufgrund der höheren Temperaturen stärker ausdehnt und damit mehr streckt als außen. Diese Krümmungsradiusveränderung führt an den Stoßenden zu einer undichten Anlage mit Punktkräften. Der dann nicht mehr lichtspaltdichte Ring unterliegt überhöhtem Laufflächenverschleiß an den Stoßenden und weist einen hohen Ölverbrauch in der Einlaufphase auf.

Der Zweitaktring gemäß SAE 831283 verhält sich gegenüber dem Viertaktring genau umgekehrt. Im kalten Zustand liegt der Ring mit seinen Stoßenden lichtspaltundicht an der Zylinderwand an, wodurch Kaltstartprobleme auftreten. Durch thermische Expansion legen sich die Stoßenden erst in der Betriebsphase an die Zylinderwand an.

Durch die gewählte Radialdruckverteilung und die aus der Wärmedehnung sich ergebenden Anpreßkräfte wird der Verschleiß auf der Lauffläche begünstigt. Dort wo die Anpreßkräfte am größten sind ist auch der Verschleiß am höchsten. Über den Umfang gesehen ist bei genannten Kolbenringen vom Stoß im Uhrzeigersinn gesehen im Bereich 0 bis 90° und 270 bis 360°, das heißt im 1. und 4. Quadranten, der Verschleiß am größten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolbenring dahingehend zu verbessern, daß der aus der Radialdruckverteilung sich ergebende Verschleiß vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf Nenndurchmesser gespannte Kolbenring im Bereich Alpha < 90° und Alpha < 270° (I und IV Quadrant) einen Krümmungsradius aufweist, der etwa dem Zylinderradius entspricht, und daß im Winkel-Bereich Alpha = 90° bis 170° und Alpha 190° bis 270° (II und III Quadrant) mindestens ein Bereich mit einem Krümmungsradius der größer als der Zylinderradius und größer als bei Kolbenringen mit herkömmlicher Radialdruckverteilung ist vorgesehen ist, so daß sich der Radialdruck im I und IV Quadranten im kalten Zustand auf einen mittleren Radialdruck und im II und III Quadranten im Bereich Alpha = 90° bis 170° und Alpha = 190° bis 270° auf über 100% des mittleren Radialdruckes einstellt.

Auf diese Weise wird der den Verschleiß hervorrufende hohe Radialdruck in die Bereiche des Kolbenringes verlagert, die möglichst weit vom Stoß entfernt sind, wobei dennoch gewährleistet ist, daß bereits im kalten Zustand alle Umfangspunkte des Kolbenringes lichtspaltdicht an der Zylinderwand anliegen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Der in der Figur abgebildete Kolbenring 1 ist im gespannten, auf Nenndurchmesser zusammengedrückten Zustand dargestellt. In diesem Zustand stellt sich eine Radialdruckverteilung 2 ein, die, am Stoß 3 beginnend, einen mittleren Radialdruck einnimmt, um dann im II und III Quadranten jeweils auf einen Wert um mehr als 100% des mittleren Radialdruckes anzusteigen. Der Maximaldruck liegt etwa im Winkelbereich Alpha1 = 110° und Alpha2 = 250° im Uhrzeigersinn vom Stoß 3 gemessen. Auf der dem Stoß 3 gegenüberliegenden Seite fällt der Radialdruck wieder ab.

Claims (1)

1. Selbstspannender Kolbenring mit ungleichmäßiger Radialdruckverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß der auf Nenndurchmesser gespannte Kolbenring (1) im Bereich Alpha < 90° und Alpha < 270° (I und IV Quadrant) einen Krümmungsradius aufweist, der etwa dem Zylinderradius entspricht, und daß im Winkelbereich Alpha = 90° bis 170° und Alpha = 190° bis 270° (II und III Quadrant) mindestens ein Bereich mit einem Krümmungsradius, der größer als der Zylinderradius und größer als bei Kolbenringen mit herkömmlicher Radialdruckverteilung ist vorgesehen ist, so daß sich die Summe des Radialdrucks (2) eines jeden Quadranten im kalten Zustand auf einen mittleren Wert einstellt und der Radialdruck sich im II und III Quadranten im Bereich Alpha = 90° bis 170° und Alpha 190° bis 270° auf über 100% des mittleren Radialdrucks einstellt.