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Kolbenrin? für Brennkraftmaschinen Es sind Kolbenringe für Brennkraftniaschillen
bekannt, deren Abdichtun- gegenüber der Zvlinderwandung inl wesentlichen mit Hilfe
von Spanngas erfolgt. Das Spanngas soll dabei zwischen der oberen Kolbenkante und
der Zvliilderlallffl'siclie bis zur Kolbenriilgnut und von dort über besondere eingelassene
Ausi,ehillungen in den \utengrund hinter den hulbenrin_ gelangen. Es zeigte sich
jedoch, dafi, lVeilil überhaupt feststellbar, so doch iin wese@alichen nur eine
sehr schlecht verteilte unci daini tinvollst:iilcli"e Ablichtung err@iciibar ist.
Das Spanngas neigt nach wie vor <<azu, Ilalgs den Alxli-_litun<;sfl:icllcn
zwi-:cix:a (lein Zvlinder und deal Kolben in <las Kurhei@ell@;a:e durchzublasen.
Versuche, den l@inrn rül: zusätzliche radial in ZN-lin:lerricil-,tlil" @"e:'lat@te11@1C'
V orspannung ztl geben.
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brachten keine Verbesserung, eher eine VerschIcchterun-. Auch niit
kombinierten Kolbenriil;"cil, (l. 1i. finit I`ull>:nrüigen, die all: mehreren Teilen,
z. B. einem äußeren und einem inneren Ring, mit evtl. entgegengesetzt ,gerichteter
Vorspannung bestanden war eine Verbesserun- der Abdichtung nicht zu erzielen.
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Die Erfindung gellt von gasgespannten Kolbenringen aus und hat erkannt,
daß praktisch nur ein ideal auf dem ganzen Zylinderumfang gleichmäßig abdichtender
Kolbenring eine zusätzliche Gasspannung nach den bekannten @-orsclllügen erlauben
würde. Dies liegt darin be-ründet, daß an einem solchen idealen Kolbenring kein
Slianngas zwischen 1,7,olbenriilg und 7-vIinderwandun, durchblasen kann, so dal3
sich kein Druckausgleich zwischen den gasbelasteteil Ringflüchen ausbildet. Da solche
idealen hofheilringe aber nur theoretisch (lenkbar sind, weil entweder die Ringe
selbst infolge der verschiedenen thermischen oder mechanischen Belastung 1)zw. der
Zylinder wahrend des Betriebes nie--
111,1s eine nleichnläßige kreisförmige
horin Malalten, kann an den nicht an der Zylinderwan,lung anliegenden Ringstellen
«-:ihrel,d des beginnenden Spannvorganges Spanngas durchtreten, so daß zwischen
<lern auf den Nuten-rund ein-wirkenden und dem an den Durclitrittsstellen vorbeistreiclienden
Spannnasen unbedingt ein Druckatis-leich stattiindet, (1.:r dazu führt, daß keine
restlose Abc;ichtun- mehr erzielbar ist. Diese Wirkung hihi sich auch nicht durch
geeignete, nach der Zylin!lerwan.hnin gerichtete Vorspannun- der hinge belieben,
weil nicht erkannt wurde, daß eine Spannung der Rinne über das im Nutengrund einwirkende
Spanngas erst dann eintritt, wenn der Druck des Spanngases die radial nach außen
gerichtete Kraft der Ringvorspannung übersteigt. Solange dies nicht (leg Fall ist,
bläst also Spanngas an den schlechten Abdichtungsstellen. .durch, so dali flach
wie vor ein Druckausgleich zwischen den gasbelasteten Ringflächen stattfindet.
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Diese Nachteile «-erden nein gemii13 der Ertin,lun- dadurch vermieden,
claß dem gas zuspannenden Kolbenring ein oder mehrere besondere Entspannungsräume
für die an der Zylinderwandung vorbeistreichenden Lech sllatinnase nacligescbaltet
sind. j Auf diese Weise ist die der Zylinderlaufe bahn zugekehrte Fläche zumindest
zeitweise (leg Eimvirkting des Spanngases eiltzogen, da dieses zunächst in die Entspannungsräunie
abströmt. Ein Druckausgleich Über gasbelastete Ringflächen ist daher nicht nichr
zu 1)--fürchten. Das im \Tutengrtimd sich %-erteilende Spanngas wird also den Rinn
fest ;regen die Zylinderlaufbahn andrücken, cla ,ich die Druckspitze an dieser Stelle
zeitlich wesentlich früher aufbaut. Hierbei kann der naszuspannende Kolbenring in
bekannter Weise einen annähernd L-förinigen Querschnitt besitzen, wobei der dem
Zylinder zugekehrte Schenkel so in Richtung des Iso@betlbodens liegt, daß das Lecknas
an der Abdichtungsstelle vorbei im dein vom dem L-Querschnitt gebildeten freien
Raum gedrosselt abströmt. Wie itn einzelnen die Erfindung ausgeführt werden kann,
zeigen mit den für sie wesentlichen Teilen die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung.
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In Fin. i ist ein Teilschnitt eines Kolbens finit unmittelbar im Kolben
vorgesehenen besonderen Entspannungsratini ; gezeigt, und zwar ist der Kolbenring
t in der lsoIbeilrin"-iiiit = des Kolbens 3 eingelassen. fier Kolbenrinn t besitzt
L-f('irnii"en ntiersclinitt und kann finit besonderen Clxrzügen d.. versehen @@erclen.
die die nleiten;le Reibtin- vo@ziins-%%eise in der Kolbenrin-nut verriti-erit. .11s
(-berzüge eignen sich besonders Stahleinlagen oder andere rin sich bekannte Gleit
werkstofte. Gber in der Rindnut 2 vor;leseliene Ausnehmungen 5 kann das Spanngas
zwischen Zylinderwandung und K(Abenober-Icante hinter dem Iiolbenrin,- in den -Nutengrund
6 durchtreten. Das an der Abdichtungsstelle zwischen Zvlin(ler und Kolbz#ilring
abströmende Leckspanngas gelangt in den, nachgeschalteten I:ntsl).znnunnsrauni ,~,
der durch eine zwtckmäl@in zusammenhängend auf den Kolbaitinifang vor-sehene Aussparung
und die Zylinderlauffhiche gebildet wird. In. dein Atisfüllrun"sbeispiel ist der
Kolbenring an seinem der Kolbenoberfläche abgekehrten Fn#le abgeschrägt. so daA
sich (las vorheistreichen-le Leckgas bereits innerhalb der Kolbenrin-stärke zti
entspannen beginnt. Bei entsprechender Märke des Kolbenringes und entsprechendem
Abschrä -nunnsgrad ist es niö-Iich, dal.l der so -eschaftene Rauen in seiner Größe
als Entspannungsraum schon ausreicht. Ist (lies Jedoch auf Grund der gewählten Abmessungen
nicht der Fall, so kann zumindest (leg eigentlich< I;ntspannungsrauin kleiner
bemessen werden. Die Entspannung der vorbeistreichenden Lecl;nase braucht im übrigen
bei diesem Ausführungsbeispiel nicht sehr weit getrieben zu werden, (In der L-förini"e
Querschnitt Ales Kolbenringes ini -Nuten-rund eine -rolle Oberfläche für den Aufbau
der Druckspitze des Spanngases besitzt, während (las abgewinkelte Kolbenrinnende
den I?inwirkungen des Spanngases entzogen ist, da (las Kolbeninaterial den freien
L-1 )t,ersclinitt des I@iil;@@es ausfüllt. Das in Fig.2 dargestellte Ausftrlirtingsbeispiel
zeigt einen normalen Isoll>:nrin@@ mit rechteckigem Querschnitt. Der nachgeschaltete
Entspannungsrating ; ist dabei so ausgebildet, daß er gleichzeitig als Drosschin-
für die Wä rineeinwanderun g, zu dein Kollirnrinn dient. Der Entspannun@sr@tiini
kann über 1);_1-sondere in der Zeichnung gestrichelt angedeutete Kanäle 9 finit
dein Kttrly:llzeliiitise in Verbindung stehen, so daß das vorbeistreichende Leck-as
auf keinen Fall einen höheren Druck erreicht als das hinter dem Kolbenring in .den
\utengrund 6 eintretende Spannas. Um die kinetische Energie des zwischen Zylinder
und Kolben in die Ausneliniung eintretenden Spanngases zu erhöhen, l;ünileri über
regelmäßig auf den Unifang der oll@rel: Kolbenpartie verteilte Aussliarungen S t:
leg gegebenenfalls auch über besondere nicht näher dargestellte Bohrulmen (lie Sliant:gase
hinter ([en Kolbenring in (gen Nutennrun@l G abgeführt t\-erden.
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FiZ.3 zeit schließlich ehenf:ill: iiii Tvilsclinitt eineu na,#ne#palrlltell
Kolhenrin" ,@-@-bei kein heson(lerer unmittelbar ini Isolben
vorgesehener
Entspannungsraum vorgesehen ist. Der Entspannungsraun17 wird vielmehr in diesem
Ausführungsbeispiel durch den freigebliebenen Querschnitt des L-förmig ausgebildeten
Kollxnringes gebildet. Auch hier ist cler Kolbenring mittels besonderer Gleitflächen
gelagert.
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Die Kolbenringe gemäß der Erfindung werden vorzugsweise ohne jeden
Eigenspannungszustand eingebaut und zweckmäßig aus einem Leiclitinetall auf der
Aluminium- oder 1la@nesiumbasis hergestellt. Die Gleitfläche in d.:r Ringnut oder
die Gleitfläche auf dein Kolbenring werden dabei mit einer Stahlauflage plattiert
bzw. mit einem Grauguß-oder ähnlichen 'Metallüberzug vorzugsweise nach dem Spritzverfahren
überzogen. Es empfiehlt sich, die gasgespannten Kolbenringe lediglich zur Abdichtung
heranzuziehen und sie gegen Wärmeeinwanderung zu schützen und weitere Kolbenringe
in der' an sich bekannten Forin mit radial in Zylinderrichtung verlaufender Vorspannung
für die Wärmeübertragung nachzuschalten. Eine solche Kolbenringanordnung hat den
besonderen Vorteil, daß ieder der Ringe nur eine einzige Aufgabe zu erfüllen hat.
Dies erleichtert die Auslegung der Ringe und ihren Einbau. In besonderen Fällen-
kann es sich noch empfehlen, die gasgespannten Ringe in Einsätzen zu lagern, die
in dem Kolben nach Art der Ringträger eingelassen und von dem Kolbenmaterial durch
schlecht wärmeleitende Sehichten getrennt sind. Als schlecht wärmeleitende Schicht
kann der Einsatz finit einer Ox_yrlschicht versehen werden.