EP1910716A1 - Mehrteiliger ölabstreifring für verbrennungsmotoren - Google Patents

Mehrteiliger ölabstreifring für verbrennungsmotoren

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EP1910716A1
EP1910716A1 EP06761815A EP06761815A EP1910716A1 EP 1910716 A1 EP1910716 A1 EP 1910716A1 EP 06761815 A EP06761815 A EP 06761815A EP 06761815 A EP06761815 A EP 06761815A EP 1910716 A1 EP1910716 A1 EP 1910716A1
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EP
European Patent Office
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ring
oil scraper
scraper ring
flanks
height
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06761815A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Hummel
Alexandros Mizoglou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • 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
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail
    • F16J9/066—Spring expander from sheet metal
    • F16J9/069—Spring expander from sheet metal with a "C"-shaped cross section along the entire circumference
    • 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
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings

Definitions

  • the invention relates to a multi-part oil scraper ring for internal combustion engines, with a U-shaped spring washer provided with axial incisions to form radially outward resilient legs and with at least two annular slats provided with parallel flanks, which over one of their flanks as a stacking level to a height stacked and arranged between the resilient legs of the spreading spring ring in order to define an overall height of the oil scraper ring.
  • a two-part oil scraper ring with a U-shaped expansion spring ring is known from DE 197 04 754 C1.
  • a single lamella which is arranged between the legs of the spreading spring ring, permits an overall height of the oil control ring of approximately 1.5 mm.
  • this solution has the advantage that a sufficient tangential force is exerted on the lamella by the spreading spring, so that the oil scraper effect can also be regarded as sufficient.
  • a reduction in the overall height to or below 1.5 mm thus leads to an insufficient wiping action, as also described in DE 197 94 754 C2, so that overall heights of this magnitude for three-part rings can no longer be realized.
  • the object of the present invention is to provide an at least three-part oil scraper ring with a minimal axial height, which allows a significantly improved oil scraper effect compared to known oil scraper rings.
  • the object is achieved by the features of claim 1.
  • the proposed construction of the three-part oil scraper ring which consists of a U-shaped expansion spring ring with lamellae arranged between its legs, on the one hand advantageously achieves a height which corresponds to that of a two-part oil scraper ring, for example that according to DE 197 04 754 C1.
  • a tangential force is exerted on the lamellae by the spreading spring ring used, which is further increased by the fact that a certain design of the bearing surface for the spreading spring legs is provided, so that an additional tangential force component is generated on the ring lamellae, which leads to an improved oil wiping effect.
  • the design of the contact surface allows the slats to be installed in a significantly simplified manner.
  • FIG. 1 is a perspective view of the oil control ring according to the invention.
  • Figure 2 is a perspective sectional view of the oil control ring in a first embodiment.
  • Fig. 3 is a perspective sectional view of the oil control ring in a second embodiment.
  • Fig. 4 is a perspective sectional view of the oil control ring in a third embodiment.
  • an oil scraper ring 10 is formed from an expansion spring ring 1 with a U-shaped cross section, between whose radially outwardly directed resilient legs 3 and 4 stacked annular lamellae 7 and 8 with a running surface 9 are arranged.
  • the spreading spring ring 1 has slots 2 on its radially inner side, so that the legs 3 and 4 are interconnected via webs 5 designed as spring ring backs. are bound.
  • the expansion spring ring 1 is designed to be resilient in the circumferential direction through the slots 2.
  • the slats 7 and 8 which are made of steel or cast iron and which can be designed as nose minute rings, each have flanks 7a, 7b and 8a, 8b which are aligned parallel to one another, the lower flank 7b of the upper slat 7 and the upper flank being the stacking planes SE 8a of the lower lamella 8 is used.
  • the flanks in the stacking plane SE have a roughness Rz ⁇ 2 ⁇ m for steel fins and Rz ⁇ 4 ⁇ m for cast fins.
  • the lamellae have at their radially inner ends, i.e.
  • the contact surface 12 is aligned parallel to the flanks 7a, 7b and 8a, 8b, whereby according to a second exemplary embodiment according to FIG. 3 the contact surface 12 extends at an inclination angle ⁇ between 2 ° and 20 ° towards the stack plane.
  • this enables simple assembly of the fins and on the other hand creates an at least partially additional force component acting radially on the fins for improved oil wiping.
  • the recesses 12 in the lamellae are mirror-symmetrical to one another with the stacking plane SE as a mirror plane and have a height h a that is greater than the thickness D 1 of one leg of the spreading spring ring 1.
  • this is one Height-nominal height of the oil scraper ring 10 realized, which is determined exclusively by the height h L of the stacked lamellae 7 and 8.
  • the legs 3 and 4 of the spreading spring ring 1 are supported in a radial width B of the bearing surface 12, which corresponds to approximately one third of the total radial width of the lamellae, so that adequate guidance is ensured.
  • radially extending oil grooves 6 are introduced circumferentially at an angular distance of 20 °, that is to say in a total of 18 pieces, through which ⁇
  • the lamella 7 oil to be stripped from the cylinder wall is conveyed to the radially inner side of the spring washer in the oil space 13 and is transported through the incisions 2 to the crankshaft-side engine compartment.
  • the cutouts 11 of the two plates 7 and 8 are designed such that the side 14 of the plates 7 and 8 facing away from the running surfaces 9 bear against the back of the expansion spring ring 1, as a result of which the radial width B of the contact surface 12 can be enlarged.
  • the oil to be wiped off the cylinder wall is transported away by the radially extending oil grooves 6 directly via the incisions 6 to the engine compartment on the crankshaft side.
  • the fins 7 and 8 can usually be treated by means of a gas nitriding process (GNS) to form a nitride layer.
  • GFS gas nitriding process
  • a wear coating of the treads 9 can also be applied by a PVD method, for example a CrN coating.
  • the oil control ring 10 is inserted in the installed state with sufficient play in the oil ring groove of a piston.
  • the expansion spring ring 1 is stretched to a smaller diameter, in which it is compressed in the circumferential direction, so that the resulting radial spring force press the fins 7 and 8 against the cylinder wall, the special design of the recess 11 for receiving the legs 3, 4 of the spring washer 1, a particularly low axial height for a three-part oil scraper ring is realized.

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Abstract

Bei einem mehrteiligen Ölabstreif ring (10) für Verbrennungsmotoren, mit einem uförmigen mit axialen Einschnitten (2) versehenem Spreizfederring (1) zur Bildung von nach radial außen gerichteten federnden Schenkeln (3, 4) , die über radial innenliegende Stege (5) miteinander verbunden sind, und mit wenigstens zwei mit jeweils parallelen Flanken (7a, 7b; 8a, 8b) versehenen ringförmigen Lamellen (7, 8) , die über ihre Flanken als Stapelebene (SE) zu einer Höhe (hL) gestapelt und zwischen den federnden Schenkeln des Spreizfederrings angeordnet sind, um eine Nennhöhe des Ölabstreifrings zu definieren, soll für einen mindestens dreiteiligen Ölabstreif ring eine minimale axialen Bauhöhe mit verbesserte Ölabstreif Wirkung dadurch erreicht werden, dass mindestens jeweils eine der Flanken (7a, 7b; 8a, 8b) der Lamellen in ihrem radial innenliegenden Wandbereich eine derartig geformte Aussparung (11 ) mit einer Auflagefläche (12) zum Eingriff der federnden Schenkel (3, 4) des Spreizfederrings aufweist, dass die Nennhöhe des Ölabstreif rings ausschließlich durch die Stapelhöhe (hL) der Lamellen (7, 8) bestimmt ist.

Description

Mehrteiliger Ölabstreifring für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Ölabstreifring für Verbrennungsmotoren, mit einem u-förmigen mit axialen Einschnitten versehenen Spreizfederring zur Bildung von nach radial außen gerichteten federnden Schenkeln und mit wenigsten zwei mit jeweils parallelen Flanken versehenen ringförmigen Lamellen, die über eine ihrer Flanken als Stapelebene zu einer Höhe gestapelt und zwischen den federnden Schenkeln des Spreizfederrings angeordnet sind, um eine Bauhöhe des Ölabstreif- rings zu definieren.
Ein zweiteiliger Ölabstreifring mit einem u-förmigen ausgebildeten Spreizfederring ist aus der DE 197 04 754 C1 bekannt. Eine einzige Lamelle, die zwischen den Schenkeln des Spreizfederrings angeordnet ist, gestattet eine Bauhöhe des Ölabstreifrings von ca. 1 ,5 mm. Gegenüber anderen bekannten zweiteiligen Ölabstreifringen, beispielsweise aus der DE 27 1 1 018 C2, besitzt diese Lösung den Vorteil, dass eine noch ausreichende Tangentialkraft durch die Spreizfeder auf die Lamelle ausgeübt wird, so dass die Ölabstreifwirkung ebenfalls noch als ausreichend zu betrachten ist. Eine Verringerung der Bauhöhe bis oder unter 1 ,5 mm führt damit zu einer ungenügenden Abstreifwirkung, wie ebenfalls in der DE 197 94 754 C2 beschrieben, so dass Bauhöhen in dieser Größenordnung für dreiteilige Ringe somit scheinbar nicht mehr zu realisieren sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mindestens dreiteiligen Ölabstreifring mit einer minimalen axialen Bauhöhe anzugeben, der gegenüber bekannten Ölabstreifringen eine wesentlich verbesserte Ölabstreifwirkung gestattet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die vorgeschlagene Konstruktion des dreiteiligen Ölabstreifrings, der aus einem u-förmigen Spreizfederring mit zwischen seinen Schenkeln angeordneten Lamellen besteht, wird einerseits vorteilhaft eine Bauhöhe erreicht, die der eines zweiteiligen Ölabstreifrings, beispielsweise der nach DE 197 04 754 C1 , entspricht. Andererseits wird durch den verwendeten Spreizfederring auf die Lamellen eine Tangentialkraft ausgeübt, die noch dadurch vergrößert wird, dass eine bestimmte Gestaltung der Auflagefläche für die Spreizfederschenkel vorgesehen ist, so dass eine zusätzliche tangentiale Kraftkomponente auf die Ringlamellen erzeugt wird, welche zu einer verbesserten Ölabstreifwirkung führt. Zudem gestattet die Gestaltung der Auflagefläche eine wesentlich vereinfachte Montage der Lamellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ölabstreifrings;
Fig. 2 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ölabstreifringes in einer ersten Ausführung;
Fig. 3 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ölabstreifringes in einer zweiten Ausführung.
Fig. 4 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ölabstreifringes in einer dritten Ausführung.
Aus der perspektivischen Ansicht nach Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Ölabstreif- ring 10 aus einem Spreizfederring 1 mit u-förmigen Querschnitt gebildet, zwischen dessen nach radial außen gerichtete federnde Schenkel 3 und 4 aufeinander gestapelte ringförmige Lamellen 7 und 8 mit einer Lauffläche 9 angeordnet sind. Der Spreizfederring 1 weist an seiner radial inneren Seite Schlitze 2 auf, so dass die Schenkel 3 und 4 über als Federringrücken ausgebildete Stege 5 miteinander ver- bunden sind. Durch die Schlitze 2 ist der Spreizfederring 1 in Umfangsrichtung federnd gestaltet.
Die aus Stahl oder Gusseisen bestehenden Lamellen 7 und 8, die als Nasenminuten- ringe ausgeführt sein können, haben zueinander jeweils parallele ausgerichtete Flanken 7a, 7b und 8a, 8b, wobei als Stapeleben SE die untere Flanke 7b der oberen Lamelle 7 sowie die obere Flanke 8a der unteren Lamelle 8 dient. Die Flanken in der Stapelebene SE weisen eine Rauheit Rz < 2μm für Stahllamellen und Rz < 4μm für Gusslamellen auf. Gemäß Figur 2 und 3 haben die Lamellen an ihren radial inneren Enden, also in Richtung Rücken des Spreizfederrings 1 , eine nach axial oben gerichtete Aussparung 11 für die obere Lamelle 7 und eine nach unten gerichtete Aussparung für die untere Lamelle 8 mit jeweils einer Auflagefläche 12, in welcher die Schenkel 3 und 4 sich federnd abstützen. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Auflagefläche 12 parallel zu den Flanken 7a, 7b und 8a, 8b ausgerichtet, wobei nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 die Auflagefläche 12 zur Stapeleben hin unter einem Neigungswinkel α zwischen 2° bis 20° verläuft. Dadurch wird einerseits eine einfache Montage der Lamellen ermöglicht und andererseits eine zumindest teilweise zusätzliche radial auf die Lamellen einwirkende Kraftkomponente zur verbesserten Ölabstreifung geschaffen.
Die Aussparungen 12 in den Lamellen sind zueinander spiegelsymmetrisch mit der Stapelebene SE als Spiegelebene ausgeführt und weisen eine Höhe ha auf, die größer ist, als die Dicke D1 jeweils eines Schenkels des Spreizfederrings 1. Damit ist im Gegensatz zum vorhandenen Stand der Technik eine Bauhöhe -Nennhöhe- des Ölabstreifrings 10 realisiert, die ausschließlich durch die Höhe hL der aufeinander gestapelten Lamellen 7 und 8 bestimmt wird. Die Abstützung der Schenkel 3 und 4 des Spreizfederrings 1 erfolgt in einer radialen Breite B der Auflagefläche 12, die etwa einem Drittel der radialen Gesamtbreite der Lamellen entspricht, so dass eine ausreichende Führung gewährleistet ist. An der unteren Flanke 7a der oberen Lamelle 7 sind umfangsseitig in einem Winkelabstand von 20 °, also in einer Gesamtanzahl von 18 Stück, radial verlaufende Ölnuten 6 eingebracht, durch die von ^
der Lamelle 7 von der Zylinderwand abzustreifendes Öl zur radial innen liegenden Seite des Spreizfederrings in den Ölraum 13 befördert und durch die Einschnitte 2 zum kurbelwellenseitigen Motorraum abtransportiert wird.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ölabstreifrings 10 nach Figur 4 sind die Aussparungen 11 beider Lamellen 7 und 8 derart ausgeführt, dass die der Laufflächen 9 abgewandten Seite 14 der Lamellen 7 und 8 am Rücken des Spreizfederrings 1 anliegen, wodurch die radiale Breite B der Auflagefläche 12 vergrößert werden kann. Das von der Zylinderwand abzustreifende Öl wird dabei durch die radial verlaufende Ölnuten 6 direkt über die Einschnitte 6 zum kurbelwellenseitigen Motorraum abtransportiert.
Die Lamellen 7 und 8 können üblicherweise mittels eines Gas-Nitrierprozesses (GNS) zur Bildung einer Nitridschicht behandelt sein. Ebenso kann eine Verschleiß- beschichtung der Laufflächen 9 durch ein PVD- Verfahren, beispielsweise eine CrN- Beschichtung, aufgebracht werden.
Der Ölabstreifring 10 ist im Einbauzustand mit einen ausreichendem Spiel in der Ölringnut eines Kolbens eingesetzt. Der Spreizfederring 1 wird dabei auf einen kleineren Durchmesser gespannt, in dem er in Umfangsrichtung zusammengedrückt wird, so dass die hierdurch entstehende radiale Federkraft die Lamellen 7 und 8 gegen die Zylinderwand drücken, wobei durch die spezielle Gestaltung der Aussparung 11 zur Aufnahme der Schenkel 3, 4 des Spreizfederrings 1 eine besonders geringe axiale Bauhöhe für einen dreiteiligen Ölabstreifring realisiert wird. - O -
Bezugszeichen
10 Mehrteiliger Ölabstreifring
1 Spreizfederring
2 axiale Einschnitte
3, 4 Schenkel des Spreizfederrings
5 Stege
6 Ölnut
7 obere Lamelle, dem Brennraum des Motors zugewandte Seite 7a Lamellenflanke, axiale Oberseite
7b Lamellenflanke, axiale Unterseite
8 untere Lamelle, dem Brennraum des Motors abgewandte Seite 8a Lamellenflanke, axiale Oberseite
8b Lamellenflanke, axiale Unterseite
9 Laufflächen
11 Aussparung
12 Auflagefläche
13 Ölraum α Neigungswinkel der Auflagefläche
B radial Breite der Auflagefläche
Di Schenkeldicke hL Stapelhöhe der Lamellen hA axiale Höhe der Aussparung
SE Stapelebene
V55013

Claims

ßPatentansprüche
1. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) für Verbrennungsmotoren, mit einem u-förmi- gen mit axialen Einschnitten (2) versehenen Spreizfederring (1) zur Bildung von nach radial außen gerichteten federnden Schenkeln (3, 4) und mit wenigsten zwei mit jeweils parallelen Flanken (7a, 7b; 8a, 8b) versehenen ringförmigen Lamellen (7, 8), die über eine ihrer Flanken als Stapelebene (SE) zu einer Höhe (hL) gestapelt und zwischen den federnden Schenkeln des Spreizfederrings angeordnet sind, um eine Nennhöhe des Ölabstreifrings zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jeweils eine der Flanken (7a, 7b; 8a, 8b) der Lamellen in ihrem radial innenliegenden Wandbereich eine derartig geformte Aussparung (11) mit einer Auflagefläche (12) zum Eingriff der federnden Schenkel (3, 4) des Spreizfederrings aufweist, dass die Nennhöhe des Ölabstreifrings ausschließlich durch die Stapelhöhe (hL) der Lamellen (7, 8) bestimmt ist.
2. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (11) zur Auflage der federnden Schenkel (3, 4) in den axial äußeren Flanken (7a, 8a) der Lamellen (7, 8) eingebracht ist.
3. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (11 ) in jeder der Lamellen einer spiegelsymmetrisch Anordnung mit der Stapelebene (SE) als Spiegelebene entspricht.
4. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (12) der Aussparung (11) parallel zu den Lamellenflanken (7a, 7b, 8a, 8b) angeordnet ist, dass die radiale Breite (B) der Auflagefläche maximal einem Drittel der radialen Wanddicke des Ölabstreifrings beträgt und dass die axiale Höhe (ha) der Aussparung mindestens der Dicke (D1) eines einzelnen Schenkels (3, 4) entspricht. ^
5. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (12) der Aussparung (11 ) in der axialen Höhe (ha) nach radial innen zur Stapelebene (SE) hin geneigt ausgeführt ist
6. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) zwischen 2 bis 20° beträgt.
7. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der in der Stapelebene (SE) angeordneten Flanken (7b, 8b) der Lamellen (7, 8) umfangsseitig verteilt über ihre gesamte radiale Wanddicke Nuten zum Ölablauf aufweisen.
8. Mehrteiliger Ölabstreifring (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (7, 8) aus Stahl oder Gusseisen bestehen.
EP06761815A 2005-08-06 2006-07-18 Mehrteiliger ölabstreifring für verbrennungsmotoren Withdrawn EP1910716A1 (de)

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