WO2012130195A2 - Method for producing an oil control ring - Google Patents

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    • B23P15/06—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass piston rings from one piece
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
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    • F16J9/203—Oil-scraping rings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a ⁇ labstreifkolbenrings, used in Brennl aftmaschinen.
  • EP 1 409 896 B1 relates to an oil scraper piston ring and a method for the production thereof.
  • the oil scraper ring comprises at least one catwalk provided with a wear-resistant coating, wherein prior to the application of the wear-resistant coating, a profile is produced in the outer peripheral surface and at the same time the running surface of the catwalk-forming conical region, a radially outwardly projecting from this conical ring plane
  • the piston ring includes one, with a
  • the vapor deposition layer is formed by a PVD or CVD layer in thicknesses between 5 and 70 ⁇ m.
  • the subject invention is based on a piston ring, as described in EP 1 409 896 B 1.
  • a disadvantage of this prior art is that in the
  • PVD layers as described, for example, in DE 103 59 802, have the drawback that the bond between the PVD layer and the piston ring base material is under very high voltages and mechanical machining of this very hard layer often leads to edge chipping to lead.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a ⁇ labstreifkolbenrings, by means of which a further not inconsiderable reduction in oil consumption, in particular a Brenrikraftmaschine, can be brought about.
  • a ⁇ labstreifkolbenring will be presented, in which a profiled tread is provided with at least one PVD layer, which has no chipping after processing.
  • a, consisting in particular of cast iron, body is provided by mechanical processing with at least two tread forming webs, such that the respective web on the one hand a conical portion and on the other hand has a radially projecting hump-like approach, at least On the tread areas, a PVD layer is applied and the hump-like approach is then removed so far, between the tread area and one of
  • Piston ring flanks, respectively a transition area, a sharp edge sets.
  • a ⁇ labstreifkolbenring produced by the process according to the invention, the two running surface side provided webs, an inner peripheral surface, an upper and a lower edge, and, if necessary, a
  • Transition region between a web and an associated edge has.
  • a conically extending section provided with the PVD layer and an axially adjacent PVD layer free hump-like projection are provided, wherein a sharp edge is formed between the lateral surface of the projection and a radially inwardly extending transition region, respectively an associated flank ,
  • the hump-shaped approach is removed except for the material, in particular the cast iron material, of the base body.
  • This has the advantage that the much softer cast iron can be processed so that the desired sharp edge between the tread web and a transition region or one of the piston ring flanks arises.
  • the removal of at least the PVD layer of the hump-shaped attachment is advantageously brought about by grinding or lapping, in particular round lapping with diamond.
  • Figure 1 partial view of a provided with a profile ⁇ labstreifkolbenring- main body
  • FIG. 2 partial view of the piston ring main body according to Figure 1, but provided with a tread layer;
  • FIG. 1 shows, as a partial illustration, a main body 1 for an oil control piston ring istb shown in FIG. Shown is only a portion of the base body 1, wherein the other half is to provide mirror-symmetrical representation.
  • Base 1 should consist of cast iron in this example.
  • a tread web 2 can be formed on the base body 1, on the one hand has a ⁇ at an angle ⁇ conically extending portion 3 and an axially adjacent arranged hump-shaped projection 4 specifiable height h.
  • the outer circumferential surface 5 is also slightly conical in this example, but this represents only one embodiment. Between the lateral surface 5 and an edge 6 of the main body 1 extends in this example, a transition region. 7
  • FIG. 2 shows the main body 1 according to FIG. 1.
  • a wear-resistant PVD layer 8 which has been deposited on the conical section 3, on the lateral surface 5 and at least partially on the transitional region 7.
  • Figure 3 shows a schematic diagram of a section through a finished ⁇ labstreifkolbenring V, including two webs 2. Visible is the respective tapered portion 3 and the respective hump-like projection 4.
  • the base body 1 according to Figure 2 has been removed so far, for example by Rundläppen with diamond that the recognizable in Figure 2 PVD layer is no longer given.
  • the layer 8 is thus present exclusively in the conically extending section 3 of the respective web 2. Since cast iron is softer than a PVD layer, an extremely sharp edge 9 can be brought about at the respective web 2 as a result of the mechanical machining process.
  • the respective edge 9 thus extends from the lateral surface 5 of the respective hump-like projection 4 in the transition region 7 of the respective web 2. If a transition region is not necessary due to the execution, the sharp edge 9 is immediately in the
  • Transition region of the lateral surface 5 is given in the associated edge 6. in the MattergangsbeTeich 7 still given layer portions here do not disturb the sharp edge of the respective edge 9.
  • edge 6 In the installed state of the oil control piston ring, the edge 6 to a cylinder, not shown, crankcase, while the opposite edge 6 'is directed to a combustion chamber, also not shown.

Abstract

The invention relates to a method for producing an oil control ring, wherein a main body, in particular made of cast iron, is provided with at least two webs that form running surface regions by means of machining, in such a way that each web has a conical section and a radially protruding hump-like boss, at least one PVD layer is applied at least to the running surface regions, and the hump-like boss is then removed until a sharp edge arises between the respective running surface region and one of the ring edges, or rather a transition region.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings  Method for producing an oil scraper piston ring
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings, einsetzbar in Brennl aftmaschinen. The invention relates to a method for producing a Ölabstreifkolbenrings, used in Brennl aftmaschinen.
Die EP 1 409 896 Bl betrifft einen Ölabstreifkolbenring sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben, Der Ölabstreifring beinhaltet mindestens einen, mit einem verschleißfesten Überzug versehenen Laufsteg, wobei vor dem Aufbringen des verschleißfesten Überzugs laufflächenseitig ein Profil erzeugt wird, das im die äußere Umfangsfläche und zugleich Lauffläche des Laufstegs bildenden konischen Bereich eine aus dieser konischen Ringebene radial nach außen hervorstehende, radiale EP 1 409 896 B1 relates to an oil scraper piston ring and a method for the production thereof. The oil scraper ring comprises at least one catwalk provided with a wear-resistant coating, wherein prior to the application of the wear-resistant coating, a profile is produced in the outer peripheral surface and at the same time the running surface of the catwalk-forming conical region, a radially outwardly projecting from this conical ring plane
Erhebung aufweist, wobei zumindest dieses Profil mit dem verschleißfesten Überzug versehen wird. Zur Einstellung eines über den Ringumfang im Wesentlichen Survey has, at least this profile is provided with the wear-resistant coating. To adjust one over the circumference of the ring substantially
gleichmäßigen Laufflächenprofils wird, zumindest im Bereich der radialen Erhebung, ein vorgebbarer Materialabtrag des Überzugs vorgenommen. Zumindest der Bereich des Laufstegs soll hierbei verchromt werden. uniform tread profile is made, at least in the radial elevation, a predeterminable material removal of the coating. At least the area of the catwalk should be chromed here.
Durch die DE 103 59 802 B3 ist ein Kolbenring sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bekannt geworden. Der Kolbenring beinhaltet eine, mit einem From DE 103 59 802 B3 a piston ring and a method for producing the same has become known. The piston ring includes one, with a
Laufflächenprofil versehene Lauffläche sowie eine obere und eine untere Tread profiled tread and an upper and a lower
Flankenfläche, wobei zumindest die Lauffläche mit einer Aufdampfschicht versehen ist, dergestalt, dass ein Teilbereich der Lauffläche mit einer entfernbaren Abdeckung versehen ist, so dass nach Erzeugung der Aufdampfschicht und Entfernung der Flank surface, wherein at least the tread is provided with a vapor deposition layer, such that a portion of the tread is provided with a removable cover, so that after the formation of the vapor deposition layer and removal of
Abdeckung eine im Wesentlichen scharfkantige Laufkante zwischen der Lauffläche und zumindest einer der Flankenflächen gegeben ist. Die Aufdampfschicht wird durch eine PVD- oder CVD-Schicht in Stärken zwischen 5 und 70 μπι gebildet. Cover a substantially sharp-edged running edge between the tread and at least one of the flank surfaces is given. The vapor deposition layer is formed by a PVD or CVD layer in thicknesses between 5 and 70 μm.
Der Erfindungsgegenstand geht aus von einem Kolbenring, wie er in der EP 1 409 896 B 1 beschrieben ist. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die sich im The subject invention is based on a piston ring, as described in EP 1 409 896 B 1. A disadvantage of this prior art is that in the
Stegbereich jeweils einstellende Abstreifkante nicht ideal scharf, vielmehr mit einem, wenn auch sehr geringen Radius versehen ist. Durch diese Maßnahme kann noch keine optimale Abstreifung des Öls, beispielsweise von einer radial gegenüberliegenden Zylinderwand, herbeigeführt werden. Web area each adjusting scraper not ideal sharp, but rather with a, albeit very small radius is provided. This measure can not yet optimum stripping of the oil, for example, from a radially opposite cylinder wall, be brought about.
PVD- Schichten, wie sie beispielsweise in der DE 103 59 802 beschrieben werden, sind mit dem Mangel behaftet, dass der Verbund zwischen der PVD-Schicht und dem Kolbenring-Grundwerkstoff unter sehr hohen Spannungen steht und mechanische Bearbeitungen dieser sehr harten Schicht vielfach zu Kantenabplatzern führen. PVD layers, as described, for example, in DE 103 59 802, have the drawback that the bond between the PVD layer and the piston ring base material is under very high voltages and mechanical machining of this very hard layer often leads to edge chipping to lead.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings bereitzustellen, mittels welchem eine weitere nicht unerhebliche Reduzierung des Ölverbrauchs, insbesondere einer Brenrikraftmaschine, herbeigeführt werden kann. Darüber hinaus soll ein Ölabstreifkolbenring vorgestellt werden, bei welchem eine profilierte Lauffläche mit mindestens einer PVD-Schicht versehen ist, die nach erfolgter Bearbeitung keine Abplatzungen aufweist. The invention has for its object to provide a method for producing a Ölabstreifkolbenrings, by means of which a further not inconsiderable reduction in oil consumption, in particular a Brenrikraftmaschine, can be brought about. In addition, a Ölabstreifkolbenring will be presented, in which a profiled tread is provided with at least one PVD layer, which has no chipping after processing.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper durch mechanische Bearbeitung mit mindestens zwei, Laufflächenbereiche bildende, Stegen versehen wird, dergestalt, dass der jeweilige Steg einerseits einen konischen Abschnitt und andererseits einen radial vorstehenden höckerartigen Ansatz aufweist, zumindest auf die Laufflächenbereiche eine PVD-Schicht aufgebracht wird und der höckerartige Ansatz anschließend so weit abgetragen wird, bis sich zwischen dem Laufflächenbereich und einer der This object is achieved according to the method in that a, consisting in particular of cast iron, body is provided by mechanical processing with at least two tread forming webs, such that the respective web on the one hand a conical portion and on the other hand has a radially projecting hump-like approach, at least On the tread areas, a PVD layer is applied and the hump-like approach is then removed so far, between the tread area and one of
Kolbenringflanken, respektive einem Übergangsbereich, eine scharfe Kante einstellt. Piston ring flanks, respectively a transition area, a sharp edge sets.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous developments of the method according to the invention can be found in the associated subclaims.
Ebenfalls vorgeschlagen wird ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Ölabstreifkolbenring, der zwei laufflächenseitig vorgesehene Stege, eine innere Umfangsfläche, eine obere und eine untere Flanke, sowie bedarfsweise einen Also proposed is a Ölabstreifkolbenring produced by the process according to the invention, the two running surface side provided webs, an inner peripheral surface, an upper and a lower edge, and, if necessary, a
Übergangsbereich zwischen einem Steg und einer zugehörigen Flanke aufweist. Stegseitig ist ein mit der PVD- Schicht versehener konisch verlaufender Abschnitt sowie ein axial daneben angeordneter PVD-Schicht freier höckerartiger Ansatz vorgesehen, wobei zwischen der Mantelfläche des Ansatzes und einem sich radial nach innen erstreckenden Übergangsbereich, respektive einer zugehörigen Flanke, eine scharfe Kante gebildet ist. Transition region between a web and an associated edge has. On the web side, a conically extending section provided with the PVD layer and an axially adjacent PVD layer free hump-like projection are provided, wherein a sharp edge is formed between the lateral surface of the projection and a radially inwardly extending transition region, respectively an associated flank ,
Vorteilhafterweise wird der höckerformige Ansatz bis auf das Material, insbesondere das Gusseisenmaterial, des Grundkörpers abgetragen. Damit ist der Vorteil verbunden, dass das wesentlich weichere Gusseisen so bearbeitet werden kann, dass die gewollte scharfe Kante zwischen dem Laufflächensteg und einem Übergangsbereich oder aber einer der Kolbenringflanken entsteht. Advantageously, the hump-shaped approach is removed except for the material, in particular the cast iron material, of the base body. This has the advantage that the much softer cast iron can be processed so that the desired sharp edge between the tread web and a transition region or one of the piston ring flanks arises.
Das Abtragen zumindest der PVD-Schicht des höckerformigen Ansatzes wird vorteilhafterweise durch Schleifen oder Läppen, insbesondere Rundläppen mit Diamant, herbeigeführt. The removal of at least the PVD layer of the hump-shaped attachment is advantageously brought about by grinding or lapping, in particular round lapping with diamond.
Diese vom Stand der Technik abweichende Bearbeitungsform macht es nun möglich, zumindest auf die Laufflächenbereiche, respektive auf die peripheren Randbereiche des jeweiligen Stegs, mindestens eine PVD-Schicht aufzubringen, ohne dass selbige aufgrund ihrer hohen Eigenspannungen abplatzen kann. This deviating from the prior art machining form now makes it possible, at least on the tread areas, respectively on the peripheral edge regions of the respective web, apply at least one PVD layer without the same can flake off due to their high residual stresses.
Der Erfindungs gegenständ ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen: The subject invention is illustrated by means of an embodiment in the drawing and will be described as follows. Show it:
Figur 1 Teildarstellung eines mit einem Profil versehenen Ölabstreifkolbenring- Grundkörpers; Figure 1 partial view of a provided with a profile Ölabstreifkolbenring- main body;
Figur 2 Teildarstellung des Kolbenringgrundkörpers gemäß Figur 1 , jedoch mit einer Laufflächenschicht versehen; Figure 2 partial view of the piston ring main body according to Figure 1, but provided with a tread layer;
Figur 3 Prinzipskizze eines fertig bearbeiteten Ölabstreifkolbenrings. Figur 1 zeigt als Teildarstellung einen Grundkörper 1 für einen in Figur 3 abgebildeten Ölabstreifkolbenring Γ. Dargestellt ist lediglich ein Teilbereich des Grundkörpers 1, wobei die andere Hälfte spiegelsymetrisch zur Darstellung vorzusehen ist. Der Figure 3 schematic diagram of a finished Ölabstreifkolbenrings. FIG. 1 shows, as a partial illustration, a main body 1 for an oil control piston ring abgeb shown in FIG. Shown is only a portion of the base body 1, wherein the other half is to provide mirror-symmetrical representation. Of the
Grundkörper 1 soll in diesem Beispiel aus Gusseisen bestehen. Beispielsweise durch Profil Schleifen oder eine Drehbearbeitung kann ein Laufflächensteg 2 am Grundkörper 1 angeformt werden, der einerseits einen unter einem Winkel α konisch verlaufenden Abschnitt 3 und einen axial daneben angeordneten höckerartig ausgebildeten Ansatz 4 vorgebbarer Höhe h aufweist. Die äußere Mantelfläche 5 ist in diesem Beispiel ebenfalls leicht konisch ausgebildet, was jedoch lediglich eine Ausführungsform darstellt. Zwischen der Mantelfläche 5 und einer Flanke 6 des Grundkörpers 1 erstreckt sich in diesem Beispiel ein Übergangsbereich 7. Base 1 should consist of cast iron in this example. For example, by profile grinding or turning a tread web 2 can be formed on the base body 1, on the one hand has a α at an angle α conically extending portion 3 and an axially adjacent arranged hump-shaped projection 4 specifiable height h. The outer circumferential surface 5 is also slightly conical in this example, but this represents only one embodiment. Between the lateral surface 5 and an edge 6 of the main body 1 extends in this example, a transition region. 7
Figur 2 zeigt den Grundkörper 1 gemäß Figur 1. Auf den jeweiligen Laufflächensteg 2 wurde eine verschleißfeste PVD-Schicht 8 aufgebracht, die sich einerseits auf dem konischen Abschnitt 3, auf der Mantelfläche 5 und andererseits zumindest teilweise auf dem Übergangsbereich 7 abgeschieden hat. FIG. 2 shows the main body 1 according to FIG. 1. Applied to the respective tread web 2 is a wear-resistant PVD layer 8 which has been deposited on the conical section 3, on the lateral surface 5 and at least partially on the transitional region 7.
Figur 3 zeigt als Prinzipskizze einen Schnitt durch einen fertigen Ölabstreifkolbenring V, beinhaltend zwei Stege 2. Erkennbar ist der jeweils konisch verlaufende Abschnitt 3 sowie der jeweilige höckerartige Ansatz 4. Der Grundkörper 1 gemäß Figur 2 wurde beispielsweise durch Rundläppen mit Diamant so weit abgetragen, dass die in Figur 2 erkennbare PVD-Schicht nicht mehr gegeben ist. Die Schicht 8 ist somit ausschließlich im konisch verlaufenden Abschnitt 3 des jeweiligen Stegs 2 vorhanden. Da Gusseisen weicher ist als eine PVD-Schicht, kann am jeweiligen Steg 2 eine extrem scharfe Kante 9 in Folge des mechanischen Bearbeitungsvorgangs herbeigeführt werden. Die jeweilige Kante 9 verläuft somit von der Mantelfläche 5 des jeweiligen höckerartigen Ansatzes 4 in den Übergangsbereich 7 des jeweiligen Stegs 2. Ist ein Übergangsbereich ausführungs bedingt nicht notwendig, ist die scharfe Kante 9 unmittelbar im Figure 3 shows a schematic diagram of a section through a finished Ölabstreifkolbenring V, including two webs 2. Visible is the respective tapered portion 3 and the respective hump-like projection 4. The base body 1 according to Figure 2 has been removed so far, for example by Rundläppen with diamond that the recognizable in Figure 2 PVD layer is no longer given. The layer 8 is thus present exclusively in the conically extending section 3 of the respective web 2. Since cast iron is softer than a PVD layer, an extremely sharp edge 9 can be brought about at the respective web 2 as a result of the mechanical machining process. The respective edge 9 thus extends from the lateral surface 5 of the respective hump-like projection 4 in the transition region 7 of the respective web 2. If a transition region is not necessary due to the execution, the sharp edge 9 is immediately in the
Übergangsbereich der Mantelfläche 5 in die zugehörige Flanke 6 gegeben. Im ÜbergangsbeTeich 7 noch gegebene Schichtanteile stören hierbei die Scharfkantigkeit der jeweiligen Kante 9 nicht. Transition region of the lateral surface 5 is given in the associated edge 6. in the ÜbergangsbeTeich 7 still given layer portions here do not disturb the sharp edge of the respective edge 9.
Im Einbauzustand des Ölabstreifkolbenrings weist die Flanke 6 zu einem nicht weiter dargestellten Zylinder kurbelgehäuse, während die gegenüber liegende Flanke 6' zu einem ebenfalls nicht dargestellten Brennraum gerichtet ist. In the installed state of the oil control piston ring, the edge 6 to a cylinder, not shown, crankcase, while the opposite edge 6 'is directed to a combustion chamber, also not shown.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings (1 '), indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper (1) durch mechanische Bearbeitung mit mindestens zwei, Laufflächenbereiche bildende, Stegen (2) versehen wird, dergestalt, dass der jeweilige Steg (2) einerseits einen konischen Abschnitt (3) und andererseits einen radial vorstehenden höckerartigen Ansatz (4) aufweist, zumindest auf die Laufflächenbereiche mindestens eine PVD- Schicht (8) aufgebracht wird und der höckerartige Ansatz (4) anschließend so weit abgetragen wird, bis sich zwischen dem jeweiligen Laufflächenbereich und einer der Kolbenringflanken (6), respektive einem Übergangsbereich (7), eine scharfe Kante (9) einstellt. A method for producing a Ölabstreifkolbenrings (1 ') by one, in particular consisting of cast iron, basic body (1) by machining with at least two, tread areas forming webs (2) is provided, such that the respective web (2) on the one hand a conical section (3) and on the other hand has a radially projecting hump-like projection (4), at least on the tread areas at least one PVD layer (8) is applied and the hump-like projection (4) is then removed so far until between the respective tread area and one of the piston ring flanks (6), or a transition region (7), sets a sharp edge (9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der höckerartige Ansatz (4) radial bis auf das Material des Grundkörpers (1) abgetragen wird. A method according to claim 1, characterized in that the hump-like projection (4) is removed radially up to the material of the base body (1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen des höckerartigen Ansatzes (4) durch Schleifen oder Läppen, insbesondere Rundläppen mit Diamant, erfolgt. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the removal of the hump-like projection (4) by grinding or lapping, in particular Rundläppen with diamond, takes place.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf die Laufflächenbereiche eine Mehrlagen-PVD-Deckschicht (8) aufgebracht wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least on the tread areas, a multi-layer PVD cover layer (8) is applied.
Ölabstreifkolbenring, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ölabstreifkolbenring, prepared by the method according to one of
Ansprüche 1 bis 4, Claims 1 to 4,
Ölabstreifkolbenring nach Anspruch 5, beinhaltend zwei laufflächenseitig vorgesehene Stege (2), eine innere Umfangsfläche, eine obere und eine untere Flanke (6,6') sowie gegebenenfalls Übergangsbereiche (7) vom jeweiligen Steg (2) in die zugehörige Flanke (6), dadurch gekennzeichnet, dass stegseitig ein mit der PVD-Schicht (8) versehener konisch verlaufender Abschnitt (3) sowie ein axial daneben angeordneter beschichtungs freier höckerartiger Ansatz (4) vorgesehen ist, wobei zwischen der Mantelfläche (5) des jeweiligen Ansatzes und einem sich radial nach innen erstreckenden Übergangsbereich (7), respektive einer zugehörigen Flanke (6), eine scharfe Kante (9) gebildet ist. Oil scraper piston ring according to claim 5, comprising two webs (2) provided on the running surface, an inner peripheral surface, an upper and a lower flank (6, 6 ') and possibly transition regions (7) from the respective web (2) into the associated flank (6), characterized in that the web side with a the PVD layer (8) provided conically extending portion (3) and an axially adjacent coating-free hump-like projection (4) is provided, wherein between the lateral surface (5) of the respective approach and a radially inwardly extending transition region (7) , respectively an associated edge (6), a sharp edge (9) is formed.
7. Olabstreifkolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke (6) im Einbauzustand des Kolbenrings ( ) in Richtung eines 7. Olabstreifkolbenring according to claim 5, characterized in that the edge (6) in the installed state of the piston ring () in the direction of
Zylinderkurbelgehäuses weist.  Cylinder crankcase points.
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