WO2019034293A1

WO2019034293A1 - Kolbenringsatz, kolben und verbrennungsmotor

Info

Publication number: WO2019034293A1
Application number: PCT/EP2018/060411
Authority: WO
Inventors: Nigel Gray; Richard Mittler
Original assignee: Federal-Mogul Burscheid Gmbh
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2019-02-21
Also published as: DE102017118773A1

Abstract

Kolbenringsatz umfassend drei Kolbenringe, einen oberen Kompressionsring (4), mit geringem Stoßspiel, und guter Abdichtung, einen mittleren Ölabstreifring (6) und einen unteren Kompressionsring (8) ebenfalls mit geringem Stoßspiel, und guter Abdichtung, sowie ein Kolben (24) für so einen Kolbenringsatz.

Description

Kolbenringsatz, Kolben und Verbrennungsmotor Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenringsatz mit einer neuen Anordnung von Kolbenringen, einen neuartigen Kolben sowie einen Motor, in dem der neue Kolbenringsatz zum Einsatz kommt.

Bisher werden Kolbenringe üblicherweise als zwei obere Kompressionsringe, und ein unterer Ölabstreifring ausgeführt. Herkömmlicherweise stellen die oberen beiden Ringe eine

Kompression sicher und verringern den sogenannten„Blowby", während der untere

Ölabstreifring einen definierten Ölfilm auf der Zylinderinnenfläche erzeugt und

überschüssiges Öl über Ölkanäle oder Drainagekanäle zurück in das Kurbelgehäuse befördern soll. Die Ölkanäle bzw. Drainagekanäle verlaufen dabei von der unteren

Ölabstreifnut radial in das Kolbeninnere, sodass überschüssiges Öl aus dem Spalt zwischen Zylinderinnenfläche und Kolbenmantelfläche abgeführt werden kann.

Dieser Aufbau weist insbesondere beim Schubbetrieb, der auch als Motorbremse bekannt ist, bei dem die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird, und der Motor über eine Bewegung des Abtriebs weiter gedreht wird, Schwächen bezüglich der Einstellung des Ölfilms auf.

Es ist daher wünschenswert, einen Kolbenringsatz, einen Kolben mit Kolbenringen und einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu haben, bei dem ein gewünschter Ölfilm zwischen Zylinderinnenfläche und Kolbenmantelfläche insbesondere im Schubbetrieb aufrecht erhalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Kolbenringsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie einen Motor mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenringsatz bereitgestellt, der drei Kolbenringe umfasst: einen oberen bzw. brennraumseitigen Kompressionsring und einen unteren oder kurbelgehäuseseitigen Kompressionsring, sowie einen mittleren Ölabstreifring, der zwischen dem oberen Kompressionsring und dem unteren Kompressionsring angeordnet ist. Die Kompressionsringe weisen dabei ein geringes Stoßspiel auf, um eine gute Abdichtung zu erreichen und das Blowby zu minimieren. Ein Ziel dieser Anordnung besteht darin, zwischen dem oberen und dem unteren Kompressionsring ein unter Druck stehenden

Ölreservoir zu schaffen, dessen durchschnittlicher Druck in etwa dem Mittelwert zwischen dem Druck in dem Kurbelgehäuse und dem durchschnittlichen Druck in dem Brennraum entspricht. Es ist daher nicht vorgesehen irgendeine Art von Ölkanal oder Drainagekanal zwischen einer Kolbenringnut und einem Innenraum eines Kolbenrings vorzusehen, da eine derartige Leitung auch einen Druckausgleich zu dem Kurbelgehäuse schaffen würde. Die Erfindung umfasst dabei drei Teile, die zusammenhängend eine Eigendichtung durch eine kontrollierte Gasströmung, einen unabhängigen Druckaufbau im Kolbenringsystem und eine Flankenanpassung der eingesetzten Kolbenringe erzielt.

Der obere Kompressionsring oder Topring weist ein möglichst geringes Stoßspiel auf, und wird in eine obere Kolbenringnut in einem Kolben eingesetzt. Der zweite Kolbenring ist ein angepasster Ölring, der nicht gasdicht arbeiten kann. Dieser Ring kann zwei Abstreifstege aufweisen, die den Ölfluss an der Zylinderinnenfläche kontrollieren, wobei überschüssiges Öl durch die Abstreifstege nach unten zu einer dritten Kolbenringnut transportiert wird. Der Gasfluss bzw. die Brenngase können von oben um den Ring strömen, was beispielsweise durch eine erhöhte Flankenrauigkeit der unteren Ringflanke oder andere

Auslegungsparameter erreicht werden kann. Hierbei soll sichergestellt sein, dass Öl nicht entgegen der Gasflussrichtung durch die Nut wandern kann. Der untere Kompressionsring ist als gasdichter Kompressionsring ausgelegt und kann ein sehr kleines Stoßspiel und eine erhöhte Spreizung aufweisen, um die Anpresskraft zur Zurückhaltung des Ölhaushalts an die Zylinderinnenfläche zu gewährleisten. Zusätzlich kann die Rauigkeit der unteren Flanke des unteren Kompressionsrings und/oder der unteren Kompressions-Kolbenringnut erhöht sein, um zu erreichen, dass der zulässige Gasfluss zur Entlüftung bzw. zur EntÖlung möglichst gleichmäßig durch die unteren Kompressions-Kolbenringnut erfolgt, um angesammeltes Öl zurück zum Kurbelgehäuse in dem Spalt zwischen Zylinderinnenfläche und

Kolbenaußenfläche zurück Kurbelgehäuse abzuführen. Bei speziellen Betriebsbedingungen wie dem Schubbetrieb wird ein zusätzlicher Vorteil erzielt, indem der zwischen dem oberen und unteren Kompressionskolbenringen eingekapselte Druck im Ringsystem wesentlich länger als bei der sonst üblichen Ringanordnung gehalten werden kann. Durch das Ringsystem wird die Brennkammer besser vor einem unerwünschten Öleintrag geschützt. Durch eine Verwendung des Kompressionsrings in der dritten bzw. unteren Kompressions-Kolbenringnut wird eine Druckkapsel gebildet, die beim transienten Wechsel der Betriebsbedingungen zur Eigendichtung beiträgt. Das erfindungsgemäße Ringsystem weist dabei ein deutlich erhöhtes Kammer- bzw. Kapselvolumen für Gas auf, das von der Brennkammer als Blowby des oberen Kompressions-Kolbenrings auftritt. Durch das erhöhte Kapselvolumen kann der Druck in der Kammer länger gehalten werden, was zu

gleichmäßigeren Betriebsbedingungen in der Kammer führt.

In einer Ausführungsform umfasst der mittlere Ölabstreifring zwei Ölabstreifstege.

Bei einer weiteren Ausführung des Kolbenringsatzes ist der obere Kompressionsring bezüglich seiner Abmessungen und anderen mechanischen Eigenschaften gleich dem unteren Kompressionsring. Dadurch kann eine gleichmäßige Abdichtung und eine verringerte Anzahl unterschiedlicher Bauteile erreicht werden.

Bei einer anderen Ausführung des Kolbenringsatzes weist eine untere Flanke des mittleren Ölabstreifkolbenrings und/oder eine untere Flanke des unteren Kompressionskolbenrings eine Rauheit zwischen 0,5 μιτι und 20μιτι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμηι auf. Die Rauheit der unteren Flanke soll dabei deutlich höher sein, als eine Rauheit der anderen Kolbenringnutenflanken der Kolbenringe. Es ist ebenfalls vorgesehen, die untere Flanke des unteren Kompressions-Kolbenrings mit

Erhebungen und/oder Vertiefungen zu versehen, die eine definierte Ölpassage zwischen der unteren Ringflanke des unteren Kompressionsrings und der unteren Flanke einer unteren Kolbenringnut gestatten. So kann sichergestellt werden, dass das von dem mittleren

Ölabstreifring abgestreifte Öl aus der Kapsel, bzw. der Kammer in Richtung des

Kurbelgehäuses abtransportiert werden kann.

Eine zusätzliche Ausführung des Kolbenringsatzes umfasst weiter einen unteren

Ölabstreifring, der dazu bestimmt ist, unter dem unteren Kompressionsring in einer

Ölabstreifnut mit einem Öl-Drainagekanal angeordnet zu werden. Dieser Ölabstreifring soll wie bei herkömmlichen Systemen überschüssiges Öl, das durch die untere Kompressions- Kolbenringnut nach unten in den Spalt zwischen Zylinderinnenfläche und Kolben- Mantelfläche gelangt, nach innen in den Kolben und zum Kurbelgehäuse abtransportieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kolben für das vorstehend beschriebene Kolbenringsystem bereitgestellt. Dieser Kolben umfasst eine obere Kompressions-Kolbenringnut, eine mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut und eine untere

Kompressions-Kolbenringnut, wobei die mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut zwischen der oberen Kompressions-Kolbenringnut und der unteren Kompressions-Kolbenringnut angeordnet ist und wobei weder die obere Kompressions-Kolbenringnut, noch die mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut noch die untere Kompressions-Kolbenringnut einen Drainagekanal aufweist. Es wird also ein Kolbenring mit mindestens drei Öl-Drainagekanal-freien

Kolbenringnuten bereitgestellt.

In einer weiteren Ausführung umfasst der Kolben weiter eine untere Ölabstreif- Kolbenringnut, die mindestens einen Drainagekanal aufweist, und die unter den drei

Kolbenringnuten, der oberen Kompressions-Kolbenringnut, der mittleren Ölabstreif- Kolbenringnut und der unteren Kompressions-Kolbenringnut angeordnet ist. Die drei vorstehend genannten Kolbenringnuten weisen keine Drainagekanäle von der

Kolbenaußenfläche oder von dem Nutgrund eines der vorstehend genannten Kolbenringnuten für abgestreiftes Öl auf, das in einen Innenraum des Kolbens führt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kolben sind weder die mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut für den mittleren Ölabstreifring noch untere Kompressions-Kolbenringnut mit einem Öldrainage- oder

Ölrücklaufkanal versehen. Diese Ausführung gilt vor allem, wenn nur drei Kolbenringe

Verwendung finden. Sollten mehrere Kolbenringnuten genutzt werden, so sind zumindest die oberen drei Kolbenringnuten ohne Radialkanäle vom Nutgrund zu einer Innenseite des Kolbens auszubilden. Jedenfalls sollen alle Kolbenringnuten oberhalb des untersten

Kompressionskolbenrings ohne jede Art von Öl-Drainagekanälen ausgeführt sein, die Öl von der Mantelfläche oder einem Nutgrund nach innen leiten können.

In einer weiteren Ausführung des Kolben weist eine untere Flanke der mittleren Ölabstreif- Kolbenringnut und/oder eine untere Flanke der unteren Kompressions-Kolbenringnut eine Rauheit zwischen 0,5 μιτι und 20μιτι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμηι auf. Diese Rauheit ist damit deutlich höher als eine Rauheit der anderen Kolbenringnutenflanken. Durch die erhöhte Rauheit soll eine

Möglichkeit geschaffen werden, überschüssiges Öl zwischen dem oberen und dem unteren Kompressionsring nach unten abzutransportieren. Durch eine verringerte Auflagefläche kann Öl durch den Spalt zwischen der unteren Kolbenringflanke des unteren Kompressionsrings und der unteren Kolbenringnutflanke des unteren Kompressionsrings radial nach außen in den Spalt zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinderinnenfläche abfließen. Dieser Aufbau ist notwendig um zwischen dem oberen Kompressionsring und dem unteren Kompressionsring eine Druckkapsel aufzubauen, in der ein deutlich höherer Durchschnittsdruck als in dem Kurbelgehäuse gehalten werden kann, was vor allem für einen Schubbetrieb deutliche Vorteile im Hinblick auf den Ölverbrauch ergibt. einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Kolbens ist die untere Flanke der mittleren Ölabstreif-Kolbenringnut und/oder die untere Flanke der unteren Kompressions- Kolbenringnut mit Vertiefungen oder Erhöhungen versehen, um eine Olpassage zwischen der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut und der unteren Flanke des unteren Kolbenrings zu ermöglichen. Bei einer weiteren Ausführung ist die untere Flanke des mittleren Ölabstreif- Kolbenrings und/oder die untere Flanke des unteren Kompressions-Kolbenrings mit

Vertiefungen oder Erhöhungen versehen, um eine Olpassage zwischen der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut und der unteren Flanke des unteren Kolbenrings zu ermöglichen. Anstelle einer Rauheit wird in dieser Ausführung eine klar definierte Struktur verwendet, um eine definierte Olpassage zwischen der unteren Flanke des jeweiligen Kolbenrings und der unteren Flanke der jeweiligen Kolbenringnut zu ermöglichen. Durch den Ölfilm, der sich in dem Spalt zwischen der unteren Flanke des Kolbenrings und der unteren Flanke der

Kolbenringnut bildet, kann hier kein schneller Druckausgleich stattfinden, da der Ölfilm durch die Viskosität des Öls einem Druckausgleich einen signifikanten Widerstand entgegensetzt. Ein Druckausgleich wird auch hier hauptsächlich durch einen„Blowby" an dem Kolbenringspalt zwischen den Kolbenringenden entstehen.

In einer Version des Kolbens können die Vertiefungen als Kanäle ausgeführt sein, die spiralförmig, tangential oder kreisförmig an der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut angebracht sind. Die Kanäle sollen es ermöglichen, dass Öl, welches zwischen dem oberen und dem unteren Kompressionsring abgestreift wurde, nach unten in den Spalt zwischen

Kolbenmantelfläche und Zylinderinnenfläche abgeleitet werden kann. Da hier nur ein relativ geringer Durchsatz von Öl erforderlich ist, kann es von Vorteil sein, die Länge der Kanäle zu vergrößern und gleichzeitig einen Querschnitt der Kanäle gering zu halten, um so einen definierten Strömungswiderstand an den Kanälen zu erzeugen. Es ist ebenfalls vorgesehen jeweils die untere Ringflanke des mittleren Ölabstreifrings und/oder des unteren

Kompressionsrings mit spiralförmigen, tangentialen oder kreisförmigen Kanälen zu versehen. Die Kanäle sollen dabei Tiefen- und/oder Breitenabmessungen im Bereich zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμηι aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kolben und oder mit mindestens einem der vorstehend beschriebenen Kolbenringsätzen bereitgestellt. Dieser Aspekt betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Kolbenringsatzes in einem

Verbrennungsmotor bzw. einer Kolbenmaschine.

In den Figuren wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen ausgewählter Ausführungsformen veranschaulicht.

Figur 1 stellt eine Schnitt-Teilansicht durch einen herkömmlichen Kolben dar. Figur 2 zeigt eine Schnitt-Teilansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kolbens, der mit einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Satzes an Kolbenringen versehen ist.

Figur 3 stellt eine weitere Schnitt-Teilansicht durch eine andere erfindungsgemäße

Ausführungsform eines Kolbens dar, der mit einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung eines Satzes an Kolbenringen versehen ist.

Figuren 4A bis 4C zeigen Ausführungen von Strukturen an einer mittleren oder unteren Ringoder Ringnutflanke.

Sowohl in den Figuren als auch in der Beschreibung werden jeweils gleiche oder ähnliche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente oder Komponenten verwendet.

Figur 1 stellt eine Schnitt-Teilansicht durch einen herkömmlichen Kolben dar. Der herkömmliche Kolben 56 weist drei Kolbenringnuten auf, wobei in der obersten bzw. der dem Brennraum zugewandtesten ein Kompressionsring 50 mit einer im Schnitt konvexen Lauffläche angeordnet ist. In der mittleren Kolbenringnut ist ein Minutenring 52 eingesetzt, der sowohl zur Abdichtung als auch zur Regulierung des Ölfilms auf dem Zylinder 58 bzw. der Zylinderinnenfläche dient. In der unteren bzw. dem Kurbelgehäuse zugewandten

Kolbenringnut ist ein dreiteiliger herkömmlicher Ölabstreifring 54 angeordnet, der überschüssiges Öl von der Zylinderinnenfläche abstreifen soll und dieses über den Öl- Drainagekanal 22 nach innen in den Kolben und zurück zum Kurbelgehäuse leitet. Der Pfeil zeigt die Richtung, in der ein Großteil des Öls transportiert wird. Figur 2 zeigt eine Schnitt-Teilansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens 24, der mit einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Satzes 2 an Kolbenringen versehen ist. Auch der erfindungsgemäße Kolben 24 ist in der Ausführung von Figur 2 mit drei Kolbenringnuten versehen, jedoch weist keine der Nuten einen Öl- Drainagekanal auf. Wie in Figur 1 ist in der oberen Kolbenringnut ein oberer

Kompressionskolbenring 4 eingesetzt, und die obere Kolbenringnut ist als obere

Kompressionskolbenringnut 14 ausgeführt. Die untere Kolbenringnut 38 ist ebenfalls als Kompressionskolbenringnut 38 ausgeführt und nimmt einen unteren Kompressionskolbenring auf. Zwischen dem oberen Kompressionskolbenring 4 und dem unteren

Kompressionskolbenring 8 ist in dem Kolben 24 ein Ölabstreifkolbenring 8 in einer

Ölabstreifkolbenringnut 36 angeordnet. Der Ölabstreifkolbenring 8 weist an der Lauffläche zwei Ölabstreifstege 10 auf, die Öl von der Zylinderinnenfläche abstreifen. Zwischen dem oberen Kompressionskolbenring 8 und dem unteren Kompressionskolbenring 8 entsteht so ein Bereich, in dem beim Betrieb ein durchschnittlicher Druck aufgebaut wird, der zwischen dem durchschnittlichen Druck in der Brennkammer und dem durchschnittlichen Druck im Kurbelgehäuse liegt. Um diesen Druck aufrecht erhalten zu können, dürfen in keiner der Kolbenringunten 14, 16, 18 irgendwelche Drainagekanäle zu einer Innenseite des Kolbens 24 vorhanden sein, da sonst ein Druckausgleich stattfinden würde. Öl, das von dem

Ölabstreifring 6 abgestreift wird soll hier nur zwischen der unteren Flanke 26 des

Ölabstreifrings 6 und der unteren Flanke der Ölabstreifringnut 36 und weiter zwischen den Spalten zwischen dem unteren Kompressionsring 8 und der unteren

Kompressionskolbenringnut 18 in den Spalt zwischen Kolbenmantelfläche und

Zylinderinnenfläche nach unten transportiert werden. Durch den vorliegenden Aufbau wird erreicht, dass zwischen den beiden Kompressionsringen 4 und 8 eine Art Druckkammer gebildet wird in dem Verbrennungsgase zusammen mit Öl unter Druck stehen. Die

Öldurchlässigkeit zwischen der unteren Flanke 26 des mittleren Ölabstreifrings 6 und der unteren Flanke 36 der mittleren Ölabstreifringnut 16 wird erhöht in dem eine hier die untere Flanke 36 der mittleren Ölabstreifringnut 16 eine erhöhte Rauigkeit Rz zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμιτι aufweist. Die untere Flanke 26 des mittleren Ölabstreifrings 6 weist keine erhöhte Rauigkeit auf. Die Öldurchlässigkeit zwischen der unteren Flanke 28 des unteren Kompressionsrings 8 und der unteren Flanke 38 der unteren Kompressions-Kolbenringnut 18 wird ebenfalls dadurch erhöht, indem auch hier die untere Flanke 36 der unteren Kompressionskolbenringnut 18 eine erhöhte Rauigkeit Rz aufweist. Die Rauheit kann auch hier zwischen 0,5 μηι und 20μιτι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμιτι betragen. Die untere Flanke 28 des unteren Kompressionsrings 8 weist keine erhöhte

Rauigkeit auf.

Es ist auch vorgesehen, je nach Anwendungsfall Kolbenringnutflankenrauigkeiten zwischen 5μιτι und 20 μιτι zwischen ΙΟμιτι und 20 μιτι oder sogar zwischen 15μιτι und 20 μιτι zu verwenden. Die Rauheit Rz soll dabei deutlich höher sein als die jeweilige Rauheit der anderen Kolbenringnutenflanken. Durch die erhöhte Rauheit kann das Öl auch dann langsam durch den entsprechenden Spalt fließen, wenn sich das System in einem Arbeitstakt befindet, wobei der erhöhte Druck zwischen den Kompressionskolbenringen 4 und 8 das Öl durch den entsprechenden Spalt drückt.

Diese Strömung wird durch die Druckkapsel, die durch die beiden Kompressionskolbenringe 4 und 8 gebildet wird, auch während eines sogenannten Schubbetriebs aufrechterhalten, wenn beispielsweise die Treibstoffzufuhr unterbrochen wird wenn der Bordcomputer erkennt, dass sich das Fahrzeug bewegt, und die Eingabe eines Gaspedals oder Hebels auf„Null" steht. Hier wird der Treibstoff gespart, der sonst zum Aufrechterhalten der Leerlaufdrehzal bzw. als „Standgas" verwendet wird, was auch als„Schubabschaltung" bekannt ist. In diesen

Zuständen kann es herkömmlich zu einer Veränderung des Schmierfilms auf der

Zylinderinnenfläche kommen, die zu einem erhöhten Verschleiß beitragen kann. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Schmierung während des Schubbetriebs zu verbessern und einen Verschleiß zu verringern.

Ausführungsform eines Kolbens dar, der mit einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung eines Satzes an Kolbenringen versehen ist. Zusätzlich zu der Ausführung von Figur 2 weist der Kolbenringsatz einen weiteren unteren Ölabstreifring 12 auf, der als dreiteiliger

Öl abstreifring ausgeführt ist. Der untere Ölabstreifring 12 befindet sich in einer unteren Ölabstreifringnut 20, die durch einen Öldrainagekanal 22 mit einer Innenseite des

erfindungsgemäßen Kolbens 14 verbunden ist. Das System von Figur 2 ist um einen weiteren herkömmlichen Ölabstreifring 12 erweitert, der sich in einer dem Kurbelgehäuse

zugewandten Seite des Kolbens 14 befindet. Hier dient die Erfindung dazu, das System der oberen drei Kolbenringe vor allem im Schubbestrieb gegen Verschleiß zu schützen.

Das Wirkungsprinzip des Systems von Figur 3 entspricht dem von Figur 2. Im Gegensatz zu der Ausführung von Figur 2 sind die Nuten und die Kolbenringe leicht anders ausgeführt.

Hier wird die Öldurchlässigkeit zwischen der unteren Flanke 26 des mittleren Ölabstreifrings 6 und der unteren Flanke 36 der mittleren Ölabstreifringnut 16 erhöht, in dem hier die untere Flanke 26 des mittleren Ölabstreifrings 6 eine erhöhte Rauigkeit Rz zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μιτι und 15μιτι und weiter bevorzugt zwischen 5μιτι und ΙΟμιτι aufweist. Die untere Flanke 36 der mittleren Ölabstreifringnut 16 weist dabei keine erhöhte Rauigkeit auf. Die Öldurchlässigkeit zwischen der unteren Flanke 28 des unteren Kompressionsrings 8 und der unteren Flanke 38 der unteren Kompressions-Kolbenringnut 18 wird ebenfalls dadurch erhöht, indem auch hier die untere Flanke 28 des unteren Kompressionsrings 8 eine erhöhte Rauigkeit Rz aufweist. Die Rauheit kann auch hier zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μηι und 15μηι und weiter bevorzugt zwischen 5μηι und ΙΟμιτι betragen. Die untere Flanke 38 der unteren Kompressionsringnut 18 weist dabei keine erhöhte Rauigkeit auf.

Es ist auch vorgesehen je nach Anwendungsfall Kolbenringflankenrauigkeiten Rz zwischen 5μηι und 20μηι, zwischen ΙΟμιτι und 20 μηι oder sogar zwischen 15μηι und 20 μηι zu verwenden. Die Rauheit Rz soll dabei deutlich höher sein als die jeweilige Rauheit der anderen Kolbenringflanken.

Auch hier werden die positiven Effekte erreicht wie sie von der Ausführung der Figur 2 bereits beschrieben wurden.

Figuren 4A bis 4C zeigen Ausführungen von Strukturen an einer mittleren oder unteren Ringoder Ringnutflanke. Im Folgenden werden die Flächen, die eine erhöhte Rauheit aufweisen einfach nur mit

„Flanke mit erhöhter Rauheit 26, 28, 36, 38" bezeichnet, womit im Detail jeweils die untere Flanke 26 des mittleren Ölabstreifrings 6, die untere Flanke 28 des unteren

Kompressionsrings 8, die untere Flanke 36 der mittleren Ölabstreifringnut 16 oder die untere Flanke 36 der unteren Kompressionskolbenringnut 18 gemeint ist.

Anstelle nur eine allgemeine irreguläre Rauheit durch verschiedene Oberflächen- Bearbeitungen oder deren Fehlen zu erreichen, besteht ebenfalls eine Möglichkeit die Rauheit durch eine gezielte Bearbeitung der jeweiligen Flanken zu erreichen. Es werden hier verschiedene Möglichkeiten gezeigt, wie diese Strukturen ausgeführt werden können.

Eine einfach nur raue Oberfläche der Kolbenringnuten 16, 18 birgt die Gefahr, dass diese durch die Bewegung der Kolbenringe und insbesondere durch die glatten Flankenflächen der Kolbenring verringert bzw. glattpoliert bzw. geläppt wird. Diese Gefahr besteht vor allem, da das Material der Kolbenringnut (Leichtmetall) weniger stabil ist als das Material des

Kolbenrings (Stahl / Gusseisen). Eine Rauheit auf der Kolbenringflanke 26 28 hingegen birgt eine erhöhte Gefahr eines Brechen des Kolbenrings beim Einsetzen und eine Gefahr eines erhöhten Verschleißes der entsprechenden Kolbenringnutflanke. Weiterhin ist es relativ schwer zu bestimmen, welche Rauheit zu welcher Öldurchtrittsrate vor allem bei

Verschleißbedingungen führt.

Um bessere und besser bestimmbare Bedingungen zu erhalten, besteht die Möglichkeit die Rauheit Rz wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist durch definierte Kanäle oder Rinnen zu erreichen. Figur 4A zeigt eine Flanke mit erhöhter Rauheit 26, 28, 36, 38, bei der kreisförmige bzw. keisbogenförmige Kanäle eingearbeitet wurden. Wie im Fall der Rauigkeit können die Kanäle eine Tiefe von 0,5 bis 20μιτι aufweisen. Die Bereiche zwischen den Kanälen können auch als Erhebungen 40 und die Kanäle selbst als Vertiefungen 42 betrachtet werden. Die Kanäle können durch bekannte spanende Verfahren oder auch durch eine Laserbehandlung (mit oder ohne nachfolgende Oberflächenbehandlung) erzeugt werden. Durch eine geeignete Wahl der Radien und Anzahl der kreisbogenförmigen Kanäle 44 kann die Öldurchlässigkeit variiert werden.

Figur 4B zeigt eine Flanke mit erhöhter Rauheit 26, 28, 36, 38, bei der gerade bzw.

tangentiale Kanäle eingesetzt werden. Wie bei Figur 4A können die Kanäle eine Tiefe von 0,5 bis 20μηι aufweisen. Auch hier bilden die Kanäle Vertiefungen 42 und die Bereiche zwischen den Kanälen können als Erhebungen 40 betrachtet werden. Die Kanäle können durch die in Figur 4A genannten Verfahren hergestellt werden. Bei den tangentialen Kanälen können durch eine geeignete Wahl des Radius zu dem die Kanäle tangential sind und durch die Anzahl der Kanäle 46 sowie durch deren Abmessungen die Öldurchlässigkeit festgelegt werden.

Figur 4C zeigt ein ähnliches Prinzip wie es bereits in dem Figuren 4A und 4B dargestellt ist. Die Kanäle sind hier als spiralförmige Kanäle ausgeführt, was es gestattet Kanäle mit einem besonders kleinen Querschnitt-zu-Längen- Verhältnis herzustellen. Die spiralförmigen Kanäle 48 Können als Vertiefungen ausgeführt werden, die eine deutlich größer Länge erreichen als die Kanäle der Figuren 4A und 4B. Durch eine größere Länge kann bei gleicher Breite und gleicher Tiefe ein geringerer Öldurchgang durch den Kanal erreicht werden. Durch diese Ausführung können vor allem die Toleranzen der Kanäle bezüglich Breite und Tiefe erhöht werden. Bezugszeichenliste

2 Kolbenringsatz

4 oberer Kompressionsring

6 mittlerer Ölabstreifring

8 unterer Kompressionsring

10 Ölabstreifsteg

12 unterer Ölabstreifring

14 obere Kompressionskolbenring-Nut

16 mittlere Ölabstreifkolbenring-Nut

18 untere Kompressionskolbenring-Nut

20 untere Ölabstreifkolbenring-Nut

22 Öl-Drainagekanal

24 erfindungsgemäßer Kolben

26 untere Flanke des mittleren Ölabstreifkolbenrings

28 untere Flanke der unteren Kompressionskolbenrings

36 untere Flanke der mittleren Ölabstreifkolbenringnut

38 untere Flanke der unteren Kompressionskolbenringnut

40 Erhebungen

42 Vertiefungen

44 kreisförmige Kanäle

46 tangentiale Kanäle

48 Spiralförmige Kanäle

50 Kompressionskolbenring

52 Minutenring

54 Ölabstreifring

56 Herkömmlicher Kolben

58 Zlyinder

Rz Rauheit

Claims

Ansprüche

1. Kolbenrmgsatz umfassend drei Kolbenringe, nämlich

einen oberen Kompressionsring, einen mittleren Ölabstreifring und

einen unteren Kompressionsring.

2. Kolbenringsatz nach Anspruch 1, wobei der Ölabstreifring zwei Ölabstreifstege

umfasst.

3. Kolbenringsatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei der obere Kompressionsring, gleich dem unteren Kompressionsring ist.

4. Kolbenringsatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine untere Flanke des mittleren

Ölabstreifkolbenrings und/oder eine untere Flanke des unteren

Kompressionskolbenrings eine Rauheit zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μηι und 15μηι und weiter bevorzugt zwischen 5μηι und ΙΟμιτι aufweist, oder wobei der untere Kompressions-Kolbenring mit Erhebungen und/oder

Vertiefungen versehen ist, die eine Ölpassage zwischen der unteren Ringflanke des unteren Kompressionsrings und der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut gestatten.

5. Kolbenringsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend einen unteren Ölabstreifring, der dazu bestimmt ist, unter dem unteren Kompressionsring in einer Ölabstreifnut mit einem Öl-Drainagekanal angeordnet zu werden.

6. Kolben für einen Kolbenringsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

umfassend eine obere Kompressions-Kolbenringnut,

eine mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut und

eine untere Kompressions-Kolbenringnut,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mittlere Ölabstreif-Kolbenringnut zwischen der oberen Kompressions- Kolbenringnut und der unteren Kompressions-Kolbenringnut angeordnet ist und weder die obere Kompressions-Kolbenringnut, noch die mittlere Ölabstreif- Kolbenringnut noch die untere Kompressions-Kolbenringnut einen Drainagekanal aufweist.

7. Kolben nach Ansprach 6, weiter umfassend eine untere Ölabstreif-Kolbenringnut, die mindestens einen Drainagekanal aufweist

8. Kolben nach Anspruch 6 oder 7, wobei die untere Flanke der mittleren Ölabstreif- Kolbenringnut und/oder die untere Flanke der unteren Kompressions-Kolbenringnut eine Rauheit zwischen 0,5 μηι und 20μηι, bevorzugt zwischen 2,5 μηι und 15μηι und weiter bevorzugt zwischen 5μηι und ΙΟμιτι aufweist.

9. Kolben nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die untere Flanke der mittleren Ölabstreif-Kolbenringnut und/oder die untere Flanke der unteren Kompressions- Kolbenringnut mit Vertiefungen oder Erhöhungen versehen ist, um eine Ölpassage zwischen der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut und der unteren Flanke des unteren Kolbenrings zu ermöglichen.

10. Kolben nach Anspruch 9, wobei die Vertiefungen Kanäle bilden, die spiralförmig, Tangential oder kreisförmig an der unteren Flanke der unteren Kolbenringnut angebracht sind.

11. Verbrennungsmotor mit mindestens einem Kolben gemäß Ansprach 10.