DE10153436A1 - Kolbenring für eine in einem Kolben angeordnete Kolbenringnut einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring 1 für eine in einem Kolben 3 angeordnete Kolbenringnut 2 einer Brennkraftmaschine mit einer einer Zylinderwand zugewandten Außenseite 4, einer gegenüberliegenden Innenseite 5 und zwei in etwa senkrecht zu einer Kolbenmittelachse 17 angeordneten Seitenflächen 6, wobei die Innenseite 5 und/oder die Seitenflächen 6 mehrere an die Oberfläche der Kolbenringnut 2 anliegende oder mit ihr in Wirkverbindung stehende Kontaktstellen 7 oder Kontaktglieder 8 aufweist und zumindest einige Kontaktstellen 7 an die Oberfläche der Kolbenringnut 2 anliegen oder anlegbar sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring für eine in einem Kolben angeordnete Kolbenringnut einer Brennkraftmaschine mit einer einer Zylinderwand zugewandten Außenseite, einer gegenüberliegenden Innenseite und zwei in etwa senkrecht zu einer Kolbenmittelachse angeordneten Seitenflächen.
• Es ist bereits ein Kolbenring bekannt, der in einer Kolbenringnut eines Kolbens angeordnet ist und den Spalt zwischen Kolben und Zylinderwand schließt. Hierbei wird unter Verwendung verschiedener Kolbenringe zum einen die Verdichtung des Zylinders und zum anderen ein Ölabstreifvorgang an der Zylinderwand gewährleistet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenring derart auszubilden und anzuordnen, daß die Bildung von Ablagerungen innerhalb der Kolbenringnut verhindert wird.
• Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Innenseite und/oder die Seitenfläche mehrere an die Oberfläche der Kolbenringnut anliegende oder mit ihr in Wirkverbindung stehende Kontaktstellen oder Kontaktglieder aufweist und zumindest einige Kontaktstellen an die Oberfläche der Kolbenringnut anliegen oder anlegbar sind. Hierdurch wird erreicht, daß Ab- bzw. Anlagerungen auf der Oberfläche der Kolbenringnut durch die zahlreichen Kontaktstellen abgetragen werden. Das sog. Ringreiten des Kolbenrings wird verhindert, da die Ablagerungen im Nutgrund nicht auftreten. Somit wird auch der mit dem Ringreiten verbundene Verschleiß durch Mischreibung von Kolbenring und Zylinderwand verhindert.
• Hierzu ist es vorteilhaft, daß das Kontaktglied mit der Oberfläche der Kolbenringnut eine flache, linienförmige und/oder punktförmige Anlage bildet bzw. eine so gebildete Kontaktstelle aufweist. Durch die verschieden gebildeten Anlagen kann den verschiedenen Ablagerungen mit Bezug auf die Relativbewegung des Kolbenrings zur Kolbenringnut Rechnung getragen werden. Das Ausführungsbeispiel weist linienförmige Anlagen auf. Je nach Toleranz bzw. Bestimmtheit der Lagerung handelt es sich auch bei dieser Art der Anlage um eine punktförmige Anlage.
• Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß die Kontaktstelle durch das mit Bezug auf die Kolbenmittelachse radial und/oder axial hervorstehende Kontaktglied gebildet ist, wobei das Kontaktglied zwei geneigt verlaufende, die Kontaktstelle begrenzende Seitenflächen aufweist, die die Verbindung zum Kolbenring bilden und/oder an ihren oberen Enden durch die als Kontaktteile ausgebildeten Stegteile miteinander verbunden sein können. Die Ausbildung der Kontaktglieder kann sehr unterschiedlich gewählt werden, so daß eine Abhängigkeit vom Herstellungsprozess des Kolbenrings nur einen geringen Einfluß auf die Wirkungsweise des Kolbenrings besitzt. Neben der Form der Kontaktglieder kann auch die Oberfläche mit entsprechender Rauhigkeit behaftet sein, so daß ein Abtragen der Ablagerungen bzw. deren Vermeidung gewährleistet ist. Hierbei ist es möglich, die Kontaktglieder bzw. die Kontaktstellen entsprechend der Oberfläche der Kolbenringnut, also nutgrundförmig, auszubilden.
• Ferner ist es vorteilhaft, daß der Kolbenring innerhalb der Kolbenringnut zwischen dem Kolben und einem äußeren Kolbenring angeordnet ist und der Kolbenring aus einem temperaturbeständigen weicheren Werkstoff als die Kolbenringnut und/oder der äußere Kolbenring gebildet ist. Somit wird eine Funktionstrennung des inneren und des äußeren Kolbenrings gewährleistet, die wiederum die Verwendung verschiedener Materialien zuläßt. Durch die Verwendung eines weicheren Materials kann ein Verschleiß der Kolbenringnut sowie des äußeren Kolbenrings durch den inneren Kolbenring verhindert werden. Die Härte und die Festigkeit des inneren Kolbenrings reicht jedoch aus, um die sich bildenden Ablagerungen in der Kolbenringnut abzutragen.
• Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß der Kolbenring Aussparungen und ein Vorspannelement, wie eine Feder, aufweist, wobei die Feder teilkreisförmig am Umfang innerhalb der Aussparungen angeordnet ist. Die Aussparungen dienen dem Masseverlust und gewährleisten neben dem Austritt der abgetragenen Ablagerungen die Aufnahme der Feder, so daß der Kolbenring mit seinen Kontaktstellen zu jedem Zeitpunkt an die Oberfläche der Kolbenringnut anliegt. Die Feder kann auch am Stoßende des offenen Kolbenrings bzw. Koksrings angeordnet sein.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Kolbenring bezüglich einer mittleren geometrischen Umfangslinie wellenförmig ausgebildet ist, wobei jeweils ein geometrisches Maximum oder ein geometrisches Minimum die Kontaktstelle mit der Kolbenringnut oder dem äußeren Kolbenring bildet. Die wellenförmige Ausbildung gewährleistet zum einen eine einfache Herstellung des Kolbenrings und zum anderen eine symmetrische Anlage des Kolbenrings sowohl an die Kolbenringnut als auch an die Innenseite des äußeren Kolbenrings. Die Wellenform kann hierbei die verschiedensten Ausführungsformen aufweisen, wie spitzwellig, sinusförmig, flachwellig oder winkelig bzw. kantig.
• Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß die Außenseite des Kolbenrings mehrere an eine Innenoberfläche des äußeren Kolbenrings anliegende oder mit ihr in Wirkverbindung stehende Kontaktstellen aufweist. Somit werden auch Ablagerungen am äußeren Kolbenring bzw. an dessen Innenseite durch den inneren Kolbenring abgetragen. Ein Ringreiten des äußeren Kolbenrings auf dem inneren Kolbenring ist damit nicht möglich.
• Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Innenseite des Kolbenrings mehrere Kontaktstellen aufweist und die Außenseite des Kolbenrings an der Zylinderwand anliegt oder nur der äußere Kolbenring vorgesehen ist, wobei dieser mehrere an die Oberfläche der Kolbenringnut anliegende Kontaktstellen aufweist. Somit erfüllt der Kolbenring sowohl seine herkömmliche Funktion als Dichtmittel zwischen Zylinder und Kolben als auch die Funktion des zweiten Kolbenrings, also das Abtragen der Ablagerungen im Kobenringnutgrund. Es ist auch möglich, mehrere Kolbenringe über die Höhe der Kolbenringnut verteilt anzuordnen.
• Außerdem ist es vorteilhaft, daß der innere Kolbenring innerhalb der Kolbenringnut axial und/oder in Umfangsrichtung beweglich angeordnet ist, wobei der innere Kolbenring durch den äußeren Kolbenring und/oder durch ein Federelement gegen die Oberfläche der Kolbenringnut vorgespannt wird und aufgrund seiner Beweglichkeit Ablagerungen innerhalb der Kolbenringnut durch die Kontaktglieder abgetragen werden.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des inneren Kolbenrings bzw. Koksrings mit Vorspannfeder,
• Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Nutgrunds mit Koksring,
• Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines gesprießten Koksrings,
• Fig. 4 eine Schnittdarstellung von oben mit geometrischer Umfangslinie,
• Fig. 5 eine Schnittdarstellung von Zylinderwand und Kolben mit Kolbenring.
• In Fig. 1 ist ein Kolbenring 1 dargestellt, der aus einem wellig geformten Flachprofil gebildet ist. Der Kolbenring 1 weist eine Aussparung 10 auf, die zur Aufnahme eines Vorspannelements bzw. einer Feder 11 dient. Das Vorspannelement 11 bewirkt, daß der ringförmig oder rund ausgebildete Kolbenring mit seinen beiden Stoßenden 9, 9' anliegt bzw. diese in Kontakt bleiben. Bezüglich des Vorspannelements 11 bzw. gemäß Fig. 4 bezüglich einer mittleren Umfangslinie 12, weist der Kolbenring 1 abwechselnd ein geometrisches Maximum 13 und ein geometrisches Minimum 14 auf, so daß sich als ganzes in radialer Richtung eine Wellen- oder sinusförmige Form des Kolbenrings ergibt.
• Im Bereich jedes geometrischen Minimums 14 bzw. geometrischen Maximums 13 ist ein Kontaktglied 8 bzw. 8' vorgesehen, welches jeweils eine Kontaktstelle 7 bzw. Kontaktstelle 7' aufweist. Die Kontaktstelle 7 bzw. das geometrische Minimum 14 liegt hierbei an der Oberfläche einer Kolbenringnut 2 an bzw. steht mit diesem in Kontakt. Über diesem Kolbenring 1, ebenfalls innerhalb der Kolbenringnut 2 ist ein nicht dargestellter äußerer Kolbenring vorgesehen, der an die Kontaktstellen 7' der geometrischen Minima 14 anliegt.
• Das Kontaktglied 8 ist hierbei rechteck- bzw. quarderförmig ausgebildet und gemäß Fig. 4 zur Innenseite der Kolbenringnut 2 hin geneigt bzw. abgewinkelt. Das Kontaktglied 8 weist zwei geneigt verlaufende, die Kontaktstelle 7 begrenzende Seitenflächen 6, 6' auf, die die Verbindung zum Kolbenring 1 bilden. Die so gebildete Kontaktstelle 7 ist im Bereich einer Innenkante 15 der Kolbenringnut 2 vorgesehen. Die Kontaktstelle 7 liegt aufgrund der Vorspannung, ausgehend vom Vorspannelement 11 oder dem äußeren Kolbenring, an der Innenkante 15 der Kolbenringnut 2 an. Sie dient dort der Abtragung von Ab- und/oder Anlagerungen auf der Oberfläche der Kolbenringnut 2.
• Das Kontaktglied 8' im Bereich des geometrischen Maximums 13 ist rund bzw. bogenförmig ausgebildet und liegt mit der Kontaktstelle 7' an die Innenseite des nicht dargestellten äußeren Kolbenrings an.
• Gemäß Fig. 2 weist der Kolbenring 1 eine deutlich gringere Höhe als die Kolbenringnut 2 auf, so daß dieser entlang einer Kolbenmittelachse, also vertikal, bewegt werden kann bzw. aufgrund der durch die Kolbenbewegung generierten Wirkkräfte innerhalb der Nut bewegt wird. Die Aussparungen 10 sind hierbei ovalförmig ausgebildet, so daß das bogenförmig bzw. rund ausgebildete Vorspannelement 11 durch die einzelnen Aussparungen 10 über einen Teil des Umfangs aufgenommen bzw. geführt wird. Die Aussparungen 10 dienen auch zum Abtransport der abgelösten Ab- bzw. Anlagerungen nach außen, zwischen Kolben und Zylinderwand.
• Die Kolbenringnut 2 weist einen rechteckförmigen Querschnitt mit bogen- bzw. kreisförmigen Eckbereichen auf.
• Gemäß Fig. 3 ist es auch möglich, den Kolbenring 1 aus einem gesprießten bzw. gelochten oder gestanzten Flachprofil herzustellen. Hierbei werden die einzelnen Kontaktglieder 8, 8' durch das Sprießen bzw. Durchstoßen des Flachprofils gebildet. Nach dem Durchstoßen verbleiben krater- bzw. parabelförmige Kontaktglieder 8, 8' mit eckig bzw. zackig ausgebildeten Kontaktstellen 7, 7'. Diese Kontaktstellen 7, 7' liegen an der Oberfläche der Kolbenringnut 2 oder an der Innenseite des äußeren Kolbenrings an und dienen dort dem Abtrag der An- bzw. Ablagerungen. Die Kontaktglieder 8, 8' sind hierbei bezüglich der axialen Höhe des Kolbenrings 1 versetzt angeordnet, so daß eine Reinigung der Kolbenringnut 2 auch an deren Innenkante 15 über die ganze Höhe erfolgt.
• Gemäß Fig. 4 ist der Kolbenring 1 als sinus- oder wellenförmiges Profil ausgebildet. Die Kontaktglieder 8, 8' sind hierbei rund, eckig oder trapezförmig ausgebildet. Der Kolbenring 1 weist jeweils 28 äußere Kontaktglieder 8 und 28innere Kontaktglieder 8' auf. Eine Variation dieser Anzahl zwischen fünf und 100, insbesondere 30 und 50, ist möglich.
• Neben der in Fig. 4 dargestellten wellenförmigen Ausbildung in radialer Richtung weist der Kolbenring 1 gemäß Fig. 1 in axialer Richtung eine doppelte Wellenform auf d. h. die inneren Kontaktglieder 8 sind hierbei höher bzw. breiter ausgebildet als die äußeren Kontaktglieder 8'. An der Seitenfläche 6 des Kolbenrings 1 sind neben den Kontaktstellen 7 noch weitere Erhöhungen 16 vorgesehen. Diese Erhöhungen 16 sind jeweils im Bereich der Kontaktglieder 8' bzw. im Bereich der geometrischen Maxima 13 vorgesehen und treten über die Seitenflächen 6 hinaus bzw. sind gegenüber den Seitenflächen 6 erhaben. Die Kontaktglieder 8 sind jeweils im geometrischen Minimum 14 angeordnet.
• Gemäß Fig. 5 ist der Kolbenring 1 innerhalb der Kolbenringnut 2 zwischen einem Kolben 3 und einem äußeren Kolbenring 19, der an eine Zylinderwand 18 anliegt, angeordnet. Der Kolbenring 1 wird hierbei durch das beschriebene Vorspannelement 11 und den äußeren Kolbenring 3 im Nutgrund gehalten.

Claims (10)

1. Kolbenring (1) für eine in einem Kolben (3) angeordnete Kolbenringnut (2) einer Brennkraftmaschine mit einer einer Zylinderwand (18) zugewandten Außenseite (4), einer gegenüberliegenden Innenseite (5) und zwei in etwa senkrecht zu einer Kolbenmittelachse (17) angeordneten Seitenflächen (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (5) und/oder die Seitenflächen (6) mehrere in Wirkverbindung stehende Kontaktstellen (7) oder Kontaktglieder (8) aufweist und zumindest einige Kontaktstellen (7) an die Oberfläche der Kolbenringnut (2) anliegen oder anlegbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied (8) mit der Oberfläche der Kolbenringnut (2) eine flache, linienförmige und/oder punktförmige Kontaktstelle (7) bildet, die an die Oberfläche der Kolbenringnut (2) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (7) durch das mit Bezug auf die Kolbenmittelachse (17) radial und/oder axial hervorstehende Kontaktglied (8) gebildet ist, wobei das Kontaktglied (8) zwei geneigt verlaufende, die Kontaktstelle (7) begrenzende Seitenflächen (6, 6') aufweist, die die Verbindung zum Kolbenring (1) bilden und/oder an ihren oberen Enden durch die als Kontaktteile (7, 7') ausgebildeten Stegteile miteinander verbunden sein können.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (1) innerhalb der Kolbenringnut (2) zwischen dem Kolben (3) und einem äußeren Kolbenring (19) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (1) Aussparungen (10) und ein als Feder ausgebildetes Vorspannelement (11) aufweist, das zumindest einen Teil des Umfangs umschließt und innerhalb der Aussparungen (10) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (1) mit Bezug auf eine mittlere geometrische Umfangslinie (12) wellenförmig ausgebildet ist, wobei das Kontaktglied jeweils ein geometrisches Maximum (13) oder ein geometrisches Minimum (14) bezüglich der Umfangslinie (12) bildet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (4) des Kolbenrings (1) mehrere an eine Innenoberfläche (15) des äußeren Kolbenrings (19) anliegende oder mit ihr in Wirkverbindung stehende Kontaktstellen (7') aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (1) aus einem temperaturbeständigen weicheren Werkstoff als die Kolbenringnut (2) und/oder der äußere Kolbenring (19) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenseite des Kolbenrings (19) mehrere Kontaktstellen aufweist und eine Außenseite des Kolbenrings (19) an der Zylinderwand (18) anliegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolbenring (1) innerhalb der Kolbenringnut (2) axial und/oder in Umfangsrichtung beweglich angeordnet ist, wobei der innere Kolbenring (1) durch den äußeren Kolbenring (19) und/oder durch ein Federelement (11) gegen die Oberfläche der Kolbenringnut (2) vorgespannt wird und aufgrund seiner Beweglichkeit Ablagerungen innerhalb der Kolbenringnut (2) durch die Kontaktglieder (8) abgetragen werden.