DE102006009022B4 - Piston of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Kolben eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Kolbenringnut, in der ein Kolbenring umfassend eine der Kolbenringnut zugewandte Innenfläche (10) und eine dieser gegenüberliegende Außenfläche (12) sowie zwei Seitenflächen (13, 13', 14, 14') angeordnet ist, wobei die Höhe (HA) des Kolbenrings (1, 1') an der Außenfläche (12) größer als die Höhe (HI) des Kolbenrings (1, 1') an der Innenfläche (10) ist, wobei an mindestens einer ersten Seitenfläche (13, 13', 14, 14') mindestens zwei Innenwinkel (3, 4) ausgebildet sind, und dass mindestens ein Innenwinkel (3, 4) einen ersten Schenkel, der bezüglich der Rotations-Achsrichtung einen Winkel von ±20° bildet, und einen zweiten Schenkel aufweist, der bezüglich der Radialrichtung des Kolbenrings (1, 1') einen Winkel von ±20° bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring in der Kolbenringnut derart beweglich angeordnet ist, dass infolge einer Twistbewegung des Kolbenrings Kanten an der Seitenfläche des Kolbenrings Ablagerungen an der Kolbenringnut abschaben.Piston of an internal combustion engine having at least one piston ring groove, in which a piston ring comprising a piston ring groove facing inner surface (10) and one of these opposite outer surface (12) and two side surfaces (13, 13 ', 14, 14') is arranged, wherein the height ( H A ) of the piston ring (1, 1 ') on the outer surface (12) is greater than the height (H I ) of the piston ring (1, 1') on the inner surface (10), wherein at least one first side surface (13, 13 ', 14, 14') at least two inner angles (3, 4) are formed, and that at least one inner angle (3, 4) a first leg, which forms an angle of ± 20 ° with respect to the rotational axis direction, and a second Leg having, with respect to the radial direction of the piston ring (1, 1 ') forms an angle of ± 20 °, characterized in that the piston ring is arranged in the Kolbenringnut so movable that due to a twisting movement of the piston ring edges on the side surface of the piston ring Scrape off deposits on the piston ring groove.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a piston of an internal combustion engine according to the generic term of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, mindestens einen Kolbenring in einer Kolbenringnut eines Kolbens anzuordnen, um den Spalt zwischen den Kolben und einer Zylinderwand des Verbrennungsmotors zu schließen. Dabei können beispielsweise ein innerer und äußerer Kolbenring verwendet werden, wobei der innere Kolbenring dazu dient, die Bildung von Ablagerungen innerhalb der Kolbenringnut zu verhindern, während der äußere Kolbenring dazu dient, die Verdichtung des Zylinders und einen Ölabstreifvorgang an der Zylinderwand zu gewährleisten. Der innere und der äußere Kolbenring können dabei gemeinsam ausgebildet sein.It is known, at least one piston ring in a piston ring groove a piston to the gap between the piston and a Close cylinder wall of the internal combustion engine. It can, for example an inner and outer piston ring be used, wherein the inner piston ring serves to the formation to prevent deposits within the piston ring groove, while the outer piston ring this is done by the compression of the cylinder and a Ölabstreifvorgang to ensure on the cylinder wall. The inner and outer piston ring can to be trained together.

So ist beispielsweise aus der DE 101 53 436 A1 ein Kolbenring bekannt, welcher an seiner inneren Seite und/oder an seiner Seitenfläche mehrere, an die Oberfläche der Kolbenringnut anliegende Kontaktstellen oder Kontaktglieder aufweist. Die Kontaktglieder oder Kontaktstellen können dabei aufgrund einer Relativbewegung an verschiednen Stellen mit der Oberfläche der Kolbenringnut in Kontakt treten, so dass Ab- oder Anlagerungen auf der Oberfläche der Kolbenringnut vermeidbar sind. Der Kolbenring weist jedoch eine sehr komplexe Struktur auf, so dass der Kolbenring teuer in der Herstellung ist.For example, from the DE 101 53 436 A1 a piston ring is known, which has on its inner side and / or on its side surface a plurality of abutting the surface of the Kolbenringnut contact points or contact members. Due to a relative movement, the contact members or contact points can come into contact with the surface of the piston ring groove at various points, so that deposits or deposits on the surface of the piston ring groove can be avoided. However, the piston ring has a very complex structure, so that the piston ring is expensive to manufacture.

Es ist weiter aus der DE 102 13 106 ein Kolbenring bekannt, bei dem eine einer Kolbenringnut zugewandte Innenfläche mit einer harten, rauen oder strukturierten Oberfläche ausgebildet ist, so dass dieser bei einem Anlagewechsel des Kolbens gegen die Ablagerung gepresst wird und diese abträgt und/oder absprengt. Ein derartiger Kolbenring hat den Nachteil, dass eine Bearbeitung des Kolbenrings an der Innenseite zumeist eine kostenintensive Fertigung verlangt.It is further from the DE 102 13 106 a piston ring is known in which a piston ring groove facing inner surface is formed with a hard, rough or textured surface, so that it is pressed against the deposit in a system change of the piston and this ablates and / or peels off. Such a piston ring has the disadvantage that a machining of the piston ring on the inside usually requires a costly production.

Aus der DE 30 00 146 A1 ist ein Kolbenring bekannt, wobei die Innenseite mit einzelnen über den Umfang verteilten, scharfen, durch Vorsprünge oder Ausnehmungen erzeugten Kanten versehen ist. Die Kanten können dabei derart ausgerichtet sein, dass die um das Innere des Kolbenrings strömenden Verbrennungsgase den Ring in Rotation versetzen. Zudem kann die Oberfläche einer Seitenfläche umlaufende, scharfe Kanten aufweisen. Ohne Rotation des Kolbenrings reicht bei einer derartigen Ausbildung jedoch die Relativbewegung zwischen Kolbenringnut und Kolbenring nicht aus, um einen übermäßigen Aufbau an Ablagerungen zu vermeiden.From the DE 30 00 146 A1 a piston ring is known, wherein the inside is provided with individual distributed over the circumference, sharp, produced by projections or recesses edges. The edges can be aligned in such a way that the combustion gases flowing around the interior of the piston ring set the ring in rotation. In addition, the surface of a side surface may have circumferential, sharp edges. Without rotation of the piston ring, however, the relative movement between the piston ring groove and the piston ring is not sufficient in such a design in order to avoid an excessive build-up of deposits.

Das GOETZE-Kolbenring-Handbuch, herausgegeben von der an erster Stelle genannten Anmelderin im April 2003, beschreibt auf den Seiten 20/21 Kolbenringe mit Innenwinkeln an der oberen oder unteren Seitenfläche, die hier als Flanke bezeichnet wird. Kolbenringe mit einem sogenannten Innenkantenbruch an der oberen und unteren Seitenfläche gehen aus der DIN ISO 6624 Teil 1, Abschnitt 4.1 hervor.The GOETZE piston ring manual, issued by the first Applicant in April 2003, described on pages 20/21 Piston rings with internal angles on the upper or lower side surface, the referred to here as the flank. Piston rings with a so-called inner edge breakage on the upper and lower side surface go from DIN ISO 6624 Part 1, Section 4.1.

Aus der DE 31 04 437 C2 geht ein Kolben hervor, bei dem der Feuerring in die Ringnut unter einer radial nach innen gerichteten Vorspannung eingesetzt ist und an der Ober- und gegebenenfalls an der Unterseite eine Stufe aufweisen kann. Die Form der Ringnut ist hieran angepasst.From the DE 31 04 437 C2 goes out a piston in which the fire ring is inserted into the annular groove under a radially inwardly directed bias and may have a step on the top and optionally on the bottom. The shape of the ring groove is adapted to this.

Die DE 440 416 C betrifft einen ähnlichen Kolben, bei dem ein Kolbenring mehrere Stufen aufweist, und die Ringnut an diese Form angepasst ist. Ein weiterer Kolben mit zwei derartigen Kolbenringen geht aus der US 1710485 A hervor. The DE 440 416 C relates to a similar piston in which a piston ring has a plurality of stages, and the annular groove is adapted to this shape. Another piston with two such piston rings goes out of the US 1710485 A out.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben zu schaffen, welcher kostengünstig herstellbar ist, und bei dem ein übermäßiger Aufbau an Ablagerungen vermieden werden kann.It object of the present invention to provide a piston, which is inexpensive to produce is, and at that an excessive construction Deposits can be avoided.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the subject matter of claim 1.

Hierfür wird ein Kolbenring für eine Kolbenringnut umfassend eine der Kolbenringnut zugewandte Innenfläche und eine gegenüberliegende Außenfläche sowie zwei Seitenflächen derart ausgebildet, dass die Höhe des Kolbenrings an der Außenseite größer der Höhe des Kolbenrings an der Innenseite ist, wobei an mindestens einer ersten Seitenfläche mindestens zwei Innenwinkel ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind zwischen der Außenfläche und der Innenfläche Innenwinkel derart ausgebildet, dass sich die Höhe des Kolbenrings von der Außenseite zur Innenseite hin verringert. Bevorzugt handelt es sich bei derjenigen Seitenfläche, an der mindestens zwei Innenwinkel ausgebildet sind, um die obere Seitenfläche. Diese Seitenflächen können auch als Flanken bezeichnet werden.For this is a Piston ring for a piston ring groove comprising a piston ring groove facing the inner surface and an opposite one Outer surface as well two side surfaces designed so that the height the piston ring on the outside bigger the Height of Piston ring on the inside, wherein at least a first Side surface at least two internal angles are formed. In other words are between the outer surface and the palm Inner angle formed such that the height of the piston ring of the Outside to the outside Reduced inside. It is preferably those Side surface are formed at the at least two inner angle to the upper Side surface. These side surfaces can also called flanks.

Der Innenwinkel ist kostengünstig herstellbar. Dabei werden durch die Innenwinkel an der Seitenfläche mindestens zwei Kanten gebildet. Durch die Twistbewegung des Kolbenrings in den verschiedenen Belastungszuständen des Kolbens kommt es zu einer Relativbewegung des Kolbenrings gegenüber der Kolbenringnut. Dabei wird mittels der Kanten an der Seitenfläche des Kolbenrings eine Ablagerung an der Kolbenringnut permanent abgeschabt. Somit wird ein übermäßiger Aufbau an Ablagerungen in der Kolbenringnut vermieden. Die Ausbildung der Kanten an der Seitenfläche erfordert eine geringere Steifigkeit des Kolbenrings als eine Ausbildung der Kanten an der Innenfläche. Dadurch kann eine gute Beweglichkeit des Kolbenrings ermöglicht werden. Es ist daher denkbar, den Kolbenring zwischen dem Zylinder und der Kolbenringnut anzuordnen. Daneben ist es jedoch auch denkbar, einen äußeren Kolbenring zwischen dem erfindungsgemäßen Kolbenring und der Zylinderwand anzuordnen. Zudem sind Bearbeitungen der Seitenfläche kostengünstiger möglich als Bearbeitungen der Innenfläche.The interior angle is inexpensive to produce. At least two edges are formed by the inner angle on the side surface. The twisting movement of the piston ring in the different load states of the piston results in a relative movement of the piston ring relative to the piston ring groove. In this case, by means of the edges on the side surface of the piston ring a deposit permanently scraped off at the piston ring groove. Thus, an excessive build-up of deposits in the piston ring groove is avoided. The formation of the edges on the side surface requires a lower rigidity of the piston ring than a formation of the edges on the inner surface. As a result, a good mobility of the piston ring can be made possible. It is therefore conceivable to arrange the piston ring between the cylinder and the Kolbenringnut. In addition, however, it is also conceivable to arrange an outer piston ring between the piston ring according to the invention and the cylinder wall. In addition, machining of the side surface are more cost-effective than machining the inner surface.

Zumindest ein Innenwinkel ist derart ausgebildet, dass ein erster Schenkel des Innenwinkels im Wesentlichen parallel zu der Rotations-Achsrichtung des Kolbenrings verläuft. Dies bedeutet, dass dieser Schenkel zu der Rotations-Achsrichtung des Kolbenrings einen Winkel von ±20°, bevorzugt ±10° und insbesondere ±5° bildet. Dabei bilden der Schenkel des Innenwinkels und die Seitenwand eine scharfe Kante. Gleichzeitig ist ein derartiger Winkel einfach und damit kostengünstig herstellbar.At least an inner angle is formed such that a first leg of the inner angle substantially parallel to the rotational axis direction of Piston ring runs. This means that this leg to the rotational axis direction the piston ring forms an angle of ± 20 °, preferably ± 10 ° and in particular ± 5 °. The leg of the inner angle and the side wall form a sharp edge. At the same time, such an angle is simple and thus economical produced.

Ein zweiter Schenkel des Innenwinkels ist im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung des Kolbenrings. Mit anderen Worten bildet dieser Schenkel mit der Radialrichtung des Kolbens einen Winkel von ±20°, bevorzugt ±10° und insbesondere ±5°. Dabei bilden der zweite Schenkel des Innenwinkels und die Innenfläche oder ein erster Schenkel eines weiteren Innenwinkels eine scharfe Kante. Insbesondere verläuft der erste Schenkel im Wesentlichen parallel zur Rotations-Achsrichtung des Kolbenrings und der zweite Schenkel im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung des Kolbenrings, so dass der Innenwinkel im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildet ist. Dadurch lassen sich zwei Kanten mittels eines geeigneten Werkzeugs kostengünstig herstellen. Die Schenkel eines Winkels und/oder aufeinander folgende Innenwinkel können dabei die gleiche und/oder unterschiedliche Längen aufweisen. Die oben beschriebenen Winkelbeziehungen des ersten und zweiten Schenkels können beliebig miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können beide Schenkel weitgehend parallel zur Achs- bzw. Radialrichtung des Kolbens verlaufen. Der erste Schenkel kann jedoch mit der Rotations-Achsrichtung einen relativ großen Winkel bilden, wobei dieser Winkel stumpf oder spitz sein kann, so dass durch den Innenwinkel an der Seitenfläche eine vergleichsweise stumpfe (Winkel größer als 90°) oder spitze Kante entsteht. Dies gilt in gleicher Weise für die weiteren Innenwinkel. Der beschriebene, vergleichsweise große Winkel des ersten Schenkels bezüglich der Rotations-Achsrichtung kann mit einem zweiten Schenkel kombiniert werden, der nahezu parallel zur Radialrichtung verläuft. Dieser Winkel kann jedoch auch deutlich von der Radialrichtung abweichen. Insbesondere kann ein deutlich von der Radialrichtung abweichender zweiter Schenkel mit einem nahezu parallel zur Rotations-Achsrichtung verlaufenden ersten Schenkel kombiniert werden. Ferner ist es denkbar, bei einem Trapezring, d. h. einem Kolbenring, dessen Seitenflächen einen Winkel von weniger als 90° bezüglich der Rotations-Achsrichtung bilden, den ersten Schenkel weitgehend senkrecht zu der Seitenfläche auszubilden, so dass sich eine Neigung bezüglich der Rotations-Achsrichtung ergibt, die der Neigung der Seitenfläche bezüglich der Radialrichtung entspricht.One second leg of the inner angle is substantially parallel to Radial direction of the piston ring. In other words, this forms Leg with the radial direction of the piston at an angle of ± 20 °, preferably ± 10 ° and in particular ± 5 °. Make up the second leg of the inner angle and the inner surface or a first leg of another interior angle has a sharp edge. In particular, runs the first leg substantially parallel to the rotational axis direction of the piston ring and the second leg substantially parallel to the radial direction of the piston ring, so that the inner angle substantially is formed at right angles. This allows two edges by means a cost-effective manufacture of a suitable tool. The thighs of a Angles and / or consecutive interior angles can be used have the same and / or different lengths. The ones described above Angular relationships of the first and second leg can be arbitrary be combined with each other. For example, both legs can be largely parallel to the axial or radial direction of the piston. Of the However, first leg can with the rotational axis of a relatively large angle form, which angle may be obtuse or pointed, so that by the inner angle on the side surface a comparatively blunt (Angle greater than 90 °) or sharp edge arises. This applies equally to the others Interior angles. The described, comparatively large angle of the first leg with respect the rotational axis direction can be combined with a second leg be, which runs almost parallel to the radial direction. This However, angle can also deviate significantly from the radial direction. In particular, a deviating significantly from the radial direction second leg with a nearly parallel to the rotational axis direction extending first leg to be combined. It is also conceivable in a trapezoidal ring, d. H. a piston ring whose side faces an angle less than 90 ° with respect to Rotational axis direction form, the first leg largely perpendicular to the side surface, so that there is a tendency towards the rotational axis direction results in the inclination of the side surface with respect to the Radial direction corresponds.

Vorzugsweise ist eine zweite Seitenfläche des Kolbenrings mit mindestens einem Innenwinkel ausgebildet. Durch die beidseitige Ausbildung des Kolbenrings mit Innenwinkeln ist es möglich, Radien der Kolbenringnut im Nutgrund größer auszubilden, als dies zur Aufnahme herkömmlicher Kolbenringe möglich ist. Dies führt zu einer Verringerung des Gasvolumens hinter dem Kolbenring und zu einer Steigerung der Festigkeit, insbesondere einer Festigkeit des Feuerstegs, d. h. des Stegs zwischen der Kolbenkante und der ersten Kolbenringnut, sowie der übrigen Ringstege, d. h. der Stege zwischen zwei benachbarten Kolbenringnuten. Es ist jedoch denkbar, einen erfindungsgemäßen Kolbenring nur in einer Kolbenringnut eines Kolbens, beispielsweise der ersten Kolbenringnut, vorzusehen. Ferner sind beliebige Kombinationen unterschiedlicher Anzahlen von Innenwinkeln an den beiden Seitenflächen denkbar. Beispielsweise können zwei Innenwinkel an der oberen Seitenfläche mit einem Innenwinkel an der unteren Seitenfläche kombiniert werden. Sowohl an der oberen als auch der unteren Seitenfläche können jedoch weitere Innenwinkel vorgesehen sein. Bevorzugt ist die Anzahl der Innenwinkel an der oberen Seitenfläche größer als an der unteren. Auch für diejenigen weiteren Innenwinkel, die an beiden Seitenflächen vorgesehen sind, gilt die oben beschriebene, bevorzugte Ausrichtung der jeweiligen Schenkel. Es sei abschließend erwähnt, dass ein Kolbenring mit derartigen Schenkeln und mindestens einem Innenwinkel, jedoch an beiden Seitenflächen des Kolbenrings als Neuerung gesehen wird, und unabhängig von der Ausbildung von mindestens zwei Innenwinkeln an einer Seitenfläche als Gegenstand der vorliegenden Anmeldung anzusehen ist. Insbesondere kann ein derartiger Kolbenring mit den vorangehend und nachfolgend erwähnten bevorzugten Merkmalen weitergebildet werden.Preferably is a second side surface of the Piston ring formed with at least one inner angle. By the two-sided design of the piston ring with internal angles it is possible Form radii of the piston ring groove in the groove base larger than this Recording conventional Piston rings possible is. this leads to to a reduction of the gas volume behind the piston ring and to an increase in strength, in particular a strength of the Feuerstegs, d. H. the web between the piston edge and the first Piston ring groove, as well as the rest Ringstones, d. H. the webs between two adjacent piston ring grooves. However, it is conceivable that a piston ring according to the invention only in a piston ring groove a piston, for example, the first piston ring groove to provide. Furthermore, any combinations of different numbers of Interior angles conceivable on the two side surfaces. For example can two inner angles on the upper side surface with an inner angle the lower side surface be combined. However, both on the upper and the lower side surface can be provided further interior angle. Preferably, the number of Internal angle greater on the upper side than on the lower side. Also for those further inner angle, which are provided on both side surfaces, applies the preferred orientation of the respective legs described above. It is conclusive mentioned, a piston ring with such legs and at least one Internal angle, but on both sides of the piston ring as an innovation is seen, and regardless of the formation of at least two internal angles on a side surface as The subject of the present application is to be considered. In particular, can Such a piston ring with the above and below mentioned preferred Characteristics to be further developed.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste und/oder die zweite Seitenfläche mit einem spitzen Flankenwinkel gegenüber der Radialrichtung des Kolbenrings ausgebildet. Unter einem spitzen Winkel wird bevorzugt ein Winkel größer 1° und kleiner 20° verstanden. Das Verhältnis der Höhe des Kolbenrings an der Außenfläche zu dem Verhältnis der Höhe des Kolbenrings an der Innenfläche hängt dabei von dem gewählten Flankenwinkel ab.In a preferred embodiment, the first and / or the second side surface is formed with a sharp flank angle with respect to the radial direction of the piston ring. An acute angle is preferably understood to mean an angle greater than 1 ° and less than 20 °. The ratio of the height of the piston ring on the outer surface to the ratio of the height of the piston ring on the inner surface depends on the selected flank angle.

In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens ein in Winkel der ersten Seitenfläche zu einem Innenwinkel der zweiten Seitenfläche symmetrisch ausgebildet. Es ist denkbar, die Innenwinkel hinsichtlich ihrer Anzahl und/oder ihrer Position relativ zur Achse des Kolbenrings an beiden Seitenflächen unterschiedlich anzuordnen. Vorzugsweise sind jedoch die Innenwinkel symmetrisch bezüglich der Radialachse des Kolbenrings angeordnet.In a further embodiment is at least one in angle of the first side surface to an inner angle of second side surface formed symmetrically. It is conceivable, in terms of interior angles their number and / or their position relative to the axis of the piston ring different on both sides to arrange. Preferably, however, the inner angles are symmetrical in terms of arranged the radial axis of the piston ring.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Schenkel eines Innenwinkels gehärtet und/oder strukturiert, insbesondere laser-strukturiert. Durch ein Aufrauen und/oder Strukturieren der Schenkel des Innenwinkels erfolgt ein Abkratzen der Ablagerung nicht nur mittels der Kanten, sondern auch mittels der Schenkelflächen. Das Abkratzen der Ablagerung wird dadurch weiter verbessert.In a preferred embodiment of the invention is at least one Leg of an interior angle hardened and / or structured, in particular laser-structured. Through a Roughening and / or structuring of the legs of the inner angle takes place a scraping of the deposit not only by means of the edges, but also by means of the thigh surfaces. The scrape of the deposit is thereby further improved.

Bei einem Verfahren zur Herstellung des Kolbenrings werden an mindestens einer ersten Seitenfläche mindestens zwei Innenwinkel ausgebildet, und mindestens ein Innenwinkel weist einen ersten Schenkel, der im Wesentlichen parallel zur Rotations-Achsrichtung verläuft, und einen zweiten Schenkel auf, der im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung des Kolbenrings verläuft. Je nach Herstellungsart ist dabei beispielsweise eine nachträgliche Bearbeitung, d. h. beispielsweise nach Fertigstellung eines Kolbenring-Rohlings, mittels Drehen und/oder einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung denkbar, sowie ein Ausbilden des Innenwinkels während der Herstellung des Kolbenrings beispielsweise mittels einem Gießverfahren.at a method for producing the piston ring are at least a first side surface formed at least two inner angle, and at least one inner angle has a first leg, which is substantially parallel to the rotational axis direction runs, and a second leg substantially parallel to Radial direction of the piston ring runs. Depending on the production method is, for example, a subsequent processing, d. H. for example after completion of a piston ring blank, by turning and / or a method of surface treatment conceivable, as well as forming the inner angle during the manufacture of the piston ring for example by means of a casting process.

Vorzugsweise wird der Innenwinkel nachträglich, beispielsweise nach Fertigstellung eines Kolbenring-Rohlings, an mindestens einer Seitenfläche ausgebildet.Preferably the inside angle becomes retroactive, for example, after completion of a piston ring blank to at least one side surface educated.

Die Oberfläche des Kolbenrings kann vor und/oder nach einer Ausbildung des Innenwinkels gehärtet, aufgerauht und/oder laserstrukturiert werden.The surface the piston ring can be hardened, roughened before and / or after formation of the inner angle and / or laser structured.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Für gleiche Bauteile werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet.The Invention will be described below with reference to preferred embodiments described by way of example. For the same components are used uniform reference numerals.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Kolbenrings und 1 a partial longitudinal section through a first embodiment of a piston ring and

2 einen teilweisen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Kolbenrings. 2 a partial longitudinal section through a second embodiment of a piston ring.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Kolbenrings 1 eines erfindungsgemäßen Kolbens, umfassend eine Innenfläche 10, eine dieser gegenüberliegende Außenfläche 12, sowie die Seitenflächen 13, 14. Der Kolbenring 1 wird in eine Kolbenringnut eines nicht dargestellten Kolbens derart eingesetzt, dass die Innenfläche 10 dem Nutgrund zugewandt ist. Mittels des dargestellten Kolbenrings ist ein Spalt zwischen dem nicht dargestellten Kolben und einer ebenfalls nicht dargestellten Wand eines Zylinders schließbar, wobei die Außenfläche 12 des Kolbenrings 1 an der Zylinderwand anliegt. Der Kolbenring 1 dient dabei zur Dichtung des Verbrennungsraums gegenüber dem Kurbelgehäuse. 1 shows a partial longitudinal section through a first embodiment of a piston ring 1 a piston according to the invention comprising an inner surface 10 , one of these opposite outer surface 12 , as well as the side surfaces 13 . 14 , The piston ring 1 is inserted into a piston ring groove of a piston, not shown, such that the inner surface 10 faces the groove bottom. By means of the illustrated piston ring, a gap between the piston, not shown, and a likewise not shown wall of a cylinder can be closed, wherein the outer surface 12 of the piston ring 1 abuts the cylinder wall. The piston ring 1 serves to seal the combustion chamber with respect to the crankcase.

In den Kolbenringnuten bilden sich aufgrund der heißen Brenngase sowie der hohen Temperaturen Ablagerungen aus Verbrennungsrückständen sowie überhitztem Öl, sog. Ölkohle. Die Ablagerung wirkt sich dabei negativ auf eine Bewegbarkeit des Kolbenrings aus.In the Kolbenringnuten form due to the hot combustion gases and the high Temperatures Deposits from incineration residues as well as overheated oil, so-called oil carbon. The deposit works thereby negatively on a mobility of the piston ring.

Erfindungsgemäß sind daher Innenwinkel 3, 4 an den Seitenflächen 13 und 14 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform sind an jeder Seitenfläche 13, 14 zwei Innenwinkel 3, 4 ausgebildet, wobei die Innenwinkel symmetrisch bezüglich der Radialrichtung des, Kolbenrings angeordnet sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass an einer oder beiden Seitenflächen 13, 14 nur ein Innenwinkel 3, 4 oder mehr als zwei Innenwinkel vorgesehen sind. Es ist weiter denkbar, die Innenwinkel 3, 4 asymmetrisch anzuordnen.Internal angles are therefore according to the invention 3 . 4 on the side surfaces 13 and 14 educated. In the illustrated embodiment, on each side surface 13 . 14 two interior angles 3 . 4 formed, wherein the inner angle are arranged symmetrically with respect to the radial direction of the piston ring. However, it is also conceivable that on one or both side surfaces 13 . 14 only an interior angle 3 . 4 or more than two internal angles are provided. It is further conceivable, the interior angle 3 . 4 to be arranged asymmetrically.

Durch eine Twistbewegung des Kolbenrings 1 in den verschiedenen Belastungszuständen des Kolbens und der daraus resultierenden Relativbewegung der Innenwinkel zu einer nicht dargestellten Kolbenringnut, werden Ablagerungen an der Kolbenringnut abgekratzt. Dadurch wird ein übermäßiger Aufbau an Ablagerungen, beispielsweise an Verbrennungsrückständen, in der Kolbenringnut vermieden. Damit bleibt auch eine Beweglichkeit des Kolbenrings gegeben.By a twist movement of the piston ring 1 In the various load conditions of the piston and the resulting relative movement of the inner angle to a piston ring groove, not shown, deposits are scraped off at the Kolbenringnut. As a result, an excessive build-up of deposits, for example combustion residues, in the piston ring groove is avoided. This also gives a mobility of the piston ring is given.

Aufgrund der Innenwinkel 3, 4 an den Seitenflächen 13, 14 können Radien im Nutgrund des nicht dargestellten Kolbens größer ausgebildet werden, als dies bei einem herkömmlichen Kolbenring möglich ist. Dies führt zu einer Verringerung des Gasvolumens hinter dem Kolbenring sowie zu einer Festigkeitssteigerung der Stege am Kolben aufgrund einer geringeren Kerbwirkung.Due to the interior angle 3 . 4 on the side surfaces 13 . 14 Radii in the groove bottom of the piston, not shown, can be made larger than is possible in a conventional piston ring. This leads to a reduction of the gas volume behind the piston ring and to an increase in the strength of the webs on the piston due to a lower notch effect.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Kolbenrings 1' eines erfindungsgemäßen Kolbens. Die Seitenflächen 13', 14' bilden dabei einen Flankenwinkel α mit der Radialrichtung des Kolbenrings 1'. Der Flankenwinkel liegt im Bereich 1° < α < 20°, vorzugsweise im Bereich 3° < α < 8°. 2 shows a second embodiment of a piston ring 1' a piston according to the invention. The side surfaces 13 ' . 14 ' form a flank angle α with the radial direction of the piston ring 1' , The flank angle is in the range 1 ° <α <20 °, preferably in the range 3 ° <α <8 °.

Sowohl bei dem Kolbenring 1 gemäß 1 als auch bei dem Kolbenring 1' gemäß 2 können die Innenwinkel 3, 4 einfach und damit kostengünstig nachträglich, beispielsweise nach dem Ausformen eines Kolbenring-Rohlings, in den Kolbenring 1, 1' eingearbeitet werden.Both at the piston ring 1 according to 1 as well as the piston ring 1' according to 2 can the interior angles 3 . 4 simply and thus economically subsequently, for example, after the molding of a piston ring blank in the piston ring 1 . 1' be incorporated.

Die Schenkel der Innenwinkel 3, 4 und/oder die Innenfläche des Kolbenrings 1, 1' können gehärtet und/oder aufgeraut werden, beispielsweise durch eine Laserstrukturierung und/oder eine mechanische Nachbearbeitung. Dadurch lässt sich ein Abkratzen der Ablagerungen weiter verbessern.The thighs of the interior angles 3 . 4 and / or the inner surface of the piston ring 1 . 1' can be hardened and / or roughened, for example by laser structuring and / or mechanical post-processing. As a result, a scraping of the deposits can be further improved.

Claims (7)

Kolben eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Kolbenringnut, in der ein Kolbenring umfassend eine der Kolbenringnut zugewandte Innenfläche (10) und eine dieser gegenüberliegende Außenfläche (12) sowie zwei Seitenflächen (13, 13', 14, 14') angeordnet ist, wobei die Höhe (HA) des Kolbenrings (1, 1') an der Außenfläche (12) größer als die Höhe (HI) des Kolbenrings (1, 1') an der Innenfläche (10) ist, wobei an mindestens einer ersten Seitenfläche (13, 13', 14, 14') mindestens zwei Innenwinkel (3, 4) ausgebildet sind, und dass mindestens ein Innenwinkel (3, 4) einen ersten Schenkel, der bezüglich der Rotations-Achsrichtung einen Winkel von ±20° bildet, und einen zweiten Schenkel aufweist, der bezüglich der Radialrichtung des Kolbenrings (1, 1') einen Winkel von ±20° bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring in der Kolbenringnut derart beweglich angeordnet ist, dass infolge einer Twistbewegung des Kolbenrings Kanten an der Seitenfläche des Kolbenrings Ablagerungen an der Kolbenringnut abschaben.Piston of an internal combustion engine having at least one piston ring groove in which a piston ring comprising an inner surface facing the piston ring groove (US Pat. 10 ) and one of these opposite outer surface ( 12 ) as well as two side surfaces ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ), wherein the height (H A ) of the piston ring ( 1 . 1' ) on the outer surface ( 12 ) greater than the height (H I ) of the piston ring ( 1 . 1' ) on the inner surface ( 10 ), wherein at least one first side surface ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ) at least two internal angles ( 3 . 4 ) are formed, and that at least one inner angle ( 3 . 4 ) has a first leg which forms an angle of ± 20 ° with respect to the rotational axis direction, and has a second leg which, with respect to the radial direction of the piston ring (FIG. 1 . 1' ) forms an angle of ± 20 °, characterized in that the piston ring is arranged so movable in the piston ring groove that scrape deposits on the piston ring groove due to a twist movement of the piston ring edges on the side surface of the piston ring. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer zweiten Seitenfläche (13, 13', 14, 14') mindestens ein Innenwinkel (3, 4) ausgebildet ist.Piston according to claim 1, characterized in that on a second side surface ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ) at least one interior angle ( 3 . 4 ) is trained. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Seitenfläche (13, 13', 14, 14') einen spitzen Flankenwinkel, bevorzugt 1° bis 20° mit der Radialrichtung des Kolbenrings (1, 1') bildet.Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the first and / or the second side surface ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ) a sharp flank angle, preferably 1 ° to 20 ° with the radial direction of the piston ring ( 1 . 1' ). Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Innenwinkel (3, 4) der ersten Seitenfläche (13, 13', 14, 14') zu einem Innenwinkel (3, 4) der zweiten Seitenfläche (13, 13', 14, 14') symmetrisch ist.Piston according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one inner angle ( 3 . 4 ) of the first side surface ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ) to an interior angle ( 3 . 4 ) of the second side surface ( 13 . 13 ' . 14 . 14 ' ) is symmetrical. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schenkel eines Innenwinkels (3, 4) gehärtet, aufgerauht und/oder strukturiert, insbesondere laserstrukturiert ist.Piston according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one leg of an internal angle ( 3 . 4 ), roughened and / or structured, in particular laser-structured. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel bezüglich der Rotations-Achsrichtung einen Winkel von ±10° und insbesondere ±5° bildet.Piston according to one of claims 1 to 5, characterized that the first leg with respect the rotational axis direction forms an angle of ± 10 ° and in particular ± 5 °. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schenkel bezüglich der Radialrichtung des Kolbenrings (1, 1') einen Winkel von ±10° und insbesondere ±5° bildet.Piston according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second leg with respect to the radial direction of the piston ring ( 1 . 1' ) forms an angle of ± 10 ° and in particular ± 5 °.
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