DE102007029992A1 - piston ring - Google Patents
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- F16J9/14—Joint-closures
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring (10, 20) für einen Kolben eines Verbrennungsmotors mit einem Ringkörper (11, 21), mit einem Ringstoß (14, 24) bildenden Stoßenden (15, 16; 25, 26) sowie einer den Ringaußendurchmesser bestimmenden Ringlauffläche (12, 22) und einer den Ringinnendurchmesser bestimmenden Ringinnenfläche (13, 23). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass am Ringkörper (11, 21) im Bereich jedes Stoßendes (15, 16; 25, 26) jeweils ein Abschnitt (17, 18; 27, 28) aus einem vom Werkstoff des Ringkörpers (11, 21) verschiedenen Werkstoff vorgesehen ist und dass der Werkstoff der Abschnitte (17, 18; 27, 28) einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Ringkörpers (11, 21).The present invention relates to a piston ring (10, 20) for a piston of an internal combustion engine with an annular body (11, 21), with a shock absorber (15, 16, 25, 26) forming a ring joint (14, 24) and a ring running surface defining the ring outer diameter (12, 22) and a ring inner diameter defining ring inner surface (13, 23). According to the invention, a portion (17, 18; 27, 28) of a material different from the material of the ring body (11, 21) is in each case provided on the ring body (11, 21) in the area of each butt end (15, 16; 25, 26) is provided and that the material of the sections (17, 18, 27, 28) has a lower coefficient of thermal expansion than the material of the annular body (11, 21).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring für einen Kolben eines Verbrennungsmotors mit einem Ringkörper, mit einen Ringstoß bildenden Stoßenden sowie einer den Ringaußendurchmesser bestimmenden Ringlauffläche und einer den Ringinnendurchmesser bestimmenden Ringinnenfläche sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbenrings.The The present invention relates to a piston ring for a Piston of an internal combustion engine with a ring body, with a butt joint forming butt ends and a the Ringaußendurchmesser determining ring tread and a ring inner diameter determining ring inner surface and a method for producing such a piston ring.
Ein gattungsgemäßer Kolbenring hat den Zweck, in einem Verbrennungsmotor den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse abzudichten und zugleich die während des Betriebs im Brennraum entstehende Wärme über seine Lauffläche vom Kolben zum Zylinder abzuleiten. Um diese Aufgabe zu erfüllen, muss der Kolbenring während der Kolbenbewegung dicht an der Zylinderwand anliegen. Nun sind insbesondere die vom Ringstoß ausgehenden Stoßenden eines Kolbenrings von einer hohen Wärmebelastung betroffen, was infolge der im Kolbenring auftretenden inneren Spannungen zu einem erhöhten Radialdruck auf die Stoßenden führt. Diese erhöhte Punktkraft im Bereich der Stoßenden bewirkt eine erhöhte Anpresskraft und damit Verschleiß der Lauffläche an den Stossenden sowie ggf. in benachbarten Bereichen ein Nachlassen des Radialdrucks, was zu nicht gewollten Undichtigkeiten zwischen der Ringlauffläche und der Zylinderwand führen kann.One generic piston ring has the purpose in one Internal combustion engine the combustion chamber against the crankcase seal and at the same time during operation in the combustion chamber resulting heat over his tread to divert from the piston to the cylinder. To accomplish this task, the piston ring must be tight during piston movement abut the cylinder wall. Now, in particular, those emanating from the ring bump Butt ends of a piston ring from a high heat load affected, due to the internal stresses occurring in the piston ring to an increased radial pressure on the butt ends leads. This increased point force in the area of Butt ends cause increased contact pressure and thus wear of the tread at the butt ends as well as possibly in neighboring areas a decrease in the radial pressure, resulting in unwanted leaks between the ring tread and the cylinder wall can lead.
Um
diesem Mangel zu begegnen, ist bei bekannten Kolbenringen dieser
Art vorgeschlagen worden, die auftretenden unregelmäßigen
Radialdrücke durch eine bestimmte Formgebung des Kolbenrings, also
durch eine Schwächung oder Verstärkung seines
Querschnitts, insbesondere im Bereich des Ringstoßes, zu
unterdrücken. Bekannte Ausführungsformen dieser
Art sind in der deutschen Patentschrift
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolbenring so zu gestalten, dass während des Betriebs ein möglichst gleichmäßiger Radialdruck über den gesamten Umfang des Kolbenrings gegeben ist.Of the The invention is therefore based on the object, a generic Piston ring to be designed so that during operation as uniform as possible radial pressure the entire circumference of the piston ring is given.
Die Lösung besteht in einem Kolbenring mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass am Ringkörper im Bereich jedes Stoßendes jeweils ein Abschnitt aus einem vom Werkstoff des Ringkörpers verschiedenen Werkstoff vorgesehen ist, und dass der Werkstoff der Abschnitte einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Ringkörpers. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbenrings, bei dem der Kolbenring aus einem streifenförmigen Halbzeug rundgebogen wird, wobei der den Abschnitt bildende Werkstoff vor dem Rundbiegen des Kolbenrings auf das streifenförmige Halbzeug aufgebracht wird.The Solution consists in a piston ring with the features of Patent claim 1. According to the invention, that on the ring body in the area of each butt end in each case a section of one of the material of the annular body different material is provided, and that the material of the sections has a lower coefficient of thermal expansion as the material of the ring body. Subject of the present Invention is also a method for producing such a piston ring, in which the piston ring of a strip-shaped semifinished product is bent around, wherein the material forming the section before the round bending of the piston ring on the strip-shaped Semi-finished product is applied.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den von der hohen Wärmebelastung der Stoßenden herrührenden erhöhten Radialdruck auf die Stoßenden dadurch auszugleichen, dass in diesem Bereich Abschnitte aus einem separaten Werkstoff vorgesehen sind. Dieser Werkstoff unterscheidet sich von dem für den Ringkörper verwendeten Werkstoff durch seinen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Damit wird erreicht, dass die hohe Wärmebelastung im Bereich der Stoßenden nicht mehr wie bisher zu einem Aufweiten der Stoßenden in Richtung der Zylinderwand führt, sondern dass die Stoßenden im Wesentlichen in ihrer gewünschten Position verbleiben. Damit wird die im Stand der Technik beobachtete erhöhte Punktkraft im Bereich der Stoßenden im Wesentlichen vermieden, so dass auch der Radialdruck in benachbarten Bereichen des Kolbenrings nicht mehr nachlässt, sondern im Wesentlichen konstant bleibt. Damit kommt es auch nicht mehr zu erhöhtem Laufflächenverschleiß im Bereich der Stossenden oder zu Undichtigkeiten zwischen der Ringlauffläche und der Zylinderwand. Der erfindungsgemäße Kolbenring ist auch einfach herstellbar, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.Of the The basic idea of the present invention is therefore that of resulting from the high heat load of the butt ends increased radial pressure on the butt ends thereby compensate for that in this area sections from a separate Material are provided. This material is different from the material used for the ring body its smaller thermal expansion coefficient. This will be Achieved that the high heat load in the area of the butt ends no longer as before to an expansion of the butt ends leads in the direction of the cylinder wall, but that the butt ends essentially remain in their desired position. Thus, the increased observed in the prior art Point force in the area of the butt ends essentially avoided, so that also the radial pressure in adjacent areas of the piston ring no longer subsides, but essentially constant remains. This also no longer leads to increased tread wear in the Area of the butt ends or leaks between the ring tread and the cylinder wall. The piston ring according to the invention is also easy to prepare, in particular with the invention Method.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further developments emerge from the subclaims.
Die Form und Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgesehenen Abschnitte liegen im Belieben des Fachmanns, solange die erfindungsgemäße Wirkung erzielt wird. Die Abschnitte können sich bspw. zumindest teilweise über den gesamten Querschnitt jeweils eines Stoßendes des Kolbenrings erstrecken, sie können sich aber auch bspw. nur über einen der Ringinnenfläche zugewandten Teilquerschnitt eines Stoßendes des Kolbenrings erstrecken. Die Abschnitte können bspw. auch beim jeweiligen Stoßende beginnend sich stetig verringernde oder sich stufenförmig verringernde oder aber auch konstante Teilquerschnitte aufweisen. In vorteilhafter Weise können die Abschnitte 10% bis 100% der Abmessung der gesamten Ringbreite einnehmen.The Shape and design of the invention provided Sections are at the discretion of the skilled person, as long as the inventive Effect is achieved. The sections may, for example, at least partially over the entire cross section of each butt end extend the piston ring, but they can also bspw. only over one of the ring inner surface facing Partial cross section of a butt end of the piston ring extend. The sections can, for example, also at the respective butt end starting steadily decreasing or stepping have decreasing or even constant partial cross-sections. Advantageously, the sections can be 10% to 100% take the dimension of the entire ring width.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Abschnitte ausgehend vom jeweiligen Stoßende über einen Kreisbogen erstrecken, der einen Winkel von 15 bis 45 Grad einschließt. Eine derartige Größe ist in der Regel ausreichend, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen.A Another embodiment of the invention provides that the sections starting from the respective butt end over a circular arc extending, which includes an angle of 15 to 45 degrees. Such a size is usually sufficient to achieve the effect of the invention.
Als Werkstoffe für die Abschnitte kommen bspw. Chrom, Molybdän, Wolfram, Titan, Hartmetallwerkstoffe oder eine Invar-Legierung in Betracht, während der Ringkörper in der Regel aus Stahl oder Gusseisen hergestellt ist.As materials for the sections come For example, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, carbide materials or Invar alloy into consideration, while the ring body is usually made of steel or cast iron.
Die erfindungsgemäßen Abschnitte können abhängig von den im Einzelfall verwendeten Werkstoffen auf beliebige Weise mit dem Ringkörper verbunden sein, bspw. mittels Plasma- oder HVOF-Spritzen, Laserschweißen, galvanischen Auftrag, Kaltspritzen, Plattieren, Reibschweißen, Kleben, Löten, Gießen oder Verbundgießen.The sections according to the invention can be dependent of the materials used in individual cases in any way be connected to the ring body, for example by means of plasma or HVOF spraying, laser welding, electroplating, Cold spraying, cladding, friction welding, gluing, soldering, Casting or compound casting.
Schließlich kann in an sich bekannter Weise zumindest die Ringlauffläche des erfindungsgemäßen Kolbenrings mit einem Werkstoff hoher Abriebfestigkeit versehen sein. Beispiele hierfür sind Chrom, PVD-Überzüge, HVOF-Schichten oder dergl..After all can at least the ring tread in a conventional manner the piston ring according to the invention with a material be provided with high abrasion resistance. Examples of this are chrome, PVD coatings, HVOF layers or like ..
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:One Embodiment of the present invention is in Below with reference to the accompanying drawings closer explained. They show in a schematic, not to scale Presentation:
Die
Der
Kolbenring
Für
einen Ringkörper
Aus
Die
Der
Kolbenring
Für
einen Ringkörper
Aus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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