DE102010034870B4

DE102010034870B4 - Kolben-Kolbenringsystem

Info

Publication number: DE102010034870B4
Application number: DE102010034870.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Bärenreuter
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: DE102010034870A1

Abstract

Kolben-Kolbenringsystem, beinhaltend einen Kompressionskolbenring, der eine radial äußere Lauffläche (7), eine radial innere Umfangsfläche (8), dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen (9,10) sowie einen Stoß (13) aufweist, wobei innerhalb des Kolbenringquerschnitts mehrere, sich von der oberen (9) bis zur unteren Stirnfläche (10) durchgängig erstreckende als Bohrungen ausgebildete Ausnehmungen eingebracht sind, die so positioniert sind, dass sie im montierten Zustand des Kolbenrings (1) von einer, den Kolbenring (1) aufnehmenden Kolbennut (2) abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere Bohrungen (5) unterschiedlichen Durchmessers jeweils im ersten und vierten Quadranten (I, IV) des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß (13) zugewandten Bereich (14,15), angeordnet sind, dergestalt, dass sich der Durchmesser der Bohrungen (5) mit zunehmendem Abstand zum Stoß (13) verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Kolbenringsystem gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.
Die EP 1 431 631 A1 offenbart einen Kolbenring, beinhaltend eine radial äußere Lauffläche, eine radial innere Umfangsfläche sowie dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen, wobei ein an der oberen Stirnfläche anstehender Druck, insbesondere Verbrennungsgasdruck, axial in Richtung der unteren Stirnfläche abbaubar ist. Innerhalb des Kolbenringquerschnitts sind laufflächenseitig, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere sich von der oberen bis zur unteren Stirnfläche erstreckende Durchgangsbohrungen vorgebbaren Durchmessers eingebracht, die vorteilhafterweise unter einem vorgebbaren Neigungswinkel von der oberen in Richtung der unteren Stirnfläche verlaufen.
Der DE 100 41 803 A1 ist ein Ölabstreifkolbenring für Verbrennungskraftmaschinen zu entnehmen, mit mindestens einem an der Zylinderwand anliegenden Steg und mit über den Umfang verteilt angeordneten, die radiale Wandstärke reduzierenden Ausnehmungen, die von der Ringinnenseite sich radial in Richtung der äußeren Umfangsfläche erstrecken. Die Ausnehmungen sind durch ineinander übergehende unterschiedliche Konturen aufweisende Bereiche gebildet, wobei der ringinnenseitig vorgesehene Bereich eine geringere Schlitzfläche als der sich daran anschließende Bereich aufweist.
Durch die JP S63-176 873 A ist ein Kolbenring bekannt geworden, der einander überlappende Stoßenden aufweist. In Umfangsrichtung dieses Kolbenrings gesehen, sind gleichmäßig verteilt axial sich von der einen zur anderen Stirnfläche des Kolbenrings erstreckende Durchgangsbohrungen eingebracht.
In der US 4 359 229 A wird ein Kolbenring beschrieben, der über den Umfang gesehen, mit mehreren unterschiedlich ausgestalteten sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckenden Schlitzen unterschiedlicher geometrischer Kontur versehen ist.
Die JP H04-19951 U offenbart einen Kolbenring mit überlappenden Stoßendbereichen.
Im unteren Stoßendbereich ist mindestens eine Durchgangsbohrung eingebracht, die zumindest partiell vom oberen Stoßende überdeckt wird.
Bekanntermaßen neigen Kolbenringe (Kompressionsring oder Ring zweite Nut) dazu, im Motorbetrieb einen verstärkten Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich zu unterliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen verstärkten Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich des Kompressionskolbenrings durch Reduzierung der Anpresskraft im Motorbetrieb zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers jeweils im ersten und vierten Quadranten (I, IV) des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß zugewandten Bereich, angeordnet sind, dergestalt, dass sich der Durchmesser der Bohrungen mit zunehmendem Abstand zum Stoß verringert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch das reduzierte Flächenträgheitsmoment des Querschnitts verringert sich auch die Anpresskraft der Stoßenden, so dass der verstärkt auftretende Laufflächenverschleiß im stoßnahen Bereich nicht mehr gegeben ist.
Abweichend vom Stand der Technik sind die Ausnehmungen als Bohrungen ungleichen Durchmessers ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zur inneren Umfangsfläche verlaufen.
Mit dem Erfindungsgegenstand wird eine gezielte Schwächung der Wandstärke des Kolbenrings herbeigeführt, die insbesondere dann am wirkungsvollsten ist, wenn die Bohrungen in der Nähe der Randfaser, hier nahe zum Innendurchmesser des Kolbenrings, eingebracht werden.
Dadurch, dass die Bohrungen dergestalt zwischen der Lauffläche und der inneren Umfangsfläche des Kolbenrings positioniert sind, wird sichergestellt, dass kein erhöhtes Blowby entstehen kann.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, die Bohrungen, in Umfangsrichtung gesehen, mit gleichem oder ungleichem Abstand zueinander vorzusehen.
Von weiterem Vorteil ist, dass sich der Durchmesser der Bohrungen mit zunehmendem Abstand zum Stoß verringert.
Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, die Bohrungen beliebig am Umfang des Kolbenrings zu positionieren, um die Radialdruckverteilung am Ringumfang in beliebiger Art zu manipulieren. Hierbei ist natürlich darauf zu achten, dass das Biegemoment zum Ringrücken hin zunimmt, da die Gefahr des Ringbruchs nicht in Kauf genommen werden darf.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

1 Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystems mit einem Kompressionskolbenring, der in der Nut eines Kolbens eingesetzt ist;
2 Vergrößerte Darstellung des Kolbenrings gemäß 1;
3 Ausführungsform des Erfindungsgegenstands;
4 nicht erfindungsgemäße Ausführungsform

1 zeigt das erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystem 1, der in einer zugehörigen Nut 2 eines Kolbens 3 eingesetzt ist. Mit dem Pfeil ist der sich vom Brennraum B in Richtung des Ölraumes O ausbreitende Verbrennungsgasdruck angedeutet, der den Kolbenring 1 an die untere Flanke 4 der Kolbennut 2 anpresst. Erfindungsgemäß ist der Kolbenring 1 mit mehreren Durchgangsbohrungen 5 versehen, die von ihrer Lage her so angeordnet sind, dass sie, in radialer Richtung gesehen, innerhalb der umlaufenden Kante 6 der Kolbennut 2 im Kolbenring 1 eingebracht sind.
Der Gasdruck wird somit nicht in der Lage sein, unmittelbar durch die Bohrungen 5 in Richtung des Ölraumes O hindurchzutreten.
2 zeigt in vergrößerter Form den Kompressionskolbenring des erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringsystems 1, beinhaltend eine radial äußere Lauffläche 7, eine radial innere Umfangsfläche 8 sowie dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen 9,10. Das Bezugszeichen 11 betrifft die Mittellinie zwischen der Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8. Ebenfalls erkennbar ist eine der Durchgangsbohrungen 5, deren Mittellinie 12 parallel zur Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8 verläuft. Die Bohrung 5 ist hierbei innerhalb des Querschnitts des Kolbenrings so angeordnet, dass zur Lauffläche 7 eine größere Wandstärke a als zur inneren Umfangsfläche 8 verbleibt. Die Schwächung der Wandstärke durch Reduzierung des Flächenträgheitsmomentes ist hierbei am wirkungsvollsten, wenn die Bohrungen 5 in der Nähe der Randfaser, d.h. nahe zur inneren Umfangsfläche 8 des Kolbenrings, eingebracht werden. Die Bohrungen 5 haben unterschiedliche Durchmesser.
3 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, während 4 eine nicht erfindungsgemäße Abbildung ist. Der Kolbenring ist jeweils in der Draufsicht dargestellt. In dieser Darstellung ist auch der Stoß 13 des Kolbenrings erkennbar. In diesen Beispielen sind die Durchgangsbohrungen 5 jeweils im ersten und vierten Quadranten I,IV des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß 13 zugewandten Bereich 14,15, positioniert.
In 3 ist erkennbar, dass sich die Durchgangsbohrungen 5, ausgehend vom Stoß 13, in Umfangsrichtung vom Durchmesser her verringern, während in 4 Durchgangsbohrungen 5 gleichen Durchmessers vorgesehen sind. Insbesondere in 4 ist die Mittellinie 12 der Durchgangsbohrungen 5 erkennbar, die außerhalb der in 2 erkennbaren Mittellinie 11 zwischen der Lauffläche 7 und der inneren Umfangsfläche 8 angeordnet ist. Hier nicht näher dargestellt ist, dass die Bohrungen 5, in Umfangsrichtung gesehen, mit gleichem oder ungleichem Abstand zueinander positioniert werden können.

Claims

Kolben-Kolbenringsystem, beinhaltend einen Kompressionskolbenring, der eine radial äußere Lauffläche (7), eine radial innere Umfangsfläche (8), dazwischen verlaufende obere und untere Stirnflächen (9,10) sowie einen Stoß (13) aufweist, wobei innerhalb des Kolbenringquerschnitts mehrere, sich von der oberen (9) bis zur unteren Stirnfläche (10) durchgängig erstreckende als Bohrungen ausgebildete Ausnehmungen eingebracht sind, die so positioniert sind, dass sie im montierten Zustand des Kolbenrings (1) von einer, den Kolbenring (1) aufnehmenden Kolbennut (2) abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass, in Umfangsrichtung gesehen, mehrere Bohrungen (5) unterschiedlichen Durchmessers jeweils im ersten und vierten Quadranten (I, IV) des Kolbenrings, d.h. im dem Stoß (13) zugewandten Bereich (14,15), angeordnet sind, dergestalt, dass sich der Durchmesser der Bohrungen (5) mit zunehmendem Abstand zum Stoß (13) verringert.
Kolben-Kolbenringsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (5), in Umfangsrichtung gesehen, mit gleichem Abstand zueinander vorgesehen sind.
Kolben-Kolbenringsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (5) in Umfangsrichtung gesehen, mit ungleichem Abstand zueinander vorgesehen sind.