DE102015008469A1 - piston oil control ring - Google Patents

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    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail
    • F16J9/066—Spring expander from sheet metal
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Abstract

Mehrteiliger Ölabstreifkolbenring für eine Brennkraftmaschine, beinhaltend ein in radialer Richtung spannendes, umlaufend ausgebildetes Federelement, das mit mindestens einem obere und untere Flankenflächen aufweisenden Lamellenring in Wirkverbindung steht, wobei der Lamellenring an am Innenumfang des Federelements vorgesehenen Stützkörpern anliegt, wobei der Lamellenring, in Umfangsrichtung gesehen, zur Bildung radialer Durchtrittsöffnungen, mit einem etwa wellenförmig ausgebildeten Profil versehen ist.Multi-piece Ölabstreifkolbenring for an internal combustion engine, including a thrilling in the radial direction, circumferentially formed spring element, which is operatively connected to at least one upper and lower flank surfaces having lamellar ring, wherein the lamella rests against provided on the inner periphery of the spring element supporting bodies, wherein the lamellar ring, seen in the circumferential direction , For forming radial passage openings, is provided with an approximately wave-shaped profile.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Ölabstreifkolbenring gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a multi-part Ölabstreifkolbenring according to generic part of the first claim.

Zum Abstreifen und zur Dosierung des Schmieröls eines Verbrennungsmotors sind verschiedene Ausführungen von Kolbenringen bekannt. Weit verbreitet sind so genannte mehrteilige Ringe, die aus einer Feder und mindestens einem Stahlbandring bestehen. Die Stahlbandringe, auch Rails genannt, werden von der Feder zum einen auf einem der gewünschten Systembauhöhe entsprechenden Abstand gehalten und zum anderen an die Zylinderwand angepresst um das Öl abzustreifen.For stripping and dosing of the lubricating oil of an internal combustion engine various designs of piston rings are known. Widely used are so-called multi-part rings, which consist of a spring and at least one steel band ring. The steel band rings, also called rails, are held by the spring on the one hand at a desired system height corresponding distance and pressed against the other to the cylinder wall to strip the oil.

Die DE 25 57 721 B1 offenbart einen axial und radial spannenden Spreizfederring für Ölabstreifkolbenringe, bestehend aus einem durch Wellungen und/oder Einschnitte in Umfangsrichtung federnd gemachten, sich mit beiden Stoßenden gegeneinander abstützenden profilierten Metallband, welches im Bereich einer Flanke axiale und radiale Tragflächen zur Aufnahme mindestens eines bandförmigen Abstreifrings aufweist. Nahe der anderen Flanke sind am Ringumfang verteilt mehrere, radial nach außen hervortretende, im Einbauzustand an der Zylinderwand anliegende und durch größere Spülkanäle voneinander getrennte, Vorsprünge vorgesehen.The DE 25 57 721 B1 discloses an axially and radially exciting Spreizfederring for Ölabstreifkolbenringe, consisting of a corrugations and / or incisions in the circumferential direction resiliently profiled with both butt ends profiled metal strip which has in the region of an edge axial and radial wings for receiving at least one band-shaped stripper ring. Near the other flank are distributed on the circumference of several, radially outwardly projecting, applied in the installed state on the cylinder wall and separated by larger flushing channels, projections provided.

Der DE 38 14 769 A1 ist ein Kolbenring zu entnehmen mit zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordneten Stahlbandringen, zwischen denen ein vorgespannter Ölabstreifring angeordnet ist sowie mit einer, die beiden Stahlbandringe radial gegen die Innenwand eines Zylinders eines Verbrennungsmotors pressenden Expanderfeder.Of the DE 38 14 769 A1 is to remove a piston ring with two parallel and spaced-apart steel band rings, between which a prestressed Ölabstreifring is arranged and with a, the two steel band rings radially pressing against the inner wall of a cylinder of an internal combustion engine Expanderfeder.

Bei hohen Tangentialkräften der Feder eines mehrteiligen Ölabstreifsystems und geringen axialen Nutspielen im Kolben werden die Stahlbandringe axial mit deutlichen Kräften an die zugehörigen Nutflanken des Kolbens angedrückt. Dieser Effekt wirkt durchaus positiv, um ein Umströmen des Ringsystems mit Schmieröl im Schub-Zug-Betrieb und damit den Ölverbrauch unter diesen speziellen Randbedingungen zu minimieren. Wird jedoch diese axiale Anpresskraft zu hoch, sei es durch sehr hohe Federkräfte, große Stützfüßchenwinkel oder extrem kleine axiale Nutspiele, besteht die Gefahr, dass der obere an die obere Kolbennutflanke angepresste Stahlbandring das System gegen Gasfluss abdichtet. In der Folge können darauf unterschiedliche negative Randerscheinungen auftreten. Beobachtet werden starke Verkokung des oberen Kolbenbereichs oder Ringbrüche der oberen Kolbenringe durch eine gestörte Ringdynamik.At high tangential forces of the spring of a multi-part Ölabstreifsystems and low axial groove play in the piston, the steel band rings are pressed axially with significant forces on the associated groove flanks of the piston. This effect has a positive effect in order to minimize flow around the ring system with lubricating oil in push-pull operation and thus to minimize oil consumption under these special boundary conditions. However, if this axial contact force is too high, either by very high spring forces, large Stützfüßchenwinkel or extremely small axial Nutspiele, there is a risk that the upper pressed against the upper Kolbennutflanke steel band ring seals the system against gas flow. As a result, different negative marginal phenomena may occur. Strong coking of the upper piston area or ring fractures of the upper piston rings are observed by a disturbed ring dynamics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach bauenden mehrteiligen Ölabstreifkolbenring bereitzustellen, der die vorab angeführten Nachteile nicht mehr aufweist.The invention has for its object to provide a simple-building multi-piece Ölabstreifkolbenring, which no longer has the disadvantages mentioned above.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ölabstreifkolbenring lamellenseitig, in Umfangsrichtung gesehen, zur Bildung radialer Durchtrittsöffnungen, mit einem etwa wellenförmig ausgebildeten Profil versehen ist.The object is achieved in that the Ölabstreifkolbenring lamella side, seen in the circumferential direction, is provided to form radial passage openings, with an approximately wave-shaped profile.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the subject invention can be found in the dependent claims.

Der jeweils zum Einsatz gelangende profilierte Lamellenring kann mit folgenden technischen Parametern, einzeln oder in Kombination, ausgestattet werden:

  • – der Lamellenring weist, in Umfangsrichtung gesehen, ein gleichmäßig verlaufendes Wellenprofil auf;
  • – der Lamellenring weist, in Umfangsrichtung gesehen, ein ungleichmäßig verlaufendes Wellenprofil auf;
  • – die axiale Höhe der durch das Wellenprofil gebildeten Durchtrittsöffnungen ist, in Umfangsrichtung gesehen, gleichmäßig ausgebildet;
  • – die axiale Höhe der durch das Wellenprofil gebildeten Durchtrittsöffnungen ist, in Umfangsrichtung gesehen, ungleichmäßig ausgebildet; die axiale Höhe der Durchtrittsöffnungen ist < 0,1 mm.
The profiled laminar ring used in each case can be equipped with the following technical parameters, individually or in combination:
  • - The blade ring has, seen in the circumferential direction, a uniformly extending wave profile;
  • - The blade ring has, seen in the circumferential direction, an irregularly extending wave profile;
  • - The axial height of the passage openings formed by the wave profile, seen in the circumferential direction, uniformly formed;
  • - The axial height of the passage openings formed by the wave profile, seen in the circumferential direction, formed unevenly; the axial height of the openings is <0.1 mm.

Vorgeschlagen wird somit ein mehrteiliger Ölabstreifkolbenring, beinhaltend mindestens einen Stahlbandring (Lamellenring), der axial durch eine Wellenform an der Flanke, bei Anlage an der oberen Kolbennutflanke, partiell ein Spiel lässt, durch das ein ausreichender Gasfluss hinter das Ringsystem möglich ist. Im weiteren Verlauf kann das Gas dann durch die Ölablaufbohrungen in der zugehörigen Kolbennut nach unten in den Kurbelraum entweichen. Dadurch wird der Druck im Gesamtsystem reduziert, wobei gleichzeitig auch die Axialbewegung der Kolbenringe stabilisiert wird.Thus, a multi-part Ölabstreifkolbenring is proposed, including at least one steel band ring (lamellar ring), the axially by a waveform on the flank, when resting against the upper Kolbennutflanke, partially a game through which a sufficient gas flow behind the ring system is possible. In the course of the gas can then escape through the oil drain holes in the associated piston groove down into the crankcase. As a result, the pressure in the entire system is reduced, at the same time the axial movement of the piston rings is stabilized.

Der Lamellenring kann bedarfsweise wie folgt hergestellt werden:
Auf einer Kolbenringwickelmaschine wird ein gerades Band vor Einlaufen in radiale Biegerollen durch zusätzliche Rollenpaare axial in eine Weile verformt. Die Wellenlänge wird entsprechend des Durchmessers des zum Einsatz gelangenden Lamellenrings eingestellt. Die Amplitude kann in gewissen Grenzen an den einzelnen Anwendungsfall mit den dort herrschenden Kräften und Drücken angepasst werden, sollte sich in der Regel in einer Größenordnung von 5 bis 30 μm bewegen.The lamellar ring can be manufactured as required as follows:
On a piston ring winding machine, a straight band is deformed axially in a while before entering radial bending rollers by additional pairs of rollers. The wavelength is adjusted according to the diameter of the used lamellar ring. The amplitude can be adjusted within certain limits to the individual application with the forces and pressures prevailing there, should generally move in the order of 5 to 30 microns.

Die Formgebung des Lamellenrings erfolgt vorteilhafterweise in einem kontinuierlichen Umformprozess. The shaping of the laminar ring is advantageously carried out in a continuous forming process.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ist der Lamellenring zumindest im Bereich seiner einer Gegenfläche zugewandten Lauffläche beschichtet. Ebenfalls denkbar ist, sämtliche Flächen des Lamellenrings zu nitrieren. Alternativ kann auf die Nitrierschicht zumindest laufflächenseitig noch eine verschleißfeste Schicht aufgebracht werden. Neben Chromschichten bieten sich hier beispielsweise PVD- oder CVD-Schichten an.According to a further aspect of the invention, the lamellar ring is coated at least in the region of its tread facing a mating surface. It is also conceivable to nitride all surfaces of the laminated ring. Alternatively, a wear-resistant layer can be applied to the nitriding layer at least on the tread side. In addition to chrome layers, PVD or CVD layers can be used here, for example.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das Federelement zumindest teilweise zu nitrieren.In addition, it is also possible to nitride the spring element at least partially.

Der erfindungsgemäße Lamellenring kann wahlweise oben und unten auf das Federelement aufgesetzt werden, vornehmlich jedoch nur oben, da hier die kritische Position, bezogen auf den Brennraum, zu sehen ist.The laminar ring according to the invention can optionally be placed on top and bottom of the spring element, but primarily only above, as here the critical position, based on the combustion chamber, can be seen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:The subject invention is illustrated by means of an embodiment in the drawing and will be described as follows. Show it:

1 Prinzipskizze eines Ölabstreifkolbenrings; 1 Schematic diagram of a Ölabstreifkolbenrings;

2 Teilseitenansicht des Ölabstreifkolbenrings gemäß 1. 2 Partial view of the oil control piston ring according to 1 ,

1 zeigt als Prinzipskizze einen nur angedeuteten Kolben 1, beinhaltend eine Kolbennut 2, die zur Aufnahme eines Ölabstreifkolbenrings 3 vorgesehen ist. Die Kolbennut 2 beinhaltet eine obere Nutflanke 4, eine untere Nutflanke 5 sowie einen Nutgrund 6. Lediglich angedeutet ist eine Ölablaufbohrung 7, die in Richtung eines nicht weiter dargestellten Kurbelraums verläuft. Mit dem Buchstaben B ist der Brennraum einer ebenfalls nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine angesprochen. 1 shows as a schematic diagram of an only indicated piston 1 including a piston groove 2 for receiving an oil control piston ring 3 is provided. The piston groove 2 includes an upper groove flank 4 , a lower groove flank 5 as well as a groove bottom 6 , Only indicated is an oil drain hole 7 , which extends in the direction of a crank chamber, not shown. With the letter B, the combustion chamber of an internal combustion engine, also not shown, is addressed.

Der Ölabstreifkolbenring 3 wird gebildet durch ein radial nach außen spannendes Federelement 8 (Radialkraft F), das mit zwei Lamellenringen 9, 10 in Wirkverbindung steht. Am Innenumfang stützt sich der jeweilige Lamellenring 9, 10 an am Federelement 8 angeformten Stützkörpern 8', 8'' ab. Während der Lamellenring 10 mit planparallelen Ringflanken 11, 12 versehen ist, weist der Lamellenring 9 eine zum Brennraum B gerichtete Querschnittsveränderung 13 auf, die in 2 näher erläutert wird. Die einer nicht dargestellten Gegenfläche zugewandten Laufflächen 9', 10' der Lamellenringe 9, 10 können bedarfsweise nitriert und/oder beschichtet sein.The oil control piston ring 3 is formed by a radially outwardly exciting spring element 8th (Radial force F), with two lamellar rings 9 . 10 is in active connection. On the inner circumference of the respective lamellar ring is supported 9 . 10 on the spring element 8th molded support bodies 8th' . 8th'' from. While the lamellar ring 10 with plane-parallel ring flanks 11 . 12 is provided, the lamellar ring has 9 a directed to the combustion chamber B cross-sectional change 13 on that in 2 is explained in more detail. The one non-illustrated counter surface facing treads 9 ' . 10 ' the lamellar rings 9 . 10 may, if necessary, be nitrided and / or coated.

Bedingt durch diese Querschnittsveränderung werden, in Umfangsrichtung des Lamellenrings 9 gesehen, radial verlaufende Spalte zwischen der oberen Ringflanke 14 des Lamellenrings 9 und der Nutflanke 4 gebildet, durch welche aus dem Brennraum B austretendes Gas radial hinter den Ölabstreifkolbenring 3 gelangen kann. Im weiteren Strömungsverlauf kann das Gas dann durch die angedeutete Ölablaufbohrung 7 in der Kolbennut 2 nach unten in einen sich anschließenden Kurbelraum entweichen. Der Gasfluss vom Brennraum B in Richtung der Ölablaufbohrung 7 ist hierbei durch Pfeile angedeutet.Due to this change in cross section, in the circumferential direction of the disk ring 9 seen, radial gap between the upper ring edge 14 of the lamellar ring 9 and the groove flank 4 formed, through which from the combustion chamber B escaping gas radially behind the Ölabstreifkolbenring 3 can get. In the further flow, the gas can then through the indicated oil drain hole 7 in the piston groove 2 escape down into an adjoining crankcase. The gas flow from the combustion chamber B in the direction of the oil drain hole 7 is indicated by arrows.

2 zeigt eine partielle Seitenansicht der 1. Erkennbar ist das Federelement 8 sowie die Lamellen 9, 10, die obere Kolbennut 4 sowie die untere Kolbennut 5. Am Federelement 8 sind die Stützkörper 8', 8'' angeformt, an denen sich die jeweilige Lamelle 9, 10 radial abstützt. 2 shows a partial side view of 1 , Visible is the spring element 8th as well as the slats 9 . 10 , the upper piston groove 4 and the lower piston groove 5 , At the spring element 8th are the supporting bodies 8th' . 8th'' molded, in which the respective lamella 9 . 10 radially supported.

Wie bereits in 1 angedeutet, ist auch in 2 erkennbar, dass der untere Lamellenring 10 mit planparallel zur Nutflanke 5 verlaufenden Ringflanken 11, 12 versehen ist. Bei dem Lamellenring 9 ist die angedeutete Querschnittsveränderung 13 erkennbar, die in diesem Beispiel durch ein, in Umfangsrichtung gesehen, gleichmäßig verlaufendes Wellenprofil gebildet ist. Durch dieses Wellenprofil werden in radialer Richtung Durchtrittsöffnungen 15 vorgebbarer axialer Höhe h, bspw. 0,06 mm, gebildet. Die Wellenberge 16 des Wellenprofils bilden Kontaktbereiche 17, die an der gegenüberliegenden oberen Nutflanke 4 im Einbauzustand anliegen. Wie bereits in der Beschreibung dargelegt, kann das Profil 13 mit unterschiedlichen Konturen in Umfangsrichtung ausgebildet werden, wobei auch unterschiedliche Höhen h in Umfangsrichtung denkbar sind.As already in 1 implied, is also in 2 recognizable that the lower lamellar ring 10 with plane parallel to the groove flank 5 extending ring flanks 11 . 12 is provided. In the lamellar ring 9 is the indicated cross-sectional change 13 recognizable, which is formed in this example by a, seen in the circumferential direction, uniformly extending wave profile. Through this wave profile openings are in the radial direction 15 predeterminable axial height h, for example. 0.06 mm formed. The wave mountains 16 of the wave profile form contact areas 17 at the opposite upper groove flank 4 in the installed state. As already stated in the description, the profile 13 be formed with different contours in the circumferential direction, with different heights h in the circumferential direction are conceivable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 2557721 B1 [0003] DE 2557721 B1 [0003]
  • DE 3814769 A1 [0004] DE 3814769 A1 [0004]

Claims (12)

Mehrteiliger Ölabstreifkolbenring für eine Brennkraftmaschine, beinhaltend ein in radialer Richtung spannendes, umlaufend ausgebildetes Federelement (8), das mit mindestens einem, eine obere (11, 14) und untere Flankenfläche (12) aufweisenden, Lamellenring (9, 10) in Wirkverbindung steht, wobei der Lamellenring (9, 10) an am Innenumfang des Federelements (8) vorgesehenen Stützkörpern (8', 8'') anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9), in Umfangsrichtung gesehen, zur Bildung radialer Durchtrittsöffnungen (15), mit einem etwa wellenförmig ausgebildeten Profil (13) versehen ist.Multi-part piston oil control piston ring for an internal combustion engine, comprising a spring element which is exciting in the radial direction and has a circumferential design ( 8th ) with at least one, an upper ( 11 . 14 ) and lower flank surface ( 12 ), lamellar ring ( 9 . 10 ) is in operative connection, wherein the lamellar ring ( 9 . 10 ) on the inner circumference of the spring element ( 8th ) supporting bodies ( 8th' . 8th'' ) is applied, characterized in that the lamellar ring ( 9 ), seen in the circumferential direction, to form radial passage openings ( 15 ), with an approximately wave-shaped profile ( 13 ) is provided. Ölabstreifkolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9) mit einem, in Umfangsrichtung gleichmäßig verlaufenden Wellenprofil (13) versehen ist.Oil scraper piston ring according to claim 1, characterized in that the laminar ring ( 9 ) with a uniformly circumferentially extending wave profile ( 13 ) is provided. Ölabstreifkolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9) mit einem, in Umfangsrichtung ungleichmäßig verlaufenden Wellenprofil (13) versehen ist.Oil scraper piston ring according to claim 1, characterized in that the laminar ring ( 9 ) with a non-uniformly extending in the circumferential direction wave profile ( 13 ) is provided. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe (h) der Durchtrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgebildet ist.Ölabstreifkolbenring according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial height (h) of the passage openings ( 15 ) is formed uniformly in the circumferential direction. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe (h) der Durchtrittsöffnungen (15) in Umfangsrichtung ungleichmäßig ausgebildet ist.Ölabstreifkolbenring according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial height (h) of the passage openings ( 15 ) is formed unevenly in the circumferential direction. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe (h) der Durchtrittsöffnungen (15) < 0,1 mm beträgt.Ölabstreifkolbenring according to one of claims 1 to 5, characterized in that the axial height (h) of the passage openings ( 15 ) <0.1 mm. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9) im oberen, dem Brennraum (B) der Brennkraftmaschine zugewandten, Abschnitt des Federelements (8) angeordnet ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 6, characterized in that the laminar ring ( 9 ) in the upper, the combustion chamber (B) of the internal combustion engine facing, portion of the spring element ( 8th ) is arranged. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Profil (13) durch mechanische Formgebung erzeugbar ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 7, wherein the profile ( 13 ) can be generated by mechanical shaping. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9, 10) zumindest im Bereich seiner Lauffläche beschichtet ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 8, characterized in that the laminar ring ( 9 . 10 ) is coated at least in the region of its tread. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9, 10) im Bereich sämtlicher seiner Flächen nitriert ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 9, characterized in that the laminar ring ( 9 . 10 ) is nitrided in the area of all its surfaces. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenring (9, 10) im Bereich sämtlicher seiner Flächen nitriert und zumindest laufflächenseitig mit einer verschleißfesten Schicht versehen ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 10, characterized in that the laminar ring ( 9 . 10 ) is nitrided in the area of all its surfaces and at least provided on the tread side with a wear-resistant layer. Ölabstreifkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) zumindest im Bereich seiner dem Lamellenring (9, 10) zugewandten Flächen nitriert ist.Oil scraper piston ring according to one of claims 1 to 11, characterized in that the spring element ( 8th ) at least in the region of its lamellar ring ( 9 . 10 ) facing surfaces is nitrided.
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R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final