DE3420404C1 - Geschlitzter, drehbarer Kolbenring - Google Patents

Description

• Nachstehend sind mehrere Ausführungsbeispiele eines nach der Erfindung gestalteten Kolbenringes anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 in Perspektive einen Kolbenring gemäß einem erslen erfindungsgemäßen Formgebungsprinzip, F i g. 2 einen Schnitt durch den Kolbenring nach Ii i g. 1 gemäß der dort eingezeichneten Schnittlinie 11-11, F i g. i g. 3 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip geinäß Fig. 1 gehorchenden Kolbenring mit im Detail abweichender Form, I: i g. 4 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip gemäl3 Fig. 1 gehorchenden Kolbenring mit im Detail abweichender Fonn, Ii i g. 5 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 1 gehorchenden Kolbenring mit im Detail abweichender Form, F i g. 6 eine Draufsicht auf einen dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 1 gehorchenden Kolbenring, F i g. 7 in Perspektive einen, einem alternativen erfindungsgemäßen Formgebungsprinzip gehorchenden Kolben ring, F i g. 8 einen Schnitt durch den Kolbenring gemäß Fig.7 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie VIII-VIII, Fig. 9 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 7 gehorchenden, im Detail jedoch eine abweichendc Form aufweisenden Kolbenring, F i g. 10 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 7 gehorchenden, im Detail jedoch eine abweichende Form aufweisenden Kolbenring, Fig. 11 im Schnitt einen dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 7 gehorchenden, im Detail jedoch eine abweichende Form aufweisenden Kolbenring, F i g. 12 eine Draufsicht auf einen, dem Formgebungsprinzip gemäß F i g. 7 gehorchenden Kolbenring, Fig. 13 in Perspektive einen, einem weiteren alternativen erfindungsgemäßen Formgebungsprinzip gehorchenden Kolbenring, Fig. 14 einen Schnitt durch den Kolbenring gemäß Ii i g. 13 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie XIV-XIV, I:ig. 15 im Schnitt einen, dem Formgebungsprinzip gCl.iß Ii i g. 13 gehorchenden, im Detail aber abgewandcl e ol m aufweisenden Kolbenring, I:ig. 16 im Schnitt einen, dem Formgebungsprinzip gemäß Fig. 13 gehorchenden, im Detail jedoch abgewandelte Form aufweisenden Kolbenring, I:ig i g. 17 im Schnitt einen, dem Formgebungsprinzip gemäß Fig. 13 gehorchenden, im Detail jedoch eine abgewandelte Form aufweisenden Kolbenring, Fig. 18 eine Draufsicht auf einen, dem Formgebungsprinzip gemäß Fig. 13 gehorchenden Kolbenring.
• In den Figuren sind mit 1 jeweils ein gesehlitzter Kolbenring, mit 2 dessen durch einen Querschlitz gebildeten Ringstoß, mit 3 der Stoßanfang und mit 4 das Stol3-ende bezeichnet. Mit 5 sind die senkrecht zur Kolbenringachse slehende obere Ringflanke, mit 6 die hierzu parallele untere Ringflanke, mit 7 die Lauffläche und il0it 8 die achsparallel angeordnete Innenwand des Kolbenringes 1 angezogen. Dieser Kolbenring 1 ist in üblicher Art und Weise in einer nicht dargestellten Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzt.
• Der Kolbenring 1 ist aufgrund einer speziellen Formgebung durch bei Bewegung des Brennkraftmaschinenkolbens an ihm unterschiedlich wirksame Gas- und Rcibungskräfte in Drehung versetzbar, wobei zur Realisierung dieser speziellen Formgebung mehrere alternative Prinzipien vorgeschlagen werden.
• Ein erstes Formgebungsprinzip ist anhand der F i g. 1 bis 6 erläutert; dabei besitzt ein Kolbenring 1 am Übergang von seiner Innenfläche 8 zur oberen Ringflanke 5 und/oder zur unteren Ringflanke 6 eine vom Stoßaifang 3 bis Stoßende 4 spiralförmig verlaufende, eine zunehmend größer werdende Oberfläche 9 aufweisende Hinterschneidung 10; die Form derselben ist gut aus F i g. 6 ersichtlich. Die Oberfläche 9 der Hintcrschneidung 10 kann dabei wie aus F i g. 2 ersichtlich schräg zur Kolbenringachse geneigt und eben nach Art einer Fasc oder, wie in F i g. 3 gezeigt, gekrümmt durch eine gerundete Hohlkehle oder, wie in F i g. 4 gezeigt, abgewinkelt und durch eine Hohlkehle ausgebildet sein. F i g. 5 zeigt einen Kolbenring 1, bei dem sowohl am Übergang von seiner Innenfläche 8 zur oberen Ringflanke 5 als auch am Übergang von seiner Innenfläche 8 zur unteren Ringflanke 6 jeweils eine Ilinterschneidung 10 vorgesehen ist; beide Hinterschneidungen 10 sind dabei gleich ausgebildet und spiegelsymmellisch am Kolbenring 1 angeordnet. Beim Kolbenring 1 gemäß Fig. 2 und 3 ist die Hinterschneidung 10 nur am Übergang von der In-Innenfläche 8 zur oberen Ringflanke 5 vorhanden, während die Hinterschneidung 10 beim Kolbenring gemäß Fig. 4 am Übergang von dessen Innenfläche 8 zur unteren Ringflanke 6 angeordnet ist.
• In den F i g. 7 bis 12 ist ein weiteres Formgebungsprinzip dargestellt, wobei der Kolbenring 1 am Übergang von seiner Innenfläche 8 zur oberen Ringflanke 5 und/oder zur unteren Ringflanke 6 eine umlaufendc, exzentrisch und asymmetrisch angeordnete Hinterschneidung 11 mit einer Oberfläche 12 aufweist, die sich über den Umfang gesehen von einem Minimum - zwischen Pfeilen 13 in Fig. 12 - ausgehend zu einem Muximum - zwischen Pfeilen 14 in Fig. 12 - erweitert und dann zum Minimum - zwischen Pfeilen 13 in Fig. 12 - hin wieder abnimmt.
• Die Oberfläche 12 der Ilinterschneidung 11 kann auch bei diesem Formgebungsprinzip ähnlich wie bei jenem gemäß den Fig. 1 bis 6 ausgestaltet sein, also, wie in F i g. 8 gezeigt, schräg zur Kolbenringachse geneigt und eben nach Art einer Fase oder, wie in F i g. 9 gczeigt, gekrümmt durch eine gerundete Hohlkehle oder, wie in Fig. 10 gezeigt, abgewinkelt und durch eine Hohlkehle ausgebildet sein. Die Hintersehneidung 11 ist dabei im Falle der F i g. 8 und 9 jeweils am Übergang von der Innenfläche 8 zur oberen Ringflanke 5 angeordnet, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 dagegen am Übergang von der Innenfläche 8 zur unteren I,auffläche 6. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 11 ist je eine Hinterschneidung 11 am Übergang von der Inncn- fläche 8 zur oberen Ringflanke 5 und am Übergang von der Innenfläche 8 zur unteren Ringflanke 6 vorgesehen.
• Auch in diesem Fall sind beide Hinterschneidungen gleich ausgebildet und spiegelsymmetrisch am Kolbenring 1 angeordnet. Unabhängig von der Oberflächenform wird die Hinterschneidung 11 beispielsweise durch eine krcisringförmige Fase oder Hohlkehle gebildet, was eine einfache Herstellung ermöglicht. Die exzentrische und asymmetrische Anordnung dieser Hinterschneidung 11 ergibt sich dadurch, daß deren Mittelpunkt 15 nicht in, sondern außerhalb der die Kolbenringachse (Punkt 16 in Fig. 12) umfassenden Symmetrie-Ebene (Linie 17 in Fig. 12) liegt. Der Versatz des Mittelpunktes 15 der exzentrischen Hinterschneidung 11 von der Kolbenringachse 16 ist in Fig. 12 in X-Richtung zwischen Pfeilen mit 18 und in Y-Richtung zwischen Pfeilen mit 19 angegeben.
• In den Fig. 13 bis 18 ist ein weiteres Formgebungsprinzip dargestellt, wobei der Kolbenring 1 eine in seine oberc Ringflanke 5 und/oder untere Ringflanke 6 eingearbeitete, exzentrisch und asymmetrisch angeordnete, jedoch nicht vollständig umlaufende Hinterschneidung 20 mit gleichbleibender oder sich ändernder Tiefe aufweist. Die Hinterschneidung 20 wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 durch eine in bezug auf die Kolbenringachse - markiert durch Punkt 21 in Fig. 18 - geringfügig um einige Winkelgrade schrägstehend in die untere Ringflanke 6 des Kolbenringes 1 eingearbeitete Hohlkehle gebildet, deren Tiefe wegen der Schräglage von einem Maximum ausgehend ständig abnimmt.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 ist die Hinterschneidung 20 ebenfalls in die untere Ringflanke 6 eingearbeitet, hier jedoch in Form einer eine gleichbleibende Tiefe aufweisende Hohlkehle. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 ist die Hinterschneidung 20 in die obere Ringflanke 5 eingearbeitet und dort ebenfalls in Form einer eine gleichbleibende Tiefe aufweisenden Hohlkehle. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 17 ist je eine Ilintensehneidung 20 in die obere Ringflanke 5 und die untere Ringflanke 6 eingearbeitet, wobei beide Ilintersehneidungen 20 gleich ausgebildet und spiegelsymmetrisch am Kolbenring 1 angeordnet sind. Die Hinterschneidung 20 wird vornehmlich durch eine kreisringsegmentförmige Hohlkehle realisiert, was eine einfache Herstellung ermöglicht. Außerdem überdeckt die Hinlerschneidung 20 unabhängig von ihrer jeweiligen Ausgestaltung in Umfangsrichtung des Kolbenringes 1 gesehen einen Winkelbereich von mehr als 180°, beispielsweise von 240", welcher Winkelbereich in Fig. 18 zwischen Pfeilen mit 22 markiert ist. Die asymmetrische Anordnung dieser Hinterschneidung 20 ergibt sich auch in diesem Falle dadurch, daß deren Mittelpunkt 23 nicht in, sondern außerhalb der die Kolbenringachse 21 umfassenden Symmetrie-Ebene (dargestellt in Fig. 18 durch die Linie 24) liegt. Der Versatz des Mittelpunktes 23 der Hinterschneidung 20 von der Kolbenringachse 21 ist in Fig. 18 in X-Richtung zwischen Pfeilen mit 25 und in Y-Richtung zwischen Pfeilen mit 26 angegeben.
• Aufgrund dieser wie vorstehend beschriebenen Ausbildung eines Kolbenringes 1 bewirken an diesem bei Bewegung des Brennkraftmaschinenkolbens die wirksamen Gasdrücke am Umfang unterschiedlich hohe Reibungskräfle, die in Verbindung mit der Kolbenbewegung zu einer Drehung des Kolbenringes in Umfangsrichtung führen.
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Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Geschlitzter, in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzter Kolbenring, der am Übergang von seiner Innenfläche zur oberen Ringflanke und/oder unteren Ringflanke eine hinter.

   schneidung aufweist, dadurch gek e n n z ei c h -n e t, daß, um den Kolbenring (1) durch bei Bewegung des Brennkraftmaschinenkolbens an ihm unterschiedlich wirksame Gas- und Reibungskräfte in Drehung zu versetzen, die Hinterschneidung alternativ a) eine vom Stoßanfang (3) bis Stoßende (4) spiralförmig verlaufende Form mit zunehmend größer werdender Oberfläche (9) oder b) exzentrisch und asymmetrisch angeordnet ist und eine über den Umfang gesehen sich von einem Minimum (13) ausgehend zu einem Maximum (14) erweiternde sowie zum Minimum (13) wieder abnehmende Oberfläche (12) aufweist oder c) exzentrisch und asymmetrisch angeordnet ist sowie nicht vollständig umläuft.
2. 2. Geschlitzter Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung durch eine Fase mit schräg zur Kolbenringachse geneigter, ebener oder gekrümmter oder in sich abgewinkelter Oberfläche (9, 12) oder durch eine Hohlkehle mit gleichbleibender oder sich ändernder Tiefe gebildet ist.

   Die Erfindung betrifft einen geschlitzten, in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzten Kolbenring, der am Übergang von seiner Innenfläche zur oberen Ringflanke und/oder unteren Ringflanke eine Hinterschneidung aufweist.

   Ein solcher Kolbenring ist aus dem DE-GM 71 32379 bekannt. Dieser Kolbenring weist jedoch keine Mittel auf. die ihn in Drehung versetzten könnten. Weiterhin ist aus der FR-PS 5 22 332 ein aus zwei zueinander korrespondierenden Teilen zusammengesetzter Kolbenring bekannt.

   Darüber hinaus ist aus der DE-AS 21 38 484 ein Kolbenring bekannt, der über eine spezielle Vorrichtung verfügt, um ihn im Betrieb in Drehung versetzen zu können. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um ein in eine Aussparurig des Kolbenringes eingepaßtes, radial bewegliches Einsatzstück, das radial mittels einer Druckfeder gegen den Boden der den Kolbenring aufnehmenden Ringnut am Brennkraftmaschinenkolben angepreßt ist. Darüber hinaus umfaßt dieses Einsatzstück eine in einer schrägen Gleitbahn geführte Sperrkugel, die ebenfalls durch eine Druckfeder beaufschlagt ist und zwar so, daß die Kugel zum Klemmen in den Keil, gebildet durch die schräge Gleitbahn und die obere Wand der Ringnut, gedrückt wird. Aus dieser Klemmstcllung kann der Kolben ring durch Bewegungen seiner beiden, dem Stoß benachbarter Enden gelöst und ein Stück gedreht werden. Abgesehen davon, daß cs sich um eine relativ komplizierte Konstruktion handelt, ist diese Vorrichtung insbesondere an Kolbenringen. die in mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen sollen, nicht geeignet, weil bei der Verbrennung dieses relativ schlechten Kraftstoffes Rück- stände verbleiben, die in die besagte Vorrichtung eintreten und deren Wirkung zumindest behindern könnten.

   Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen geschlitzlen, in einer Nut eines Brennkraftmaschinenkolbens eingesetzten Kolbenring derart auszubilden, daß er mit gegenüber dem diskutierten Stand der Technik wesentlich einfacheren Mitteln in Drehung versetzbar ist.

   Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Kolbenring gelöst, der aufgrund spezieller Formgebung durch bei Bewegung des Kolbens an ihm unterschiedlich wirksame Gas- und Reibungskräfte in Drehung versetzbar ist und nach verschiedenen, im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Formgebungsprinzipien ausgestaltet ist.

   Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Lösung sind in dem Unteranspruch gekennzeichnet.