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Kolben mit Kolbenring - Dokument DE3604661C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3604661C2 28.12.1989
Titel Kolben mit Kolbenring
Anmelder AE PLC, Rugby, Warwickshire, GB
Erfinder Ruddy, Brian Leonhard, Wetherby, Yorkshire, GB;
Holt, Jeremey William, Bradford, Yorkshire, GB
Vertreter Geyer, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 14.02.1986
DE-Aktenzeichen 3604661
Offenlegungstag 21.08.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.12.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.12.1989
IPC-Hauptklasse F02F 5/00
IPC-Nebenklasse F16J 9/08   
Zusammenfassung Bei einem Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor ist eine ringförmige Kolbenringnut (11) im Kolben (10) vorgesehen, die zwei sich radial erstreckende Begrenzungsflächen (12, 13) sowie eine sich axial erstreckende Wand (14) aufweist. Ferner ist ein Kompressionsring (16) in der Kolbenringnut (11) zum Dichtungseingriff mit einer zugeordneten Zylinderwand (18) bzw. einer Laufbuchse angeordnet. Der Kompressionsring (16) ist mit einer radial gerichteten Aussparung (22) versehen. Ferner ist ein Hilfsdichtungsring (27) vorgesehen, der ständig, aber ablenkbar in Berührung mit der sich axial erstreckenden Wand (14) der ringförmigen Kolbenringnut (11) steht und in die Aussparung im Kompressionsring (16) hineinragt, ohne dabei jedoch das Ausmaß der Bewegung des Kompressionsrings (16) in der ringförmigen Kolbenringnut (11) körperlich zu begrenzen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit mindestens einer ringförmigen Kolbenringnut im Kolben, wobei die Nut zwei sich radial erstreckende Begrenzungsflächen sowie eine radial innere, sich axial erstreckende Begrenzungsfläche aufweist, und mit einem Kompressionsring, der in der Kolbenringnut zum Dichtungseingriff mit einer zugeordneten Zylinderwand oder Laufbuchse aufgenommen und auf seiner radial innenliegenden Ringfläche mit einer radial nach außen gerichteten Aussparung versehen ist, sowie mit einem Hilfsdichtungsring, der in die Aussparung im Kompressionsring hineinragt, an einer Begrenzungsfläche derselben anliegt und um den Anlagesitz an einer radial inneren Begrenzungsfläche in axialer Richtung verkippbar ist.

Kolbenringe werden an Kolben eingesetzt, sowohl um zu verhindern, daß Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum entweichen (was als Durchblasen bekannt ist), als auch um die Menge an Schmieröl zu begrenzen, die in den Verbrennungsraum eintritt und ansonsten einen übermäßigen Ölverbrauch verursachen würde. Um diese Ziele zu erreichen, werden im allgemeinen drei oder mehr Kolbenringe vorgesehen. Moderne Verbrennungsmotoren verwenden oftmals eine Kolbenringanordnung aus drei Ringen, mit zwei Kompressionsringen in einer oberen und mittleren Lage sowie einem Ölabstreifring in einer unteren Lage. Es hat sich im allgemeinen durchgesetzt, daß für praktische Zwecke zwei Kompressionsringe, die in Berührung mit der Zylinderwand stehen, die erforderliche Mindestanzahl sind, um ein Durchblasen von Verbrennungsgas in Verbindung mit einem annehmbaren Ölverbrauch wirksam zu kontrollieren.

Es wurden schon verschiedene Verfahren zum Verbessern der Gasabdichtung von Kompressionsringen vorgeschlagen. Dabei werden Ringe mit einer einzigen Nut, aber mehreren Einzelelementen eingesetzt, die gegen die Zylinderwand anliegen. Eine solche Anordnung ist z. B. in der EP 00 69 175 A1 beschrieben.

Andere Verfahren umfassen die Verwendung eines Hilfsrings, der in zwei Nuten liegt, von denen eine in der radial innenliegenden Ringfläche eines Kompressionsringes und die andere in der radial inneren Begrenzungsfläche der Kolbenringnut ausgebildet ist und der Hilfsring somit eine Dichtung zwischen Kolben und Kompressionsring ausbildet. Ein Beispiel dieser Art einer Ringanordnung findet sich in der GB 21 17 868 A beschreibend. Dort ist in der radial inneren Begrenzungsfläche der Kolbenringnut eine verhältnismäßig tiefe Nut für den Hilfsring vorgesehen, vergleichbar mit der Nuttiefe in der radial innenliegenden Ringfläche des Kompressionsringes, der gegen die Zylinderwand anliegt. Der Hilfsring ist bei manchen Ausführungsbeispielen als frei schwimmend gelagerter Ring in den Nuten gezeigt, der weder nach außen, noch gegen den äußeren Kompressionsring expandieren kann, noch die Innenwand seiner eigenen Nut im Kolben berührt. Bei einem Beispiel ist der Hilfsring als zweiteilige Anordnung im wesentlichen aus zwei halbkreisförmigen Elementen gezeigt. Der Hilfsring ist auch in zwei Ausführungsbeispielen als starres, flanschartiges Gebilde beschrieben, das sich von der radial inneren Begrenzungsfläche der Kolbenringnut nach auswärts erstreckt. Diese bekannte Anordnung ist aufwendig in der Herstellung und schwierig in der Montage, wobei das Einhalten kleiner Toleranzen für die Ausbildung des Hilfsdichtungsringes und aller Nuten, in die er hineinragt, sichergestellt sein muß, da andernfalls bei Betrieb unerwünschte Verklemmungen auftreten können, die eine verschlechterte Dichtwirkung und erhöhte Reibungsverluste nach sich ziehen.

Aus der FR 9 10 655 ist weiterhin ein Kolben mit einem Kompressions- und einem Hilfsdichtungsring bekannt, wobei auch hier der Hilfsdichtungsring sowohl in eine nutartige Aussparung an der radial innenliegenden Ringfläche des Kompressionsringes, wie auch in eine solche an der radial inneren Begrenzungsfläche der Kolbenringnut hineinragt. Dabei ist der Hilfsdichtungsring mit einer speziellen Formgebung derart versehen, daß er an seinen beiden in die Aussparungen am Kompressionsring bzw. am Nutboden der Kolbenringnut hineinragenden Endabschnitten sich dort auf einander jeweils gegenüberliegenden Seiten anlegt und bei einer Bewegung des Kompressionsringes in Kolbenlängsrichtung innerhalb der Kolbenringnut durch elastische Deformation den Kolbenring stets in Richtung auf seine obere Lage in der Kolbenringnut hin vorspannt. Die bekannte Anordnung ist wiederum schwierig in der Herstellung wie auch in der Montage, ist nur bei solchen ganz speziellen bearbeiteten Kolben einsetzbar, bedarf spezieller Werkstoffe für den Hilfsdichtungsring und führt wegen der ständigen Vorspannung zwischen Kompressionsring und Kolben nicht nur zu erhöhten Reibverlusten bei Betrieb, sondern auch frühzeitig zu Verschleiß und damit zu nachlassender Dichtungswirkung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenring mit Kompressions- und zusätzlichem Hilfsdichtungsring zu schaffen, der einfach herstellbar und bei vorzüglicher Dichtwirkung vielseitig einsetzbar sowie mit geringen Reibverlusten bei Betrieb behaftet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kolben der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Hilfsdichtungsring gegen die radial innere Begrenzungsfläche der Kolbenringnut unter axialer Vorspannung angedrückt und axial zu beiden Seiten des Anlagesitzes verkippbar ist. Bei der Erfindung sind der innere Hilfsring und der äußere Kompressionsring so aufgebaut, daß ersterer die Bewegungen des Kompressionsringes in der Kolbenringnut nicht begrenzt und auch nicht behindert und dabei dennoch imstande ist, axial nach beiden Seiten seines Anlagesitzes zu kippen und ein Dichtung mit dem äußeren Kompressionsring auszubilden, wodurch sich völlig überraschenderweise ganz unerwartet gute Ergebnisse erzielen lassen. Denn dadurch, daß der Hilfsdichtungsring bei der Erfindung unter radialer Vorspannung in dauernden Anlagekontakt mit dem Boden der Kolbenringnut gedrückt ist, wird dort eine sichere Abdichtung über den ganzen Innenumfang des Hilfsdichtungsringes erreicht, ohne daß es hierzu spezieller Formgebungen des Bodens der Kolbenringnut, der Ausbildung eigener Labyrinthdichtungen oder der Einhaltung besonderer Toleranzen bedürfte. Durch die erfindungsgemäße beidseitige Verkippbarkeit des Hilfsdichtungsringes um seinen Anlagesitz wird erreicht, daß sich an dessen äußerem Endbereich stets durch direkte Anlage an einer der seitlichen Begrenzungsflächen der Aussparung im Kompressionsring eine gute Abdichtung auch dort ergibt.

Dabei kann der Hilfsdichtungsring durch den Gasdruck oder auftretende Trägheitskräfte geeignet verkippt und die Dichtungsanlage auf der entsprechenden Seite ausgebildet werden. Diese Bewegungen des Hilfsdichtungsringes sichern aber nicht nur eine vorzügliche Dichtwirkung, sondern sie behindern darüberhinaus in keiner Weise das wünschenswerte dynamische Verhalten des Kompressionsringes innerhalb der Kolbenringnut. Dabei müssen die radialen Begrenzungsflächen der Aussparung im Kompressionsring durchaus nicht unbedingt parallel oder exakt radial ausgerichtet sein, sondern hier sind durchaus auch gewisse Schrägen möglich, was die Herstellung weiter vereinfacht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in der radial inneren Begrenzungsfläche der Kolbenringnut eine Vertiefung ausgebildet ist, in welcher der Anlagesitz des Hilfsdichtungsringes vorliegt, was das Anpassen des Kompressionsringes an den Kolbenkörper erleichtert.

Bevorzugt ist zumindest das Ende des Hilfsdichtungsringes abgerundet, ganz besonders bevorzugt sollen jedoch dessen beide Enden abgerundet ausgeführt sein.

Der erfindungsgemäße Kolben kann aber auch, falls gewünscht, mit einem zweiten Kompressionsring versehen sein, der in einer zweiten ringförmigen Kolbenringnut im Kolben aufgenommen ist, wobei dieser zweite Kompressionsring vorzugsweise als Verbundring ausgeführt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil eines ruhenden erfindungsgemäßen Kolbens mit Kolbenring innerhalb eines Motors,

Fig. 2 den Kolben mit Kolbenring aus Fig. 1 während des Arbeitstaktes in einem Verbrennungsmotor,

Fig. 3 den Kolben mit Kolbenring aus Fig. 1 während der Phase der Abdichtung gegenüber einer Abwärtsströmung des Gases,

Fig. 4 den Kolben mit Kolbenring aus Fig. 1 während einer Abdichtung gegenüber einer Aufwärtsströmung von Öl, sowie

Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine erste weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens mit Kolbenring.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 bis 4 Bezug genommen, in denen gleiche Merkmale durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

In Fig. 1 ist ein Kolben insgesamt mit 10 bezeichnet. Im Kolben 10 befindet sich eine Umfangs-Kolbenringnut, die insgesamt mit 11 bezeichnet ist. Die Nut 11 weist zwei parallele Radialflächen 12 und 13 sowie eine radial innere, sich axial erstreckende Begrenzungsfläche 14 auf, in deren Mitte sich eine flache, in Umfangsrichtung umlaufende Vertiefung 15 befindet. In der Nut 11 liegt ein Kompressionsring, der aus Gußeisen hergestellt und insgesamt mit 16 bezeichnet ist. Der Kompressionsring 16 weist eine äußere Axialfläche 17 auf, die gegen eine Zylinderwand 18 anliegt, weiterhin zwei im wesentlichen parallele Radialflächen 19 und 20 sowie eine radial innere Ringfläche 21. In letzterer befindet sich eine Aussparung, die insgesamt mit 22 bezeichnet ist und eine Axialfläche 23 sowie zwei radiale Begrenzungsflächen 24 und 25 aufweist, die unter einem Winkel von etwa 2° zu durch die Aussparung 22 hindurchlaufenden Horizontalebenen 26 verlaufen (die in Fig. 1 als gestrichelte Linien eingezeichnet sind). Ein Hilfsdichtungsring ist insgesamt mit 27 bezeichnet, sitzt in der Vertiefung 15 und ragt ebenfalls in die Aussparung 22 hinein. Der Hilfsdichtungsring 27 ist als kreisförmiger, aufgetrennter Stahlring ausgeführt und mit einem Durchmesser ausgebildet, der kleiner ist als jener des Kolbens 10, so daß er ständig in Berührung mit dem Kolben 10 steht, wenn er passend eingebaut ist. Der Hilfsdichtungsring 27 weist ferner zwei parallele Radialflächen 28 und 29 sowie abgerundete Enden 30 und 31 auf.

Bei einem typischen Kolben von etwa 68 mm Durchmesser kann der Kompressionsring 16 eine axiale Dicke von etwa 1,5 mm und eine radiale Dicke von etwa 3,25 mm aufweisen. Die Aussparung 22 hat dann eine radiale Tiefe von etwa 1,8 mm und eine axiale Mindesttiefe, begrenzt durch die Axialfläche 23, von etwa 0,6 mm. Der Hilfsdichtungsring 27 weist eine radiale Dicke von etwa 2,5 mm sowie eine axiale Dicke von etwa 0,5 mm auf. Die Eindringtiefe des Hilfsdichtungsrings 27 in die Aussparung 22 liegt veränderlich zwischen etwa 1,25 und 1,75 mm unter normalen Laufbedingungen. Die Vertiefung 15 kann zwischen 0,05 und 1,0 mm in radialer Richtung liegen, beträgt aber typischerweise etwa 0,25 mm.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung, welche die ringförmigen Komponenten während eines Verbrennungstaktes im Verbrennungsmotor einnehmen. Der Gasdruck der abnehmenden Treibstoffladung drückt den Kompressionsring 16 so nach unten, daß die Radialfläche 13 der Kolbenringnut 11 und die Radialfläche 20 des Kompressionsrings 16 in enger Berührung liegen. Das Ende 30 des Hilfsdichtungsrings 27 wird ebenfalls in einer Richtung nach unten gedrückt und zwar durch Schwenken um das innere Ende 31, das in der Vertiefung 15 sitzt, um die Begrenzungsfläche 25 in der Aussparung 22 zu berühren. Der Gasdruck drückt auch den Kompressionsring 16 in einer Richtung nach außen, wodurch eine Radialkraft erzeugt wird, um die Axialfläche 17 gegenüber der Zylinderwand 18 abzudichten, so daß eine wirksame Gasdichtung bewirkt wird. Das Durchblasen um die Rückseite des Kompressionsrings 16 wird durch jene Abdichtungen, die zwischen dem Ende 31 und der Vertiefung 15 sowie zwischen dem Ende 30 und der Begrenzungsfläche 25 gebildet sind, auf ein Mindestmaß verringert.

Der Gasdruck, der den Kompressionsring 16 in Auswärtsrichtung drückt, um die Axialfläche 17 gegenüber der Zylinderwand 18 abzudichten, kann im wesentlichen nur radial auf den oberen Abschnitt der Ringfläche 21 und auf die Axialfläche 23 wirken. Hieraus ergibt sich, daß die Reibung zwischen der Axialfläche 17 und der Zylinderwand 18 gegenüber den Verhältnissen bei einem herkömmlichen Ring verringert wird. Weil ferner die Aussparung 22 in die Rückseite des Kompressionsrings 16 eingearbeitet ist, ist auch die tangentiale Spannung oder Belastung, die vom Ring in radialer Richtung gegen die Zylinderwand 18 aufgebracht wird, herabgesetzt, was eine zusätzliche Verringerung der Reibung zwischen Ring und Zylinder bewirkt. Die Absenkung der tangentialen Spannung liegt in einer Größenordnung von 10% bis 20% und die Verringerung der Radialkraft, die durch den Gasdruck erzeugt wird, in einer Größenordnung von 20% bis 40%.

Fig. 3 zeigt jene Ausbildung, die von den ringförmigen Komponenten eingenommen wird, wenn der obere Totpunkt eines Ausstoßtaktes eingenommen wird, wenn also der Kolben 10 gerade seine Richtung geändert hat, um sich im Zylinder abwärts zu bewegen, aber die Massenträgheit des Kompressionsrings 16 den Ring gegen die Oberseite der Kolbenringnut 11 drückt, wo dann die Radialflächen 19 und 12 aufeinandertreffen. Wenn noch irgendein Gasdruck oberhalb des Kompressionsrings 16 vorliegt, wird dieser danach trachten, den Hilfsdichtungsring 27 niedergedrückt zu halten, dessen Ende 30 dabei gegen die Begrenzungsfläche 25 abdichtet und damit ein Durchblasen verhindert. Andernfalls könnten die Bestandteile jene Lage einnehmen, die in Fig. 4 gezeigt ist und in der das Ende 30 des Hilfsdichtungsringes 27 dichtend diesmal gegen die obere Begrenzungsfläche 24 der Aussparung 22 anliegt. Bei dieser Anordnung verhindert der Hilfsdichtungsring 27 den Durchtritt von Öl in den Raum oberhalb des Hilfsdichtungsrings 27, wo das Öl durch die Verbrennungsgase verbrannt werden könnte. Dies könnte einen höheren Ölverbrauch und die Möglichkeit des Ablagerns von Verkohlungen und damit des Verstopfens von Räumen und Spalten, die für ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Motors erforderlich sind, bewirken.

Im allgemeinen hängen die Winkel- und die Axiallage, die von Kompressionsring und Dichtungsring eingenommen werden, vom Kräftegleichgewicht und von den Drehmomenten ab, die sich aus den Gasdrücken, den Massenträgheiten der Bestandteile und aus der Reibung zwischen Berührungsflächen ergeben.

Es hat sich gezeigt, daß bei Kolben, bei denen zwei herkömmliche obere Kompressionsring durch einen Verbundring ersetzt wurden, wie er vorstehend beschrieben wurde, sich eine Verkürzung der Kompressionshöhe des Kolbens in der Größenordnung von 10 bis 15% erreichen läßt. Bei einem Kolben von etwa 68 mm Durchmesser wurde eine Verringerung der Kompressionshöhe von 13% gegenüber einem herkömmlichen Kolben erreicht. Diese Verringerung der Kompressionshöhe bei dem 68-mm-Kolben führte auch zu einer Verringerung des Kolbengewichts von 8%, was andere mögliche Vorteile, die weiter oben schon beschrieben sind, nach sich zog. Bei anderen Kolbenausführungen ließen sich sogar Gewichtsverminderungen von bis zu 10% erreichen.

Die Kolben können so hergestellt werden, wie dies oben ausgeführt ist, wobei zwei herkömmliche obere Kompressionsringe ersetzt werden durch einen solchen Verbundring. Dies liefert Vorteile, die unmittelbar dem Verbundring an sich zuzurechnen sind, sowie zusätzlich indirekte Vorteile, die darin liegen, daß die Reibung noch weiter durch Entfall des zweiten herkömmlichen Kompressionsrings verringert wird. Wenn allerdings eine Verringerung des Ausmaßes des Gasdurchblasens und/oder des Ölverbrauchs bei einem herkömmlichen Motor für noch wichtiger angesehen wird als z. B. eine Verringerung der Kompressionshöhe o. ä., dann ist es natürlich vorteilhaft, angesichts dieser Parameter einen Verbundring gemäß obiger Beschreibung als obersten Ring eines 3-Ring-Kolbens einzusetzen. Der zweite Ring kann dann ein anderer Verbundring sein. Selbst dort, wo ein 3-Ring-Kolben beibehalten wird, trägt der Eisatz von Verbundringen gemäß der vorstehenden Beschreibung dazu bei, daß sich der Vorteil einer verringerten Reibung zwischen Ring und Zylinder erzielen läßt und zwar zusätzlich zu einem verkleinerten Durchblasgrad und einem verringerten Ölverbrauch. Der zweite oder dritte Ring eines 2- oder 3-Ring-Kolbens wird üblicherweise als Ölabstreifring ausgebildet sein.

Mit erfindungsgemäßen Kolben wurden umfangreiche Motorenversuche auf Prüfständen ausgeführt, wobei sich eine Gesamt-Versuchszeit von mehr als 3500 Motorlaufstunden ergab. Kolben, die mit einem einzigen Verbund-Kompressionsring (und einem herkömmlichen, anpaßbaren Ölabstreifring) versehen waren, sowie Kolben, die einen oberen Verbund-Kompressionsring und einen herkömmlichen, einteiligen zweiten Kompressionsring (zusätzlich zu einem Ölabstreifring) aufwiesen, wurden dabei im Motorversuch geprüft. Die Ergebnisse dieser Motorversuche wurden verglichen mit Versuchen, die an Motoren aus der Serienfertigung durchgeführt wurden und herkömmliche 3-Ring-Kolben aufwiesen. In Tabelle 1 werden die Ergebnisse der Motoren-Prüfstandsversuche gezeigt:

Tabelle 1


Bei den Versuchen, deren Ergebnisse in der vorstehenden Tabelle dargestellt sind, waren alle Kolben der Motoren mit einem herkömmlichen Ölabstreifring versehen.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß ein einziger Verbund-Kompressionsring zu Gas-Durchblasraten führt, die vergleichbar sind mit denen eines herkömmlichen 3-Ring-Kolbens und die in ihrer Leistung völlig ausreichen. Der Ölverbrauch ist jedoch in allen Fällen überlegen, wenn man einen einzigen Verbundring benutzt, verglichen mit dem Fall eines herkömmlichen Standard- bzw. Serienkolbens. Im Falle des vermessenen 1,6-l- Ford-Motors lieferte ein einziger Verbundring eine Verbesserung von 25% gegenüber dem Serienmotor und, wenn er in Verbindung mit einem herkömmlichen zweiten Kompressionsring eingesetzt wurde, sogar eine Verbesserung von mehr als 60%.

Ein Fahrzeugversuch über mehr als 48 000 km mit einem Ford Escort unter Verwendung eines 1,6-l-Benzinmotors, der bereits 400 Laufstunden am Prüfstand betrieben worden war und einen einzigen Verbund- Kompressionsring sowie einen herkömmlichen Ölabstreifring aufwies, ergab einen Ölverbrauch von 12 318 km/l (35 000 miles pro gallon (imp.)) unter normalen Fahrbedingungen.

Ein zweiter Fahrzeugtest mit einem British Leyland Typ Montego unter Verwendung eines 1,6-l-Motors, der ebenfalls bereits 400 Prüfstandstunden gelaufen war und mit einem einzigen Verbund-Kompressionsring sowie einem herkömmlichen Ölabstreifring ausgestattet war, führte zu einem Ölverbrauch von 8490 km/l (24 000 miles pro gallon (imp.)) über 16 000 km unter normalen Fahrbedingungen.

Für manche Anwendungsfälle lassen sich auch andere Ausführungsformen in Betracht ziehen:

Fig. 5 zeigt eine Kolbenausführung ähnlich der aus Fig. 1, wobei jedoch die Vertiefung 15 aus Fig. 1 weggelassen wurde. Der Hilfsdichtungsring 27 ist noch immer so ausgeführt, daß er gegen die radial innere Begrenzungsfläche 14 der Kolbennut mit einer einwärts gerichteten Radialkraft anliegt. Das Kraftmaß kann auch noch erhöht werden, um eine nennenswerte Axialbewegung des Endes 31 des Hilfsdichtungsringes 27 relativ zur Fläche 17 zu begrenzen.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es ersichtlich, daß der Hilfsdichtungsring das Ausmaß der Bewegung des Kompressionsrings innerhalb dessen Nut körperlich nicht hemmt oder beschränkt. Die Fähigkeit des Hilfsdichtungsrings, an seinem Sitz an der Kolbenwand zu verschwenken, ermöglicht es, dynamische Abdichtungen mit verschiedenartigen Flächen der Aussparung im Kompressionsring auszubilden, wodurch die Leistung des Kolbens gefördert wird. Obgleich der Hilfsdichtungsring gemäß der Beschreibung aus Stahl sein soll, kann er aber auch aus Legierungen auf Aluminium- oder Kupfer-Basis oder selbst aus einigen der modernen Kunststoff-Maschinenbaustoffe hergestellt sein, zu denen z. B. Polyetheretherketon (PEEK) gehört.

In allen Fällen müssen die relativen Abmessungen so sein, daß der Kompressionsring imstande ist, sich voll unter von seitlichen Kolbenbewegungen herrührenden Schubbedingungen in seine Nut zurückzuziehen, ohne dabei durch den Hilfsdichtungsring behindert zu werden. Im Gegensatz hierzu sollte jedoch unter Bedingungen, in denen sich der Kompressionsring von seiner Nut aus am weitesten auswärts erstreckt, das Eindringen des Hilfsdichtungsrings in die Nut in der inneren Axialfläche des Kompressionsringes vorzugsweise nicht geringer sein als 1 mm.

Ein dem in Fig. 1 usw. gezeigten Ausführungsbeispiel zuzuordnender Vorteil liegt darin, daß die Aussparung 22 beträchtlich einfacher und somit wirtschaftlicher dadurch herzustellen ist, daß sie (im Querschnitt) eine kegelstumpfförmige Form (und nicht etwa parallele Radialflächen) aufweist.

Der in Fig. 1 bis 5 gezeigte Kompressionsring kann in Verbindung mit einem konkav gewölbten Hilfsdichtungsring jener Art verwendet werden.

Der Kompressionsring 16 kann auch auf jede bekannte Weise oberflächenbehandelt sein, beispielsweise durch Aufsticken und Aufkohlen, durch Chrom- oder Molybdänbeschichtung usw., um hierdurch seine Verschleißeigenschaften zu verbessern.

Die vorstehend beschriebene Erfindung kann ferner mit Kolbenkörpern jener Art kombiniert werden, wie sie etwa in der GB 21 04 188 A beschrieben sind, bei denen die Kolbenschürze mit angehobenen Stegen versehen ist. Die Anordnung solcher Stege mit geeigneten Konturen ermöglicht die hydrodynamische Schmierung des Kolbens in der Zylinderbohrung, was zu einer Reibungsabsenkung zwischen Kolben und Zylinderwand führt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kolben, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, mit mindestens einer ringförmigen Kolbenringnut im Kolben, wobei die Nut zwei sich radial erstreckende Begrenzungsflächen sowie eine radial innere, sich axial erstreckende Begrenzungsfläche aufweist, und mit einem Kompressionsring, der in der Kolbenringnut zum Dichtungseingriff mit einer zugeordneten Zylinderwand oder Laufbuchse aufgenommen und auf seiner radial innenliegenden Ringfläche mit einer radial nach außen gerichteten Aussparung versehen ist, sowie mit einem Hilfsdichtungsring, der in die Aussparung im Kompressionsring hineinragt, an einer Begrenzungsfläche derselben anliegt und um den Anlagesitz an der radial inneren Begrenzungsfläche in axialer Richtung verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsdichtungsring (27) gegen die radial innere Begrenzungsfläche (14) der Kolbenringnut (11) unter radialer Vorspannung angedrückt und axial zu beiden Seiten des Anlagesitzes verkippbar ist.
  2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der radial inneren Begrenzungsfläche (14) der Kolbenringnut (11) eine Vertiefung (15) ausgebildet ist, in welcher der Anlagesitz des Hilfsdichtungsringes (27) vorliegt.
  3. 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das innere Ende (31) des Hilfsdichtungsringes (27) abgerundet ist.
  4. 4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden (30, 31) des Hilfsdichtungsringes (27) abgerundet sind.






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