(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向外側の摺動面（２）、半径方向内側の周面（３）、上側の側面（４）および下側の側面（４’）ならびに合口（５）を有する基体（１）を備えたピストンリングであって、前記摺動面（２）は、環状に延びるように形成された少なくとも１つの区画化された凹所（１０）を備え、該凹所（１０）は、耐摩耗性のコーティング（１１）を収容し、前記合口（５）の合口エッジ（６，７）を起点として前記基体（１）の周方向で見て、前記コーティングの外側に張り出し付設部（８，９）が前記基体（１）に一体成形されていて、該張り出し付設部（８，９）は、設定された半径方向の高さで、設定された周方向長さにわたって前記合口（５）の両側に延びていることを特徴とする、ピストンリング。
【請求項２】
前記張り出し付設部（８，９）は、前記基体（１）の材料から形成されている、請求項１記載のピストンリング。
【請求項３】
前記張り出し付設部（８，９）の半径方向の高さは、１μｍ〜１０μｍである、請求項１または２記載のピストンリング。
【請求項４】
前記張り出し付設部（８，９）は、各合口エッジ（６，７）を起点として、円周方向に４５°までの角度にわたって延びて前記基体（１）の曲率半径に移行する、請求項１から３までのいずれか１項記載のピストンリング。
【請求項５】
前記張り出し付設部（８，９）は、合口エッジ側で、最大の半径方向の高さを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリング、特にコンプレッションピストンリングに関する。
【０００２】
内燃機関におけるピストンリング、特にコンプレッションピストンリングの摺動面は、熱的かつ機械的な負荷により、リング合口端部において特に高い負荷を示す。このことは、通常、過剰な摩耗と、場合によっては熱的な過負荷ならびにそれに続く焼付きをもたらす。ピストンリングのこの箇所は、ピストンリングの寿命にとって重大な弱点の１つを成す。
【０００３】
ピストンリングには、摺動面において、硬いコーティングが幾重にも施与される。しかしこれらのコーティングは、部分的な現象を全面的に阻止することはできない。合口端部の負荷を低減させるために、リング形状は、合口における面圧（Stossdruck）が最小限にされるように、最適化され得る。
【０００４】
このような手段の例を以下に記載する。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許第４１４０２３２号明細書は、不均一な面圧分布（半径方向の圧力分布）を有する自己張設式のピストンリングを開示している。呼び直径にまで張設されたピストンリングは、α＜２５°の範囲の合口端部において、シリンダの曲率半径に相当する曲率半径を有している。リング合口の両側の角度範囲β＝２５°〜３５°において、この曲率半径はシリンダの曲率半径よりも小さく形成されているので、面圧分布は、合口端部においてはほぼ０に、β＝２５°〜３５°の角度範囲では、平均的な面圧の２００％以上に調節される。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６１２４５６号明細書に記載されたピストンリングでは、合口領域における構造的な手段により、圧力補償は下側の側面にわたって阻害されて、この場合、場合によっては付加的なばねエレメントまたは固有のばね状の構成を備えた合口端部は、慣性力に抗して下側の側面に押しつけられる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許第１００４１８０２号明細書に記載されたコンプレッションリングは、リング周面に複数の横断面弱化部を有している。この場合、コンプレッションピストンリングのリング周面は、４つの象限に分けられている。一方の合口エッジを第１の仮想象限に、他方の合口エッジを第４の仮想象限に位置決めした場合、各横断面弱化部は、合口の両側の第１の象限と第４の象限にのみ位置していて、しかも合口近傍の周領域で全リング高さにわたって設けられている。この場合、合口領域では再び、リング背部の領域における壁厚さと同じ半径方向の壁厚さが設けられている。
【０００８】
ドイツ連邦共和国登録特許第１０２００７００７９６２号明細書は、基体を備えたピストンリングを開示している。基体は、区画化された凹所を備えた摺動面と、上側および下側の側面と、内周面とを有している。この場合、少なくとも前記凹所は、少なくとも１つの耐摩耗性の層を備え、摺動面には少なくとも部分的にＰＶＤ（物理蒸着）カバー層が被着されていて、この場合、基体は、完成状態で縁部領域側、つまり区画化された凹所の外側でのみＰＶＤカバー層を有している。
【０００９】
前述した全ての手段は、ピストンリング、特にコンプレッションピストンリングにおける合口の過負荷の現象を完全に排除するためには未だ適していない。このことは特に軸方向で低く構成されるリングに当てはまる。
【００１０】
本発明の根底を成す課題は、運転状態において合口の領域で合口の過負荷がもはや存在しないようにし、これにより公知先行技術に対して高められた寿命を得ることができるピストンリング、特にコンプレッションピストンリングを提供することである。
【００１１】
この課題は、ピストンリング、特にコンプレッションピストンリングであって、半径方向外側の摺動面、半径方向内側の周面、上側の側面および下側の側面ならびに合口を有する基体を備え、摺動面が、環状に延びるように形成された少なくとも１つの凹所を備え、該凹所が耐摩耗性のコーティング、特にＰＶＤコーティングを収容し、この場合、合口の合口エッジを起点として、基体の周方向で見て、コーティングの外側で、ウェブ付設部が基体に一体成形されていて、ウェブ付設部は、設定可能な半径方向の高さで、規定された周方向長さにわたって合口の両側に延びているピストンリング、特にコンプレッションピストンリングにより解決される。
【００１２】
本発明の対称の有利な変化形は、従属請求項から判る。
【００１３】
特にＰＶＤコーティングされたピストンリング、特にコンプレッションピストンリングでは、適当なリング設計によって、ピストンリング、特にコンプレッションピストンリングの馴染み運転時間には合口において平均的な面圧が存在しているように、合口が設計され得る。専らピストンリングの合口近傍の領域に設けられたウェブ付設部は、基体の材料、たとえば鋳鉄または鋼から形成されていて、コーティング部の外側に設けられている。さらなるエンジン運転時には、この比較的軟らかい付設部は、比較的迅速に除去され、ピストンリングは、引き続き、付設部外に位置する頂点で摺動する。これにより初めてピストンリングの本来のリング輪郭が使用される。このように達成された合口の負荷低減により、この領域では油膜が、ピストンリングの残りの周面における油膜と同じか、より厚く生じる。改良されたまたは均一な潤滑は、合口領域の熱による過負荷を阻止し、摩耗を減少させ、したがってピストンリング、特にコンプレッションリングの寿命を増大させる。
【００１４】
本発明の対象を、１つの態様につき図示し、以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】合口を備えたピストンリングを上から見た平面図である。
【図２】図１に示した、馴染み運転段階に入る前の凹所を備えるピストンリングを示す断面図である。
【図３】図２に示したピストンリングの面圧分布を示す図である。
【図４】馴染み運転段階を経た後の図１に示した凹所を備えるピストンリングを示す断面図である。
【図５】図４に示したピストンリングの面圧分布を示す図である。
【００１６】
図１は、コンプレッションリングとして形成されたピストンリングを示している。このピストンリングは、本態様では鋳鉄から成る基体１を有している。基体１を上から見た平面図では、摺動面２、内側の周面３ならびに上側の側面４および合口５が看取れる。合口５の合口エッジ６，７を起点として、周方向で合口５の両側に、設定可能な半径方向の高さおよび規定された周方向長さのウェブ付設部８，９が延びている。このウェブ付設部８，９は、エンジンによって、少なくとも１μｍ〜１０μｍの半径方向の高さを有し、最大で４５°の周方向長さを介して基体１の曲率半径に移行する。各ウェブの隆起は、エンジン種類に依存してよい。
【００１７】
図２は、図１に示した基体１を横断面で示している。摺動面２、内側の周面３、上側の、つまり燃焼室に面した側面４および下側の、つまりシリンダクランクケーシングに面した側面４’が看取れる。基体１は、環状に延びるように形成された区画化された凹所１０を備えている。凹所１０は、本態様ではＰＶＤ層により形成された耐摩耗性のコーティング１１を収容している。コーティング１１の外側には、基体１の材料から成る図１に示した各ウェブ付設部、ここではウェブ付設部８が設けられている。図示のように、ウェブ付設部８は、規定可能な半径方向の高さを以てコーティング１１の上方に張り出している。図２は、基体１を、本格的な運転段階に入る前の基体１を示している。
【００１８】
図３は、ピストンリングが本格的な運転段階に入る前の基体１の面圧分布（半径方向の圧力の分布）を示している。この場合、合口５は単に示唆されるのみであり、合口領域における面圧分布が本格的な運転段階に入る前には比較的大きいことが判る。
【００１９】
図４は、本格的な運転段階に入った後の、即ち馴染み運転段階を経た後の、図１に示したピストンリングの基体１を示している。図２に図示されたウェブ付設部８は除去されているので、基体１の、付設部外に位置する頂点が、対向する摺動面（図示せず）に対して使用される。
【００２０】
図５は、馴染み運転段階を経た後の基体１における面圧分布を示している。この場合、単に示唆された合口５で、本格的な運転段階に入る前に比べて小さな面圧分布が与えられていることが判る。このように達成された合口の負荷軽減により、この合口の領域で、油膜は、基体の残りの周面における油膜と同じか、より厚く形成され得る。この改良された、または均一化された潤滑により、合口領域の熱的な過負荷が阻止され、摩耗は耐用期間に有利に減じられる。
【００２１】
エンジン運転後に、本発明によるピストンリングは摩滅した合口を有するのではなく、むしろむらのない均一な当たり線（Tragspiegel）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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