RING FOR PISTONS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Abstract: 1. A compression ring (1) which is intended for pistons of internal-combustion engines and on which there are provided, distributed over the inner circumference, a plurality of edges which are formed by recesses (2) or projections and which extend over the entire axial height of the compression ring (1), characterised in that there is associated with all the edges (3) of the projections or recesses (2) at least one flank section, which is aligned with the periphery of the compression ring (1) in the same sense, in such a way that all these sections produce from forces (K), acting on the compression ring (1), of the gases flowing around the compression ring (1) force components (Ku ) which cause the compression ring (1) to rotate.

Description: Xompressionsring für Kolben von Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft einen Kompressionsring für Kolben von Verbrennungsmotoren. Kompressionsringe dienen zur Dichtung des Verbrennungsraumes gegenüber dem Kurbelgehäuse. Sie müssen, um ihre Funktion einwandfrei erfüllen zu können, frei in den sie aufnehmenden Kolbenringnuten beweglich sein. Die freie Bewegbarkeit kann durch in der Ringnut sich aufbauende feste Ablagerungen wie besonders ölkohle beeinträchtigt werden. Im ungünstigsten Fall bewirken die Ablagerungen ein Festsetzen des Ringes mit der Folge, dass die Ringe brandig werden und es dann zu Kolbenfressern kommen kann. Den Aufbau von Ölkohle in der Ringnut versucht man bisher durch verschiedene konstruktive Massnahmen, wie z.B. durch bestimmte Feuerstegspiele beim Kolben, sowie entsprechende Auslegung der Ringnut und des Ringes selbst zu vermeiden. So ist es z.B. aus der FR-PS 1 191 687 bekannt, die Oberund Unterflanke eines Kolbenringes mit Ausnehmungen zu versehen. Die Ausnehmungen gehen dabei jeweils vom Innenumfang des Ringes aus und enden vor dem radialen Aussenumfang des Ringes, so dass dessen Lauffläche von den Ausnehmungen unberührt bleibt. Am radialen Innenumfang laufen die Ausnehmungen dagegen offen aus, so dass an der Oberund Unterflanke dort zickzackförmige Randkonturen entstehen. Derartige Kolbenringe sollen bevorzugt in die erste Kolbenringnut eingesetzt werden. Die Ausnehmungen in den Ringflanken sollen in erster Linie dafür sorgen, dass Verbrennungsgas hinter den Kolbenring in die Ringnut eindringen kann, um den Kolbenring zur Erhöhung der Abdichtfunktion nach aussen zu spannen. Bei Bewegung des Kolbenringes in der Ringnut sollen die Ausnehmungen ferner dazu dienen, sich an Oberund Unterflanke der Ringnut absetzende ölkohle laufend abzuschaben und dadurch ein. Festsetzen von ölkohle an diesen Flanken von vornherein zu vermeiden. Die Ausnehmungen sind jedoch, da sie sich am Innenumfang des Ringes nicht über dessen gesamte axiale Höhe erstrecken, nicht geeignet, den Aufbau von ölkohle im Nutengrund zu vermeiden. blkohleab- lagerungen im Nutengrund müssen jedoch unter allen Umständen vermieden werden, da sie im Laufe des Motorbetriebs, wenn sie von ausreichend fester Konsistenz sind, dazu führen, dass der Ring keine Radialbewegungen mehr ausführen kann. Man spricht dann davon, dass der Ring auf der ölkohleablagerung reitet mit der Konsequenz, dass die Ringe brandig werden und die Kolben letztlich zu fressen beginnen. Hier Abhilfe durch Freihalten des Nutengrundes von bl- kohleablagerungen zu schaffen, ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung. Gelöst wird diese Aufgae durch eine Ausbildung des Kompressionsringes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die in bezug auf die Ringnut ständige Bewegung des Kompressionsringes in axialer und radialer Richtung während des Motorbetriebes verhindern die sich in gleichem Masse bewegenden scharfen Kanten der erfindungsgemässen Vorsprünge bzw. Ausnehmungen am Innenumfang des Ringes das Ablagern von blkohle in den Freiräumen zwischen Ring und Nut. Sich dort doch etwa noch absetzende Clkohle wird gegebenenfalls unmittelbar nach Entstehen von den scharfen Kanten wieder entfernt. Für die Wirksamkeit der Kanten ist es zweckmässig, diese stark genug auszuprägen, wie es Anspruch 2 näher angibt. Weiterhin soll sich der Ring gleichsinnig drehen. Zur Unterstützung einer derartigen Drehbewegung des Ringes sind den scharfen Kanten jeweils Flanken entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 zugeordnet. Bei den Kanten, die von den Ausnehmungen am Innenumfang des Ringes gebildet werden, wird die Kraftkomponente in Umfangsrichtung durch den Gasstrom am Inneren des Ringes durch die diesen Kanten zugeordneten schrägen Flankenabschnitte erzeugt. Um die ölkohle nicht nur am Aufbau im Nutengrund zu hindern, sondern auch eventuelle Ablagerungen zwischen Ringoberflanke und Ringnutflanke von vornherein zu verhindern, ist es vorteilhaft, auch die Oberfläche der Ringoberflanke mit einer Art Schabekanten zu versehen. Nach Anspruch 4 werden zu diesem Zweck radial umlaufende Rillen vorgeschlagen. Die Vorsprünge und/oder Ausnehmungen am Innenumfang des Ringes sollen im Prinzip über die gesamte Länge des Umfanges verlaufen. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Ringe in dem dem Ringstoss gegenüberliegenden Bereich, in dem die Ringe im eingespannten Zustande, d.h. im Motorbetrieb, am stärksten mechanisch beansprucht sind, festigkeitsmässig häufig unzulässig stark geschwächt sind. Darüberhinaus können die Ausnehmungen oder Vorsprünge in diesem Bereich dazu führen, dass der Ring dort an seiner Lauffläche im eingebauten Zustand im Mikrobereich Oberflächenverwerfungen aufweist, die ein ungleichmässiges Lichtspaltmass zur Zylinderlauffläche ergeben. Dadurch kann sich in Umfangsrichtung des Kompressionsringes ein Bereich ergeben, in dem der Lichtspalt zwischen den Laufflächen von Ring und Zylinder unzulässig gross ist. Ist dies einmal der Fall, so kann dies durch eine Ausführung nach Anspruch 5 vermieden werden. Reicht die Einschränkung des Umfanges, auf dem die Ausnehmungen oder Vorsprünge fortgelassen werden, zur Erzielung ausreichender mechanischer Festigkeit und Vermeidung von Mikrowelligkeit auf der Ringlauffläche noch nicht aus, so ist der freizulassende Umfang entsprechend Anspruch 6 weiter einzuschränken. Die scharfen Kanten müssen nicht direkt integrierter Bestandteil des Kolbenringes selbst sein, sie können vielmehr gemäss Anspruch 3 auch an einem zwischen dem Nutengrund und dem Kolbenring zusätzlich eingebrachten Zwischenring angeordnet sein. Dabei kann der Zwischenring zweckmässigerweise aus Federstahl sein, so dass die scharfen Kanten sich günstig durch federnde Spreizfüsschen erzeugen lassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 die Draufsicht auf ein Kompressionsringteilstück in der Ringnut eines Kolbens Fig. 2 a-c Schnitte durch den Kompressionsring nach Fig.l Fig. 3 die Ansicht eines Kompressionsringteilstückes mit nutenförmigen Ausnehmungen Fig. 4 die Draufsicht auf das Kompressionsringteil stück nach Fig. 3 Fig. 5 die Draufsicht auf ein Kompressionsringteilstück mit einem erfindungsgemässen Zwischenring in der Ringnut eines Kolbens Fig. 6 die Anordnung von Spreizfüsschen in der Mitte eines Zwischenringes nach Fig.5 Fig. 7 eine Alternative zur Anordnung der Spreizfüsschen in einem Zwischenring nach Fig. 5. Der Kompressionsring 1 weist am Innenumfang scharfkantige Vorsprünge 2 auf und liegt in der Ringnut 3 eines Kolbens 4. Die Vorsprünge 2 können allternierend im Bereich der oberen und unteren Flanke des Kompressionsringes 2 angeordnet sein. Diese Ausbildung ist in den Darstellungen der Fig.2b und c wiedergegeben. Am Stoss des Kompressionsringes 1 können die Vorsprünge 2 fehlen, um die Dichtfunktion des Ringes zu beeinflussen. Die Vorsprünge 2 müssen nicht wie dargestellt alternierend im Bereich der Ober- und Unterflanke des Kolbenringes angeordnet sein. Es ist vielmehr sogar häufig besser, die Vorsprünge 2 über jeweils die gesamte Höhe des Kompressionsringes 1 laufen zu lassen. Scharfe Kanten können auch durch als schräge Nuten ausgebildete Ausnehmungen 7 im Kompressionsring 1 erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform weisen alle Ausnehmungen 7 gleichgerichtete schräge Flanken auf, so dass die um das Innere des Kompressionsringes 1 teilweise strömenden Verbrennungsgase den Ring in Rotation versetzen. Das erfolgt dadurch, dass die Kraft K der den Kompressionsring umströmenden Gase an den schrägen Flanken der Ausnehmungen 7 in KrafLkomponenten Ku und Kr aufgeteilt wird. Die Komponente Ku sorgt dafür, dass der Kolbenring in Umfangsrichtung gedreht wird. Die so aufgezwungene Drehbewegung gibt dem Kompressionsring die Kraft, die erforderlich ist, um mit den scharfen Kanten den Aufbau von ölkohle zu vermeiden oder sich bereits aufbauende Clkohle wieder abzukratzen. Die scharfen Kanten können auch durch Spreizfüsschen 5 an einem zwischen dem Kompressionsring 1 und dem Nutengrund des Kolbens 4 eingebrachten Zwischenring 6 aus Federstahl gebildet werden. Der Zwischenring 6 kann am Ringstoss des Kompressionsringes mit dem Kompressionsring derart verbunden sein, dass beide Ringe gemeinsam rotieren. Zur Unterstützung der Rotation tragen die federnden SpreizfüBchen 5 bei, wenn diese in abzulösende Ablagerungsschichten eingreifen. Hierzu trägt die Ausrichtung der federnden Spreizfüsschen 5 gemäss dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 2 bei. Die federnden Spreizfüsschen können an dem Zwischenring 6 entsprechend Fig.6 mittig oder entsprechend Fig.7 alternierend an der Ober- und Unterflanke des Zwischenringes 6 angeordnet sein. Die Kanten der Ringoberflanke nach Anspruch 4 werden am einfachsten durch Umfangsrillen 8 (Fig. 4) erreicht.

Claims: AnsT?rüche 1. Kompressionsring für Kolben von Verbrennunasmotoren mit ausserhalb der Lauffläche oberflächlich vorhandenen Aus nehmungen gekennzeichnet durch die Merkmale (a) verteilt über den Innenumfang des Kompressionsringes (1) sind eine Vielzahl von durch Ausnehmungen (7) oder Vorsprünge (2) gebildeter Kanten vorgesehen, (b) die scharfen Kanten sind so ausgerichtet, dass sie bei Drehung des Kompressionsringes (1) in einer Kolben ringnut in bezug auf im radialen Grund einer solchen Nut befindliche Ablagerungen schabend bzw. kratzend wirken, (c) die scharfen Kanten liegen zumindest mit einem ihrer Enden gemeinsam in einer zylindrischen inneren Grenz fläche des Kolbenringes (1) bvzw. von diesem radial nach innengehender Vorsprünge (2), (d) die zylindrische innere Grenzfläche des Kolbenringes (1) enthält in bezug auf die von dem Kolbenring (1) bzw. seinen Vorsprüngen (2) gebildete axiale Höhe keine umfangsmässig geschlossenen Ringabschnitte ohne eine Vielzahl nach Merkmal (b) ausgerichteter scharfer Kanten. 2. Kompressionsring nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die die scharfen Kanten bildenden Vorsprünge (2) oder Ausnehmungen (7) radial eine Höhe bzw. Tiefe von mehr als 0,5 mm aufweisen. 3. Kompressionsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass allen Kanten der Vorsprünge (2) bzw. Ausnehmungen (7) mindestens ein zum Kreisumfang des Kompressionsringes (1) gleichsinnig ausgerichteter Flankenabschnitt derart zugeordnet ist, dass alle diese Abschnitte aus auf den Kompressionsring (1) wirkenden Kräften (K) der den Kompressionsring (1) umströmenden Gase Kraftkomponenten (Ku) erzeugen, die eine Rotation des Kompressionsringes (1) bewirken. 4. Kompressionsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Oberfläche seiner Oberflanke umlaufende scharfe Kanten (8) auf weist. 5. Kompressionsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorsprünge (2) oder Ausnehmungen (7) lediglich beidseits des Ring stosses in einem Bereich bis zu zwischen 70 und 1100 angeordnet sind. 6. Kompressionsring nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass sich die Vorsprünge (2) oder Aus nehmungen (7) nur bis zu einem Bereich zwischen 70 und 900 beidseits des Ringstosses erstrecken. 7. Kompressionsring nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorsprünge (2) als federnde Spreizfüsschen (5) an einem am Innenumfang des Kompressionsringes (1) anliegenden separaten Zwischenring (6) ausgebildet sind.

Inventors: GURTLER, RUDOLF W., Gürtler, Rudolf W.
Applicants: MAHLE GMBH
Application year: 1980
Main classification: F16J9
IPC codes: F16J9