HERSTELLEN EINS KOLBENRINGS

Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbolader, insbesondere der Abgasturbolader. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Kolbenring für einen Turbolader, und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings für einen Turbolader. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenring zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turboladers und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turbo laders.

Stand der Technik

Handelsübliche Kolbenringe zum Abdichten von (rotierenden) Teilen in Turbo ladern sind mit zunehmender Leistungssteigerung und den damit verbundenen thermischen Belastungen nicht mehr in der Lage, ihre Funktion als Wellenabdichtung vollständig wahrzunehmen.

Die Kolbenringe sind zwischen einem feststehenden und mindestens einem rotierenden Teil angeordnet und dienen als Gas- und/ oder Öldichtung. In der Regel wird der Kolbenring bei der Montage des Turboladers mit radial nach außen gerichteter Vorspannung beaufschlagt und mit dem feststehenden Teil kraftschlüssig und dichtend verbunden. Im Betrieb wird der Kolbenring durch den hohen anliegenden Luft- oder Abgasdruck in Richtung des rotierenden Teils gepresst. Dadurch verringert sich der Dichtspalt zwischen Kolbenring und rotierendem Teil was zur gewünschten Dichtwirkung führt. Um eine optimale Dichtwirkung mit minimalem Dichtspalt zu erreichen, wird ein neu eingebauter Kolbenring durch Reiben an dem rotierenden Teils in axialer Richtung eingeschliffen. Die negativen Auswirkungen fertigungsbedingter Maßabweichungen (Toleranzen) auf den Dichtspalt im Betrieb werden durch das Einschieifen eliminiert. Die Reibung zwischen Kolbenring und dem rotierenden Teil führt zu einer starken Erhitzung des Kolbenrings. Turbinenseitig kommt dazu, dass der Kolbenring auch betriebsbedingt sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sein kann. Zwar sind die Temperaturen im stationären Betrieb relativ konstant auf einem verträglichen Niveau. Kommt es jedoch beim Abschalten des Turboladers zu einer starken Nacherwärmung, kann die Kolbenringtemperatur den für den Verlust der Vorspannung kritischen Bereich erreichen. Insbesondere bei Notstops, wenn Kühlungsmaßnahmen ausgeschaltet werden müssen, ergeben sich oft sehr hohe Temperaturspitzen.

Wird der Kolbenring zu heiß, geht die radiale Vorspannkraft verloren und der Kolbenring dichtet gegenüber dem feststehenden Teil nicht mehr genügend ab. Dies kann je nach Material bereits ab einer Temperatur von 350°C geschehen. Zudem neigt der entspannte Kolbenring dazu, mit den rotierenden Teilen mitzudrehen wodurch er sich abnormal abnützen und schließlich sogar brechen kann. Beschädigte Kolbenringe können zu erheblichen Betriebsstörungen des Turboladers führen. Bei der Materialwahl für herkömmliche Kolbenringe wird darauf geachtet, dass einerseits ein möglichst weiches Material verwendet wird, um den Einschleifprozess zu unterstützen und eine möglichst optimale Dichtung zu erzielen. Andererseits sollte ein möglichst warmfestes, hitzebeständiges Material verwendet werden, um die Vorspannung nicht schon bei geringen thermischen Belastungen aufs Spiel zu setzen. Weich und warmfest sind jedoch schwierig zu kombinierende Materialeigenschaften.

Einschleifende Kolbenringe in Turbo ladern zeigen generell gute Eigenschaften bezüglich Leckageverhalten. Graugusskolbenring haben grundsätzlich gute Eigenschaften und sind kostengünstig. Durch zu hohe Temperaturen verlieren diese Kolbenringe aber ihre Vorspannung, wodurch ihre Funktion nicht mehr gewährleistet ist. Alternativ können auch sogenannte Bimetall- Kolbenringe eingesetzt werden. In der Regel bestehen diese Bimetall- Kolbenringe aus einem hitzebeständigen Grundwerkstoff und einer Einlauf eschichtung. Diese Bimetall- Kolbenringe funktionieren zwar gut, sind in der Beschaffung aber teuer.

Daher werden ein Kolbenring für einen Turbo lader, ein Turbo lader mit einem Kolbenring und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings bereitgestellt, die zumindest einige der Probleme des Standes der Technik lösen. Kurze Darstellung der Erfindung

In Anbetracht des Vorstehenden wird ein Kolbenring für einen Turbo lader nach Anspruch 1, ein Turbo lader mit einem Kolbenring nach Anspruch 8 und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings für einen Turbo lader nach Anspruch 11 bereitgestellt. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte, der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kolbenring zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turboladers bereitgestellt. Der Kolbenring umfasst einen ersten Ringkörper, der ein Grundkörper des Kolbenrings ist. Der erste Ringkörper ist dabei geformt und ausgelegt, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen. Der Kolbenring umfasst weiterhin einen zweiten Ringkörper, wobei der zweite Ringkörper geformt und ausgelegt ist, in eingebautem Zustand in einem Turbolader eine Vorspannung aufzuweisen. Der erste Ringkörper und der zweite Ringkörper sind stoffschlüssig miteinander verbunden.

Durch die Erfindung können die Kolbenringe deutlich kostengünstiger hergestellt werden als bekannte Kolbenringe. Zusätzlich sind keine teuren Beschichtungsanlagen notwendig, wodurch die Beschaffung auch bei weniger spezialisierten Lieferanten erfolgen kann. Dies erhöht die Lieferantenauswahl und verringert weiter die Kosten. Weiterhin ermöglicht es die Erfindung durch die zwei Ringkörper, die zwei Funktionen „Formstabilität (Hitzebeständigkeit)" und„Einlaufeigenschaften" zu trennen. Durch das Bereitstellen von zwei Ringkörpern, insbesondere separaten Ringkörpern, können diese zwei Funktionen getrennt voneinander ausgeführt werden und die Materialien entsprechend gewählt werden. Zum Beispiel kann das Material des ersten Ringkörpers gemäß der Vorgaben für gute Einschleifeigenschaften und das Material des zweiten Ringkörpers gemäß den Vorgaben der Formstabilität und Hitzebeständigkeit gewählt werden. Dadurch ist keine kompromissbehaftete Lösungsfmdung bei der Materialwahl mehr nötig. Zudem können die Kosten gesenkt werden durch den Verzicht auf teure Beschichtung eines einzelnen Ringkörpers. Anders als bei bisherigen Lösungen kann der Grundkörper des Kolbenrings nun auch aus einem einlaufoptimierten Material gefertigt werden, ohne auf teure, hitzebeständige Materialien zurückgreifen zu müssen. Zum Beispiel kann der Grundkörper nun aus einem günstigen (und gegebenenfalls weichen) Material gefertigt werden. Der zweite Ringkörper sorgt für die notwendige Formstabilität. Eine Einlaufschicht ist dadurch nicht mehr nötig.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Turbo lader mit einem Kolbenring gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen bereitgestellt. Durch die verbessersten und zuverlässig wirkenden Eigenschaften des Kolbenrings in dem Turbolader werden der Verschleiss und die Fehleranfälligkeit des Turboladers verringert.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turboladers bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten Ringkörpers aus einem ersten Ringkörpermaterial, wobei der erste Ringkörper ein Grundkörper des Kolbenrings ist, und geformt und ausgelegt ist, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen. Das Verfahren umfasst weiterhin das stoffschlüssige Verbinden des ersten Ringkörpers mit einem zweiten Ringkörpermaterial. Das zweite Ringkörpermaterial umfasst ein hitzebeständiges Material, das bis ungefähr 800°C hitzebeständig ist. Das erste Ringkörpermaterial kann dabei insbesondere eine geringere Härte aufweisen als das zweite Ringkörpermaterial.

Durch das hierin beschriebene Verfahren kann der Kolbenring gemäß Ausführungsformen kostengünstig und einfach hergestellt werden. Es kann ein weicheres Material als Grundkörper gewählt werden (und/oder ein Material mit einem höheren Relaxationsverhalten, insbesondere ein Material, das unter Spannungen stärker relaxiert, und/oder ein Material mit einem höheren Verschleißverhalten, insbesondere ein Material, das ein besseres Einschleifverhalten zeigt, verglichen mit dem zweiten Ringkörper), wie unten näher erläutert werden wird. Auf den Grundkörper oder an den Grundkörper kann der zweite Ringkörper durch stoffschlüssiges Verbinden geformt werden. Das hierin beschriebene Verfahren erlaubt es, einen Kolbenring mit den oben beschriebenen Vorteilen herzustellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden sind anhand der Figuren Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kolbenrings, des Turboladers und des Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenrings schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Teilansicht eines Turboladers mit zwei, zwischen rotierenden Teilen und feststehenden Gehäuseteilen angeordneten Kolbenringen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,

Figur 2 eine vergrößerte schematische Ansicht auf den erfindungsgemäß ausgeführten, turbinenseitigen Kolbenring nach Figur 1

Figur 3a eine schematische Draufsicht auf einen Kolbenring gemäß Ausführungsformen der Erfindung,

Figur 3b eine schematische Schnittansicht eines Kolbenrings gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie A-A aus Figur 3 a,

Figur 3c eine vergrößerte schematische Teilansicht der Schnittansicht aus Figur 3b,

Figur 3d eine schematische Schnittansicht eines Kolbenrings gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung entlang der Linie A-A aus Figur 3 a,

Figur 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Kolbenrings gemäß Ausführungsformen der Erfindung,

Figuren 5a bis 5e schematische Ansichten möglicher Ausgestaltungsvarianten des Stoßes eines offenen Ringkörpers gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung,

Figur 6 eine schematische Draufsicht auf einen Kolbenring gemäß einer weiteren Ausführungsformen der Erfindung,

Figuren 7a und 7b schematische Schnittansichten eines Kolbenrings mit verschiedenen Ausführungsvarianten einer axialen Sandwichkonstruktion gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung,

Figuren 8a und 8b schematische Schnittansichten eines Kolbenrings mit verschiedenen Ausführungsvarianten einer radialen Sandwichkonstruktion gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung, Figuren 9a bis 9d schematische Schnittansichten eines Kolbenrings mit weiteren alternativen Ausführungsvarianten der Erfindung, und

Figuren 10a bis lOd schematische Schnittansichten eines Kolbenrings mit anderen weiteren alternativen Ausführungs Varianten der Erfindung. Im Allgemeinen werden gleiche Teile in den Figuren mit der gleichen Referenznummer bezeichnet.

Detaillierte Beschreibung

Figur 1 zeigt schematisch eine Teilansicht eines Turboladers 100. Auf der linken Seite ist das Verdichterrad 1 angedeutet, welches auf der drehbar gelagerten Welle 3 befestigt ist. Die Welle wiederum ist mit dem Turbinenrad 2 auf der rechten Seite verbunden. Das Turbinenrad umfasst nicht dargestellte Schaufeln, über die das Turbinenrad von einem Abgasstrom angetrieben wird. Das Verdichterrad umfasst ebenfalls nicht dargestellte Schaufeln.

Im Bereich zwischen den beiden Rädern sind nicht dargestellte Axial- und Radiallager angeordnet. Hierfür können zwischen einem Axialanschlag am Verdichterrad und einem Axialanschlag an der Welle eine beliebige Anzahl Teile eingeklemmt sein, welche im Betriebszustand mit der Welle mitdrehen und Dicht- und/ oder Lagerfunktionen übernehmen.

Jeweils auf der Rückseite der beiden Räder sind nicht rotierende Gehäuseteile 4 angeordnet, welche gegenüber dem Lagerbereich einerseits die entstehende Wärme und andererseits den in den Strömungskanälen herrschenden Druck abschirmen. Um den hohen Druck nicht in den Lagerbereich entweichen zu lassen und damit kein Schmieröl aus dem Lagerbereich des nicht rotierenden Gehäuses entweicht, sind zwischen den Gehäuseteilen 4 und den mit der Welle rotierenden Teilen entsprechende Kolbenringe angeordnet. Eine turbinenseitige Kolbenringanordnung ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Unten ist jeweils ein Teil des Turbinenrades 2 mit einer umlaufenden Nut 22 für den Kolbenring 5 dargestellt. Radial ausserhalb des Turbinenrades ist das Gehäuseteil 4 angeordnet. Die verdichterseitige Wand der Nut 22 dient als Kontaktoberfläche 21, welche zum Dichten mit einer entsprechenden Kontaktoberfläche des Kolbenringes 5 zusammenwirkt. Der Kolbenring 5 wird bei der Montage in die Nut 22 eingebracht. Anschliessend wird das Turbinenrad 2 von rechts in axialer Richtung in das Gehäuseteil 4 eingeschoben. Dabei wird der Kolbenring mit radialer Vorspannung beaufschlagt, da sich das Gehäuseteil entlang dem Einschubweg an einer oder mehreren Stellen 42 oder aber kontinuierlich verengt. Dazu ist der Kolbenring, wie zum Beispiel in Figur 3a dargestellt, vorteilhafterweise mit einem Schlitz 53 versehen und als Sprengring ausgebildet, welcher eine entsprechende radiale Vorspannung erlaubt. Der Kolbenring wird in axialer Richtung entlang der Innenseite des Gehäuseteils 4 geschoben. Der Kolbenring ist dabei in der Nut 22 nicht eingeklemmt, er weist axial ein Spiel von bis zu mehreren zehntel Millimeter auf. Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten, verdichterseitigen Dichtungsanordnung ist der Kolbenring 5 im Übergangsbereich zwischen dem mit der rotierenden Welle verbundenen Verdichterrad 1 und dem nicht rotierenden Gehäuseteil 4 angeordnet. Zwischen dem Verdichterrad und einem Axialanschlag der Welle ist ein festgeklemmtes, mitrotierendes Teil 6, beispielsweise ein Lagerteil oder eine Dichtscheibe, dargestellt. Die Dichtscheibe 6 umfasst eine Kontaktoberfläche 61, welche zum Dichten mit einer entsprechenden Kontaktoberfläche des Dichtungsringes 5 zusammenwirkt.

Bei der erstmaligen Inbetriebnahme eines neu montierten Kolbenrings, kommt es zu einem Einschleifprozess im Kontaktbereich der zueinander rotierenden Kontaktoberflächen und zu reibungsbedingten Materialabtragungen. Der Kolbenring 5 wird dabei während dieses einmaligen Einschleifprozesses gegen die rotierende Kontaktoberfläche 21 der Nut bzw. 61 der Dichtscheibe gepresst und von dieser wie von einer Schleifscheibe abgeschliffen.

Der Kolbenring, wie er beispielhaft in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, ist typischerweise ein Kolbenring gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere weist der Kolbenring 5 einen ersten Ringkörper 51 und einen zweiten Ringkörper 52 auf, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Der Begriff„Ringkörper", wie er hierein verwendet wird, kann verstanden werden als ein Ringkörper, der alleine oder zusammen mit einem anderen Ringkörper einen Kolbenring bilden kann. Insbesondere kann der Ringkörper ein offener Ringkörper sein, wie beispielhaft in Figur 3 a gezeigt. Der Ringkörper kann eine Öffnung in Umfangsrichtung aufweisen, so dass der hierin beschriebene Ringkörper keinen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring darstellt. In Bezug auf Figur 3 a kann die Öffnung des Ringkörpers eine Maulweite 53 aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der Kolbenring ein offener Ringkörper, wie es beispielhaft in Figur 3a gezeigt ist. Typischerweise weist der offene Ringkörper ein erstes Ende 53 A und ein zweites Ende 53B auf, wobei das erste Ende 53A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers einen Stoß bereitstellen, insbesondere wenn der Schlitz 53 geschlossen ist, d.h. wenn das erste Ende 53A mit dem zweiten Ende 53B in Kontakt steht. Beispielsweise können das erste Ende 53A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers derart ausgebildet sein, dass ein gerader Stoß bereitgestellt wird, wie es beispielhaft in Figur 3 a und Figur 5 a dargestellt ist. Alternativ können das erste Ende 53A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers derart ausgebildet sein, dass ein schräger Stoß bereitgestellt wird, wie es beispielhaft in Figur 5b gezeigt ist. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform, wie sie beispielhaft in Figur 5c dargestellt, ist das erste Ende 53 A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers derart ausgebildet, dass ein überlappender Stoß bereitgestellt wird. Darüber hinaus können das erste Ende 53A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers derart ausgebildet sein, dass ein verhakter Stoß bereitgestellt wird, wie es in Figur 5d beispielhaft gezeigt ist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, können das erste Ende 53A und das zweite Ende 53B des Ringkörpers derart ausgebildet sein, dass ein Stoß mit erhöhter Dichtigkeit bereitgestellt wird, wie es in den Figur 5e und 5f dargestellt ist in denen eine erhöhte Dichtigkeit durch die Schraffur angedeutet ist. Der Stoß mit erhöhter Dichtigkeit kann walzenförmig (Figur 5e) oder schräg (Figur 5f) ausgebildet sein.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann der Ringkörper eine ringförmige oder ringartige Form aufweisen. Zum Beispiel kann die Form des Ringkörpers im Wesentlichen rund sein, insbesondere (aber nicht beschränkt darauf) kreisrund, mit einer Öffnung, wie oben beschrieben. In manchen Ausführungsformen kann der Ringkörper wie hierin beschrieben auch eine von der Kreisform abweichende Form aufweisen, wie zum Beispiel eine ovale Form, eine langlochähnliche Form oder ähnliches.

Wie in der Figur 2 gezeigt, besteht der Kolbenring 5 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus einem ersten Ringkörper 51 und einem zweiten Ringkörper 52. Dabei wird der erste Ringkörper 51 auch als Grundkörper bezeichnet. Ein Grundkörper eines Kolbenringes kann als ein Einzelteil verstanden werden, und kann insbesondere derart verstanden werden, dass der Grundkörper auch ohne weitere Komponenten des Kolbenringes existiert. In einem Beispiel kann der Grundkörper des Kolbenringes verstanden werden als ein Körper, der mindestens 50% des Volumens des Kolbenringes einnimmt. In einem Beispiel nimmt der Grundkörper maximal 80% des Volumens des Kolbenringes ein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Grundkörper der Teil des Kolbenringes sein, an welchem beim Einschieifen des Kolbenringes in dem Turbo lader Materialabtrag stattfindet. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind der erste und der zweite Ringkörper geformt und ausgelegt, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen. Dabei kann zum Beispiel die Form des Ringkörpers derart gewählt werden, dass er in eingebauten Zustand in einem Turbolader eine Vorspannung aufweist, wie oben detailliert beschrieben wurde. Typischerweise sind der erste Ringkörper und der zweite Ringkörper derart geformt oder ausgestaltet, dass sie beim Einbau in einen Turbo lader mit einer radial nach aussen gerichteter Vorspannung beaufschlagt werden. In einem Beispiel wird der Kolbenring mit radialer Vorspannung beaufschlagt, da sich das Gehäuseteil entlang dem Einschubweg an einer oder mehreren Stellen oder aber kontinuierlich verengt. In diesem Beispiel ist der Ringkörper an die beabsichtigte Verwendung in einem Turbolader, den entsprechenden Einbauort, und die entsprechenden Dimensionen angepasst. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen ist der Kolbenring, wie zum Beispiel in Figur 3a dargestellt, mit einem Schlitz versehen und als Sprengring ausgebildet, welcher eine entsprechende radiale Vorspannung erlaubt.

In einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen, hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Außendurchmesser des Kolbenrings größer geformt und ausgelegt sein als der Innendurchmesser des statischen Gehäuseteils 4 an einer Position, an der der Kolbenring 5 angeordnet ist. Dadurch können der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52, gegebenenfalls auch ein dritter Ringkörper 54, des Kolbenrings 5 im Turbo lader 100 (wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt) durch die Abmessungen mit Vorspannung belegt werden. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen sind der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere um einen Kolbenring zu bilden. In hierin beschriebenen Ausführungsformen mit einem dritten Ringkörper 54 kann der erste Ringkörper 51, der zweite Ringkörper 52, und der dritte Ringkörper 54 stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Typischerweise ist das stoffschlüssige Verbinden eine Verbindung, bei denen der ersten und der zweite Ringkörper (und gegebenenfalls der dritte Ringkörper 54) durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper (und gegebenenfalls zwischen dem dritten Ringkörper und dem ersten Ringkörper oder zwischen dem dritten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper) kann gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen eine nicht lösbare Verbindung sein, die sich nur durch Zerstörung des Kolbenrings trennen lässt. Ferner kann die Verbindung zwischen dem ersten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper (und gegebenenfalls zwischen dem dritten Ringkörper und dem ersten Ringkörper oder zwischen dem dritten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper) als eine Verbindung zwischen entsprechenden Kontaktstellen verstanden werden, wobei die Kontaktstellen eben, konisch oder wellenförmig ausgeführt sein können.

Beispiele für das stoffschlüssige Verbinden des ersten Ringkörpers und des zweiten Ringkörpers (und gegebenenfalls des dritte Ringkörpers 54) können Löten Schweißen, Kleben, SLM (selektives Laserschmelzen), LMD (Laser Metal Deposition) und dergleichen sein.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann der zweite Ringkörper (und gegebenenfalls der dritte Ringkörpers 54) ein eigenständiger, separater Ringkörper sein, der neben dem Grundkörper (oder ersten Ringkörper) existiert und der getrennt von diesem hergestellt werden kann. Der zweite separate Ringkörper (und gegebenenfalls der dritte Ringkörpers 54) kann stoffschlüssig mit diesem verbunden werden, um den Kolbenring zu formen. In manchen Ausführungsformen kann der zweite Ringkörper (und gegebenenfalls der dritte Ringkörpers 54) auf den Grundkörper aufgebracht sein, zum Beispiel durch LMD. In beiden Fällen weist der Kolbenring jedoch einen ersten Ringkörper und einen zweiten Ringkörper (und gegebenenfalls einen dritte Ringkörper 54) auf, die insbesondere erkenn- und sichtbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Figur 3b zeigt eine Schnittansicht eines Kolbenrings 5 gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt Figur 3b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A, wie sie in der Draufsicht des Kolbenringes 5 in Figur 3a gezeigt ist. Die Schnittansicht der Figur 3b zeigt, dass der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 des Kolbenringes 5 in axialer Richtung des Kolbenringes 5 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dabei kann die axiale Richtung des Kolbenrings einer Richtung entsprechen, die senkrecht zur radialen Richtung und senkrecht zur Umfangsrichtung steht. Die axiale Richtung des Kolbenrings kann in eingebauten Zustand der axialen Richtung der die Turbine und den Verdichter verbindenden Welle 3 entsprechen. In Figur 2 ist die axiale Richtung mit dem Referenzzeichen 55 beispielhaft eingezeichnet.

Figur 3c zeigt eine vergrößerte Teilansicht B der Schnittansicht der Figur 3b. In der vergrößerten Teilansicht B kann man den ersten Ringkörper 51 und den zweiten Ringkörper 52 sehen. Die beiden sind sichtbar durch eine stoffschlüssige Verbindung 57 miteinander verbunden. In dem in Figur 3c gezeigten Beispiel ist die stoffschlüssige Verbindung 57 zum Beispiel durch eine Schweißnaht dargestellt.

Figur 3d zeigt eine Schnittansicht eines Kolbenrings 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem in Figur 3d gezeigten Beispiel sind der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 in radialer Richtung stoffschlüssig miteinander verbunden. Die radiale Richtung des Kolbenrings kann in eingebauten Zustand der radialen Richtung der die Turbine und den Verdichter verbindenden Welle 3 entsprechen. In Figur 2 ist die radiale Richtung mit dem Referenzzeichen 56 beispielhaft eingezeichnet.

In den Beispielen der Figuren 3b bis 3d sind der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 in etwa gleich groß und nehmen insbesondere jeweils ungefähr 50% des Volumens des Kolbenringes 5 ein. Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen, hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der zweite Ringkörper 5 eine Abmessung in axialer Richtung 55 (und/oder radialer Richtung 56) des Kolbenrings 5 aufweisen, die genauso groß oder kleiner ist als die Abmessung des ersten Ringkörpers 51 in axialer Richtung 55 (und/oder radialer Richtung 56) des Kolbenrings 5. Insbesondere kann dabei der zweite Ringkörper 52 eine Abmessung in axialer Richtung (und/oder radialer Richtung) aufweisen, die mindestens 20% der Abmessung des ersten Ringkörpers in axialer Richtung 55 (und/oder radialer Richtung 56) beträgt, typischerweise zwischen 20% und 100%, noch typischerweise zwischen 30%> und 100% und noch typischerweise zwischen 50%> und 100%) der Abmessung des ersten Ringkörpers in axialer Richtung 55 (und/oder radialer Richtung 56) beträgt. In einer Ausführungsform sind auch die Abmessungen der beiden Ringkörper in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich. Typischerweise gleichen sich der erste Ringkörper und der zweite Ringkörper sowohl in der Form als auch in der Größe im Wesentlichen.

Der Begriff„im Wesentlichen" kann bedeuten, dass eine gewisse Abweichung der damit beschriebenen Eigenschaft zulässig und inkludiert ist. Zum Beispiel können „Im Wesentlichen gleiche Abmessungen" eine Abweichung von bis zu 15% dieser Abmessung beinhalten.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der erste Ringkörper ein erstes Ringkörpermaterial und der zweite Ringkörper ein zweites Ringkörpermaterial, wobei das erste Ringkörpermaterial und das zweite Ringkörpermaterial insbesondere unterschiedliche Materialien sind.

In einer Ausführungsform kann der zweite Ringkörper durch die Wahl des entsprechenden zweiten Ringkörpermaterials in der stoffschlüssigen Verbindung mit dem ersten Ringkörper die Vorspannung des ersten Ringkörpers 51 während des Betriebes des Kolbenringes 5 aufrechterhalten. Zum Beispiel kann das zweite Ringkörpermaterial eine größere Hitzebeständigkeit aufweisen, als das erste Ringkörpermaterial. Durch die stoffschlüssige Verbindung kann der zweite Ringkörper den ersten Ringkörper quasi in eingebautem Zustand während des Betriebes des Turbo laders in Form halten.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Hitzebeständigkeit des zweiten Ringkörpermaterials beschrieben werden als eine Eigenschaft, den Durchmesser des zweiten Ringkörpers bei Hitzeeinwirkung, zum Beispiel bis 800°C, im Wesentlichen konstant zu halten. Eine Größe im Wesentlichen konstant zu halten, wie hierin beschrieben, kann kleine Abweichungen beinhalten, die keinen Effekt auf die Funktion des Kolbenringes haben. Zum Beispiel kann der Durchmesser, der„im Wesentlichen konstant" gehalten wird eine Abweichung von bis zu 2% des Durchmessers während des Betriebes aufweisen. Insbesondere kann der zweite Ringkörper 52 ein zweites Ringkörpermaterial aufweisen, das bis ungefähr 800°C hitzebeständig ist. Zum Beispiel kann der zweite Ringkörper hitzebeständigen Stahl und/oder Werkstoffe auf Stahlbasis umfassen oder aus diesem/diesen gefertigt sein. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann das zweite Ringkörpermaterial zumindest eines aus der Gruppe sein bestehend aus: Edelstahl, Nickel-Chrom-Molybdän-Niob-Legierung von Stahl, niedriggekohlte (0,03%) Nickel- Chrom-Mo lybdän-Niob-Legierung von Stahl, Inconel 625 bis 680, Inconel 718, und IN713.

Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das erste Ringkörpermaterial des ersten Ringkörpers 51 eine geringere Härte aufweisen als das zweite Ringkörpermaterial des zweiten Ringkörpers 52. Insbesondere kann der erste Ringkörper Grauguss umfassen oder aus Grauguss bestehen.

In manchen Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, können der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 ein unterschiedliches Relaxationsverhalten aufweisen. Zum Beispiel kann das erste Ringkörpermaterial des ersten Ringkörpers ein stärkeres Relaxationsverhalten (d.h. relaxiert stärker unter Spannung) aufweisen, als das zweite Ringkörpermaterial des zweiten Ringkörpers (d.h. der zweite Ringkörper relaxiert unter Spannungen weniger stark). Insbesondere kann das Relaxationsverhalten der Ringkörper für das Erhalten der Radialvorspannung relevant sein. Daher kann der zweite Ringkörper, der die Vorspannung des ersten Ringkörpers während des Betriebes in dem Turbolader aufrechterhalten soll, ein geringeres Relaxationsverhalten aufweisen, als der erste Ringkörper. Dies kann zum Beispiel heißen, dass der zweite Ringkörper ein Ringkörpermaterial umfasst, das unter Spannungen weniger stark relaxiert als das erste Ringkörpermaterial.

Typischerweise sind für das Einschieifen des Kolbenringes in dem Turbolader die tribo logischen Eigenschaften des Ringkörpermaterials relevant, und insbesondere die tribo logischen Eigenschaften des ersten Ringkörpermaterials. Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann auch der Verschleißwiderstand der beiden Ringkörpermaterialien unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann der Verschleißwiderstand des ersten Ringkörpermaterials geringer sein (d.h. zeigt ein besseres EinschleifVerhalten oder hat einen größeren Abrieb oder Verschleiß) als das des zweiten Ringkörpermaterials. Somit kann der erste Ringkörper insbesondere für den Einschleifvorgang in dem Turbolader geeignet sein und dafür eingesetzt werden. Durch die Zusammensetzung des Kolbenringes aus zwei Ringkörpern, und insbesondere die unterschiedlichen Eigenschaften der zwei Ringkörpermaterialien ist der eine Ringkörper für den Einschleifprozess angepasst und geeignet, während der andere Ringkörper die Formstabilität gewährleisten kann und die Vorspannung des Kolbenringes aufrechterhalten kann. Die Herstellung des Kolbenringes wird dadurch günstiger, insbesondere da der Grundkörper aus einem günstigen Material (wie zum Beispiel Grauguss) hergestellt werden kann. Der Kolbenring nach Ausführungsformen der Erfindung kann auch als Zweikomponenten-Kolbenring bezeichnet werden. Bei dem Zweikomponenten- Kolbenring kann zum Beispiel, wie oben erläutert, der Grundkörper aus einem Standard-Graugusskolbenring bestehen. Jedoch gibt es bei Standard-Grauguss- Kolbenringen Probleme in Turbo ladern, da die Standard-Graugusskolbenringe nicht den Anforderungen und Bedingungen in einem Turbolader standhalten (insbesondere was die auftretende Wärme betrifft). Damit bei dem Grundkörper die Vorspannung auch nach dem Einschieifen vorhanden ist, wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein zweiter Ring, der aus einem hitzebeständigen Werkstoff besteht, stoffschlüssig mit dem Graugusskolbenring verbunden.

Die Erfindung ermöglicht es, den Grundkörper aus einem Graugusskolbenring anstatt aus einem hitzebeständigen Grundwerkstoff herzustellen. Der hitzebeständige Teil wird als zweiter Ringkörper stoffschlüssig angebracht. Daher kann in Ausführungsformen der Erfindung zusätzlich auf die weiche und teuer aufzubringende Einlaufschicht verzichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden kann, weist der Kolbenring 5 keine Einlaufschicht oder Einschleifschicht auf. Insbesondere weist der Kolbenring 5 gemäß Ausführungsformen der Erfindung keine Einlaufschicht oder Einschleifschicht auf, die ein Material umfasst, das weicher ist (und/oder ein Material mit einem höheren Verschleißverhalten), als das erste Ringkörpermaterial und/oder das zweite Ringkörpermaterial. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der erste Ringkörper 51 größer als der zweite Ringkörper 52, wie es beispielhaft in Figur 6 dargestellt ist. Insbesondere kann der zweite Ringkörper 52 einen unterschiedlichen Innendurchmesser und/oder einen unterschiedlichen Außendurchmesser als der erste Ringkörper aufweisen. Beispielsweise kann der erste Ringkörper 51 einen größeren Außendurchmesser aufweisen als der der zweite Ringkörper 52. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Ringkörper 51 einen kleineren Innendurchmesser aufweisen als der der zweite Ringkörper 52. Ferner kann der zweite Ringkörper 52 in Umfangsrichtung kürzer ausgeführt sein als der erste Ringkörper 51. Insbesondere kann der der zweite Ringkörper 52 im Bereich des Stoßes kürzer ausgeführt sein als der erste Ringkörper 51, wie es beispielhaft in Figur 6 gezeigt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Kolbenring ferner einen dritten Ringkörper 54 umfassen, wie es beispielhaft in den Figuren 7a, 7b, 8a und 8b dargestellt ist. Somit kann ein Kolbenring mit einer axialen Sandwichkonstruktion bereitgestellt werden. Die Figuren 7a und 7b zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Kolbenrings mit einer Sandwichkonstruktion, die in axialer Richtung 55 angeordnet ist, und die Figuren 8a und 8b zeigen beispielhafte Ausführungsformen eines Kolbenrings mit einer Sandwichkonstruktion, die in radialer Richtung 55 angeordnet ist.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, sind der erste Ringkörper 51, der zweiten Ringkörper 52 und der dritte Ringkörper 54 derart konfiguriert, dass der erste Ringkörper 51 mit dem zweiten Ringkörper 52 über eine erste Kontaktfläche 51A und mit dem dritten Ringkörper 54 über eine zweite Kontaktfläche 51B in Kontakt ist. Wie es beispielhaft in den Figurn 7a und 8b gezeigt ist kann die erste Kontaktfläche 51A des ersten Ringkörpers 51 gegenüber der zweiten Kontaktfläche 51B des ersten Ringkörpers 51 angeordnet sein. Mit anderen Worten der erste Ringkörper 51 kann zwischen dem zweiten Ringkörper 52 und dem dritten Ringkörper 54 angeordnet sein, so dass ein Kolbenring mit einer Sandwichkonstruktion bereitgestellt wird. Die Sandwichkonstruktion kann in axialer Richtung 55, wie es beispielhaft in Figur 7a gezeigt ist, oder in radialer Richtung 55, wie es beispielhaft in Figur 8b gezeigt ist, angeordnet sein. Der dritte Ringkörper 54 kann gemäß den hierin beschrieben Ausführungsformen des zweiten Ringkörpers 52 ausgeführt sein.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, sind der erste Ringkörper 51, der zweiten Ringkörper 52 und der dritte Ringkörper 54 derart konfiguriert, dass der zweite Ringkörper 52 mit dem ersten Ringkörper 51 über eine erste Kontaktfläche 52A und mit dem dritten Ringkörper 54 über eine zweite Kontaktfläche 52B in Kontakt ist. Wie es beispielhaft in den Figuren 7b und 8a gezeigt ist kann die erste Kontaktfläche 52A des zweiten Ringkörpers 52 gegenüber der zweiten Kontaktfläche 52B des zweiten Ringkörpers 52 angeordnet sein. Mit anderen Worten der zweite Ringkörper 52 kann zwischen dem ersten Ringkörper 51 und dem dritten Ringkörper 54 angeordnet sein, so dass ein Kolbenring mit einer Sandwichkonstruktion bereitgestellt wird. Die Sandwichkonstruktion kann in axialer Richtung 55, wie es beispielhaft in Figur 7b gezeigt ist, oder in radialer Richtung 55, wie es beispielhaft in Figur 8a gezeigt ist, angeordnet sein. Der dritte Ringkörper 54 kann gemäß den hierin beschrieben Ausführungsformen des ersten Ringkörpers 51 ausgeführt sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, sind der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert, dass der erste Ringkörper 51 mit dem zweiten Ringkörper 52 über mindestens zwei benachbarte Kontaktflächen 51B, 5 IC des ersten Ringkörpers 51 in Kontakt steht, wie es beispielhaft in den Figuren 9a, 9d , 10 a und lOd dargestellt ist. Mit anderen Worten, der erste Ringkörper 51 kann zumindest teilweise in den zweiten Ringkörper 52 eingebettet sein, so dass zwei benachbarte Kontaktflächen 51B, 5 IC des ersten Ringkörpers 51 mit dem zweiten Ringkörper 52 in Kontakt stehen, wie es beispielhaft in den Figur 9d und lOd gezeigt ist. Figur 9d zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart angeordnet sind, dass eine radial innen liegende Fläche Ai des Kolbenrings bereitgestellt wird, die teilweise durch den ersten Ringkörper 51 und teilweise durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird. Alternativ kann der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart angeordnet sein, dass eine radial außen liegende Fläche Aa des Kolbenrings bereitgestellt wird, die teilweise durch den ersten Ringkörper 51 und teilweise durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, wie es beispielhaft in Figur lOd gezeigt ist.

Ferner, kann der erste Ringkörper 51 auch derart in den zweiten Ringkörper 52 eingebettet sein, dass drei benachbarte Kontaktflächen 51A, 51B, 5 IC des ersten Ringkörpers 51 mit dem zweiten Ringkörper 52 in Kontakt stehen, wie es beispielhaft in den Figuren 9a und 10a gezeigt ist. Figur 9a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert sind, dass eine radial innen liegende Fläche Ai des Kolbenrings bereitgestellt wird, die einen ersten inneren Flächenabschnitt An, der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, einen zweiten inneren Flächenabschnitt A ₂ i, der durch den ersten Ringkörper 51 gebildet wird, und einen dritten inneren Flächenabschnitt A ₃ i, der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, aufweist. Alternativ, kann der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert sein, dass eine radial außen liegende Fläche Aa des Kolbenrings bereitgestellt wird, die einen ersten äußeren Flächenabschnitt Ai _a , der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, einen zweiten äußeren Flächenabschnitt A _2a , der durch den ersten Ringkörper 51 gebildet wird, und einen dritten äußeren Flächenabschnitt A _3a , der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, aufweist (siehe Figur 10a).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mit anderen hierein beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, sind der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert, dass der zweite Ringkörper 52 mit dem ersten Ringkörper 51 über mindestens zwei benachbarte Kontaktflächen 52B, 52C des zweiten Ringkörpers 52 in Kontakt steht, wie es beispielhaft in den Figuren 9b, 9c, 10b und 10c dargestellt ist. Mit anderen Worten, der zweite Ringkörper 52 kann zumindest teilweise in den ersten Ringkörper 51 eingebettet sein, so dass zwei benachbarte Kontaktflächen 52B, 52C des zweiten Ringkörpers 52 mit dem ersten Ringkörper 51 in Kontakt stehen, wie es beispielhaft in den Figur 9c und 10c gezeigt ist. Figur 9c zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart angeordnet sind, dass eine radial innen liegende Fläche A des Kolbenrings bereitgestellt wird, die teilweise durch den ersten Ringkörper 51 und teilweise durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird. Alternativ kann der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart angeordnet sein, dass eine radial außen liegende Fläche Aa des Kolbenrings bereitgestellt wird, die teilweise durch den ersten Ringkörper 51 und teilweise durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, wie es beispielhaft in Figur 10c gezeigt ist.

Ferner, kann der zweite Ringkörper 52 auch derart in den ersten Ringkörper 51 eingebettet sein, dass drei benachbarte Kontaktflächen 52A, 52B, 52C des zweiten Ringkörpers 52 mit dem ersten Ringkörper 51 in Kontakt stehen, wie es beispielhaft in den Figuren 9b und 1 Ob gezeigt ist. Figur 9b zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert sind, dass eine radial innen liegende Fläche Ai des Kolbenrings bereitgestellt wird, die einen ersten inneren Flächenabschnitt An, der durch den ersten Ringkörper 51 gebildet wird, einen zweiten inneren Flächenabschnitt A ₂ i, der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, und einen dritten inneren Flächenabschnitt A ₃ i, der durch den ersten Ringkörper 51 gebildet wird, aufweist. Alternativ, kann der erste Ringkörper 51 und der zweite Ringkörper 52 derart konfiguriert sein, dass eine radial außen liegende Fläche Aa des Kolbenrings bereitgestellt wird, die einen ersten äußeren Flächenabschnitt Ai _a , der durch den ersten Ringkörper 51 gebildet wird, einen zweiten äußeren Flächenabschnitt A _2a , der durch den zweiten Ringkörper 52 gebildet wird, und einen dritten äußeren Flächenabschnitt A _3a , der durch den ersten Ringkörper 52 gebildet wird, aufweist (siehe Figur 10b).

Der erfindungsgemäße Kolbenring kann insbesondere für einen Turbolader für einen Dieselmotor eingesetzt werden. Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 60 zum Herstellen eines Kolbenrings 5 zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turbo laders 100. Das Verfahren umfasst in Block 61 das Bereitstellen eines ersten Ringkörpers 51 aus einem ersten Ringkörpermaterial. Dabei kann der erste Ringkörper ein Ringkörper sein, wie er oben beschrieben wurde, insbesondere kann der erste Ringkörper 51 ein Grundkörper des Kolbenrings 5 sein. Wie oben beschrieben ist der erste Ringkörper geformt und ausgelegt, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen. Dies kann zum Beispiel durch die oben detailliert ausgeführten Maßnahmen geschehen.

Das Verfahren 60 umfasst in Block 62 das stoffschlüssige Verbinden des ersten Ringkörpers 51 mit einem zweiten Ringkörpermaterial. Dabei umfasst das zweite Ringkörpermaterial in Block 62 ein hitzebeständiges Material, das bis ungefähr 800°C hitzebeständig ist. Typischerweise kann das erste Ringkörpermaterial 51 eine geringere Härte aufweisen als das zweite Ringkörpermaterial.

Die Merkmale des ersten Ringkörpers, des zweiten Ringkörpers und des dritten Ringkörpers, wie sie oben in Bezug auf den Kolbenring beschrieben wurden, können auch auf das Verfahren angewendet werden.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das stoffschlüssige Verbinden das Aufbringen des zweiten Ringkörpermaterials oder des hitzebeständigen Materials auf den ersten Ringkörper, um einen zweiten Ringkörper zu bilden. Ferner kann das stoffschlüssige Verbinden das Aufbringen des hitzebeständigen Materials auf den ersten Ringkörper umfassen, um einen dritten Ringkörper zu bilden. Insbesondere kann das zweite Ringkörpermaterial durch ein additives Fertigungsverfahren auf den ersten Ringkörper aufgetragen werden. In einem Beispiel kann das zweite Ringkörpermaterial in Pulverform auf den ersten Ringkörper aufgebracht werden. Dabei können materialabscheidende Prozesse verwendet werden, wie zum Beispiel LMD oder dergleichen. Das Material und/oder die Beschaffenheit und/oder das Herstellungsverfahren des dritten Ringkörpers kann dem Material und/oder der Beschaffenheit und/oder dem Herstellungsverfahren des hierin beschriebenen zweiten Ringkörpers entsprechen.

In einer anderen Ausführungsform umfasst das stoffschlüssige Verbinden das Bereitstellen eines separaten, zweiten Ringkörpers, der das zweite Ringkörpermaterial umfasst oder daraus besteht. Der zweite Ringkörper ist dabei geformt und ausgelegt, in eingebautem Zustand in einem Turbolader eine Vorspannung aufzuweisen, wie oben detailliert erläutert. Ferner kann das stoffschlüssige Verbinden das Bereitstellen eines dritten Ringkörpers aus dem zweiten Ringkörpermaterial umfassen, wobei der dritte Ringkörper geformt und ausgelegt ist, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen. Der zweite Ringkörper (und gegebenenfalls der dritte Ringkörper) kann dabei gemäß Ausführungsformen der Erfindung durch Löten, Schweißen oder Kleben mit dem ersten Ringkörper stoffschlüssig verbunden werden.

In beiden Fällen, das heißt sowohl wenn das zweite Ringkörpermaterial auf den ersten Ringkörper aufgetragen wird als auch wenn das zweite Ringkörpermaterial in Form eines separaten, zweiten Ringkörpers (und gegebenenfalls eines separaten, dritten Ringkörpers) bereitgestellt wird, kann der Formschluss zwischen dem ersten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper (und gegebenenfalls zwischen dem dritten Ringkörper und dem ersten Ringkörper oder zwischen dem dritten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper) am Kolbenring gesehen werden, zum Beispiel durch Verbindungsnähte, durch Materialunterschiede, durch strukturveränderte Bereiche, durch geschmolzene Bereiche zwischen dem ersten Ringkörper und zweiten Ringkörper (und gegebenenfalls zwischen dem dritten Ringkörper und dem ersten Ringkörper oder zwischen dem dritten Ringkörper und dem zweiten Ringkörper), durch zusätzliches (Löt- und/oder Schweiß -)Material an der Kontaktstelle zwischen ersten und zweiten Ringkörper und dergleichen. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht das stoffschlüssige Verbinden des ersten Ringkörpers 51 mit dem zweiten Ringkörpermaterial 52 (und gegebenenfalls des dritten Ringkörpers 54 mit dem ersten Ringkörpers 51 oder dem zweiten Ringkörper) das Aufrechterhalten der Vorspannung des ersten Ringkörpers 51 während des Betriebes des Kolbenringes 5. Dies kann zum Beispiel durch die Hitzebeständigkeit des zweiten Ringkörpermaterials, die unterschiedlichen Härtegrade der Ringkörper, die unterschiedlichen Relaxationsverhalten der Ringkörper und/die unterschiedlichen Verschleiß verhalten der Ringkörper ermöglicht werden.

Insbesondere, um die unterschiedlichen Härtegrade des ersten Ringkörpermaterials und des zweiten Ringkörpermaterials bereit zu stellen, umfasst das Bereitstellen des ersten Ringkörpers 51 in einer Ausführungsform das Bereitstellen eines Graugussringes. Das zweite Ringkörpermaterial kann zum Beispiel aus hitzebeständigen Stahl bestehen oder diesen enthalten (Beispiele für hitzebeständigen Stahl sind oben detailliert aufgeführt und können auch für das Verfahren verwendet werden). Vor allem kann dadurch die Vorspannung des Kolbenringes während des Betriebes des Turboladers, in den der Kolbenring eingebaut ist, aufrechterhalten werden.

Gemäß einer Ausführungsformen der Erfindung, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann umfasst das stoffschlüssige Verbinden das Verbinden des zweiten Ringkörpermaterials mit dem ersten Ringkörper in axialer Richtung des Kolbenrings. Die axiale Richtung ist in der Figur 2 beispielhaft mit dem Referenzzeichen 55 gekennzeichnet. Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen bezüglich der Herstellung des ersten Ringkörpers, des zweiten Ringkörpers, des dritten Ringkörpers und/ oder des Kolbenringes beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ringkörpers und/oder eines Kolbenringes für einen Turbolader bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Materialpulvers zum Formen eines Grundkörpers des Kolbenringes und/oder eines zweiten Ringkörpers und/oder eines dritten Ringkörpers; das Formen des Grundkörpers und/oder eines zweiten Ringkörpers des Kolbenringes und/oder eines dritten Ringkörpers des Kolbenringes aus dem Materialpulver. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verfestigen des Materialpulvers in Form des Grundkörpers.

In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, umfasst das Verfestigen zumindest eines aus der folgenden Gruppe: Erhitzen des Materialpulvers, Anwenden von Druck über dem Atmosphärendruck auf das Materialpulver, Härten des Materialpulvers, und Härten des Materialpulvers durch einen chemischen Prozess. Erfindungsgemäß kann das Formen und/oder Verfestigen des Grundkörpers und/oder eines zweiten Ringkörpers und/oder eines dritten Ringkörpers zumindest eines aus der folgenden Gruppe umfassen: Spritzen des Materialpulvers, Mischen des Materialpulvers mit einer Flüssigkeit, Sintern, MIM (metal injection molding), und ein generatives Fertigungsverfahren (additive manufacturing). In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, gibt das Formen des Grundkörpers die Form des Kolbenringes vor. In einem Beispiel, das mit hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann das Materialpulver zumindest eines aus der folgenden Gruppe sein: Metalle und Metalllegierungen, insbesondere sinterbare Metalle, wobei die Metalle und Metalllegierungen insbesondere Grauguss, hitzebeständiger Stahl, hitzebeständiger Stahl, der bis ungefähr 800°C hitzebeständig ist, und eine Nickellegierung umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist der Grundkörper und/oder der zweite Ringkörper und/oder der dritte Ringkörper eine Maulweite auf. Das Formen und/oder Verfestigen des Materialpulvers das Formen des Grundkörpers und/oder des zweiten Ringkörpers und/oder des dritten Ringkörpers kann mit einer Maulweite mit einer Toleranz von +/- 0.3 mm erfolgen. In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, umfasst das Formen und/oder Verfestigen des Materialpulvers das Formen des Grundkörpers und/oder des zweiten Ringkörpers und/oder des dritten Ringkörpers mit einer Planlauf ab weichung des Kolbenringes von weniger als 0.3 mm. Erfindungsgemäß umfasst das Formen und Verfestigen des Materialpulvers das Formen eines Kolbenrings, der geformt und ausgelegt ist, in eingebautem Zustand in einem Turbo lader eine Vorspannung aufzuweisen.

In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird ein Kolbenring und/oder ein Ringkörper zum Abdichten von mindestens einem Bauteil eines Turbo laders bereitgestellt, der durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenringes und/oder eines Ringkörpers hergestellt worden ist. Dabei können der Kolbenring und/oder der Ringkörper Merkmale aufweisen, wie sie oben beschrieben wurden. In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist der Grundkörper und/oder der zweite Ringkörper und/oder der dritte Ringkörper im Wesentlichen regelmäßig verteilte Poren auf. Insbesondere weisen die Poren eine Größe von 1 μιη bis 30 μιη auf. Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, weist der Grundkörper und/oder der zweite Ringkörper und/oder der dritte Ringkörper eine Dichte von 7000 kg/m ³ bis 8300 kg/m ³ auf.

Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, wird ein Turbolader mit einem Kolbenring gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen bereitgestellt.

In einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Turbo lader weiterhin umfassen ein Verdichterrad, eine drehbar gelagerte Welle, ein Turbinenrad und ein statisches Gehäuseteil, wobei der Kolbenring zwischen dem mit der drehbar gelagerten Welle verbundenen Verdichterrad und dem statischen Gehäuseteil oder zwischen dem mit der drehbar gelagerten Welle verbundenen Turbinenrad und dem statischen Gehäuseteil angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Turboladers bereitgestellt. Der Turbolader umfasst dabei ein Verdichterrad, eine drehbar gelagerte Welle mit mindestens einer Nut, ein Turbinenrad und ein statisches Gehäuseteil. Das Verfahren zum Herstellen eines Turbo laders umfasst das Anbringen eines Kolbenringes nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen in der Nut der drehbar gelagerten Welle. Das Verfahren zum Herstellen eines Turbo laders umfasst weiterhin das Einführen der Welle in das statische Gehäuseteil, wobei der Kolbenring mit einer Vorspannung belegt wird; und das Verbinden des Verdichterrades und des Turbinenrades mit der Welle.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden.

BEZUGSZEICHEN

1 Verdichterrad

2 Turbinenrad

21 Kontaktoberfläche

22 Nut

3 Welle

4 Gehäuseteil

42 Stelle am Gehäuseteil

5 Kolbenring

51, 52 erster/zweiter Ringkörper

51 A erste Kontaktfiäche des ersten Ringkörpers

51B zweite Kontaktfiäche des ersten Ringkörpers

5 IC dritte Kontaktfiäche des ersten Ringkörpers

52A erste Kontaktfiäche des zweiten Ringkörpers 52B zweite Kontaktfiäche des zweiten Ringkörpers

52C dritte Kontaktfläche des zweiten Ringkörpers

53 Maulweite

53 A erstes Ende des offenen Ringkörpers

53B zweites Ende des offenen Ringkörpers 54 dritter Ringkörper

57 stoffschlüssige Verbindung

55 axiale Richtung

56 radiale Richtung

60 Verfahren (Flussdiagramm)

61, 62 Block des Flussdiagramms Ai eine radiale innen liegende Fläche des Kolbenrings

An erster innerer Flächenabschnitt

A _2l zweiter innerer Flächenabschnitt

A _3l dritter innerer Flächenabschnitt

Aa radial außen liegende Fläche des Kolbenrings

Ala erster äußerer Flächenabschnitt

A _2a zweiter äußerer Flächenabschnitt

A _3a dritter äußerer Flächenabschnitt