Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring, der eine variable Druckentlastung zur Verfügung stellt. Grundlage ist eine auf der Ringaußenseite gebildete Druckentlastungs- Schräge.

Stand der Technik

Radialdrücke von Kolbenringen, die zwischen den Laufflächen von Zylinder und Ring wirken und die durch den V erbrennungsdruck verstärkt werden, wirken nicht gleichmäßig über den Umfang des Dichtsystems. Radialdrücke sind aufgrund der Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Ringinnenfläche und Ringaußenfläche am Ringstoß höher, wodurch in diesem Bereich eine höhere Flächenpressung erzeugt wird und verringerte Ölfilmdicken bewirkt werden. Hinzu kommt, dass in Ringstoßnähe aufgrund der Unterbrechung der Lauffläche die Öldrücke auf Umgebungsniveau fallen und es zu einem umfänglichen Schmierölfluss in die Ringstoßausnehmung kommt. Dies führt zu weiteren Ölfilmreduzierungen, schließlich zu erheblichem Festkörperkontakt bzw. Reibung und daraus resultierend erhöhtem Verschleiß, Fressen und Bewehrungsschicht-Zerrüttung mit Riss- und Pflastersteinbildungen an der Lauffläche, v.a. in den Stoßbereichen des Kolbenrings.

Bekannte Abhilfemaßnahmen sind bevorzugt bei Kolbenringen mit größeren axialen Höhen angeschliffene Fasen an der Lauffläche oberhalb des Pivot-Punktes. Diese dienen als Gasdruckangriffsfläche und erzeugen eine Kraftkomponente in Richtung des Kolbennutinnenbereichs. Diese Kraftkomponente wirkt demnach dem Gasdruck am Innendurchmesser des Rings radial entgegen und entlastet so den tragenden Bereich des Laufprofils, um tribologische Schäden an den zumeist vorhandenen Bewehrungsschichten vor allem an Ringen der ersten Kolbenringnut, die dem Verbrennungsdruck direkt ausgesetzt sind, zu vermeiden. Diese bekannten Druckentlastungen sind jedoch über dem gesamten Umfang gleich angebracht und haben damit den Effekt, gleichmäßig gegen den Radialdruck des Ringes auf die Zylinderwand zu wirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die umfängliche Variabilität der Radialdrücke zu berücksichtigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt einen Kolbenring, umfassend eine Ringaußenseite, eine obere Ringflanke und eine untere Ringflanke, wobei die Ringaußenseite an einer Oberkante eine Druckentlastungsschräge aufweist, sodass nur ein unterer Teil der Ringaußenseite eine Kontaktfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Abmessung der Kontaktfläche in Umfangsrichtung variiert.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Kolbenrings ist, dass eine gezielt definierte axiale Abmessung der Kontaktfläche über den Umfang des Rings die umfänglich unterschiedlichen Radialdrücke bzw. effektiven Radialdrücke kompensiert. Dies geschieht durch die einhergehende Veränderung der Höhe der Gasangriffsfläche an der Lauffläche, die in der Richtung dem Gasdruck am Ringinnendurchmesser entgegengewirkt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche einen radial äußersten Punkt bzw. Pivotpunkt der Kontaktfläche einschließt.

Es ist bevorzugt, dass sich die axiale Abmessung der Kontaktfläche bis zu dem radial äußersten Punkt der Lauffläche erstreckt.

Es ist bevorzugt, dass eine axiale Lage des radial äußersten Punkts der Kontaktfläche in Umfangsrichtung variiert.

Es ist bevorzugt, dass ein axialer Abstand zwischen der Oberkante und der Kontaktfläche im Bereich des Stoßes maximal ist und sich in gleichmäßigem Verlauf über dem Umfang auf einen Minimalwert, der im Bereich von 0 % bis 40 %, bevorzugt von 2,5 % bis 30 %, besonders bevorzugt von 5 % bis 15 % einer Kolbenringhöhe liegt, verjüngt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche in einem Bereich, der sich über 5 % bis 35 %, bevorzugt 10 % bis 30 %, besonders bevorzugt 10 % bis 25 % des Gesamtumfangs des Kolbenrings auf beiden Seiten des Ringstoßes erstreckt, ein Minimum aufweist.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche in Umfangsrichtung von dem Minimum zu dem Ringstoß und in entgegengesetzte Richtung zunimmt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche an dem Ringstoß das Minimum aufweist.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche ausgehend von dem Ringstoß in Umfangsrichtung zunimmt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche über den Bereich, der sich über 5 % bis 35 %, bevorzugt 10 % bis 30 %, besonders bevorzugt 10 % bis 25 % des Gesamtumfangs des Kolbenrings auf beiden Seiten des Ringstoßes erstreckt, auf beiden Seiten des Ringstoßes konstant ist.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche über den Bereich, der sich über 5 % bis 35 %, bevorzugt 10 % bis 30 %, besonders bevorzugt 10 % bis 25 % des Gesamtumfangs des Kolbenrings erstreckt, auf beiden Seiten des Ringstoßes erst konstant ist und dann zunimmt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche in wenigstens einem Bereich in Umfangsrichtung konstant ist.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche in Teilbereichen des Umfangs zwischen 60 % und 100 % der Kolbenringhöhe beträgt.

Es ist bevorzugt, dass die axiale Abmessung der Kontaktfläche in einem dem Ringstoß gegenüberliegenden Bereich 60 % der Kolbenringhöhe beträgt.

Es ist bevorzugt, dass ein Winkel zwischen der Druckentlastungsschräge und der Oberkante im Bereich von 93 ° bis 160 °, bevorzugt im Bereich von 100 ° bis 150 °, besonders bevorzugt im Bereich von 105 ° bis 140 ° liegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden werden beispielhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren genauer beschrieben, wobei

Fig. 1 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Kolbenrings und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ringaußenseite im Stoßbereich des erfindungsgemäßen

Kolbenrings zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Kolbenrings 2 mit einer Ringaußenseite 4, einer einem Brennraum zugewandten oberen Ringflanke 6 und einer einem Brennraum abgewandten unteren Ringflanke 8. An der Ringaußenseite 4 ist eine Druckentlastungsschräge 12 zu sehen, die eine axiale Abmessung in axialer Richtung 16 aufweist, die beginnend von einer Oberkante 10 bis etwa 35 % bis 45 % der axialen Kolbenringhöhe reicht. Eine radiale Abmessung der Druckentlastungsschräge 12 beträgt etwa 10 % bis 15 % der radialen Abmessung der Kolbenringschnittfläche. Dabei bildet eine geradlinige Verbindung des Endes der Kontaktfläche 14, das der Oberkante 10 am nächsten liegt, mit einem in Radialrichtung nach Innen versetzten Punkt an der Oberkante 10 die Druckentlastungsschräge 12. Durch diese können Brenngase von außen gegen den Kolbenring 2 drücken und so eine Kraft ausüben, die einer Kraft entgegenwirkt, die von Brenngasen erzeugt wird, die auf eine Kolbenringinnenseite wirken. Im unteren Bereich der Ringaußenseite 4 befindet sich eine Kontaktfläche 14 bzw. Lauffläche mit einem radial äußersten Punkt 20.

Die Druckentlastungsschräge wird durch einen Winkel zwischen der Druckentlastungsschräge 12 und der Oberkante 10 definiert. Der minimale Winkel, der sich bevorzugt am Ringstoß 12 befindet, beträgt etwa 93 ° bis 110 °. Der maximale Winkel beträgt etwa 135 ° bis 140 °, wobei dieser in Fig. 1 zwischen der gestrichelten Linie, die die Variation der Druckentlastungsschräge 12 in Umfangsrichtung 18 anzeigt, und der Oberkante 10 liegt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Ringaußenseite des Kolbenrings 2 im Bereich des Ringstoßes 22. Die Druckentlastungsschräge 12 ist wie in Fig. 1 dem Brennraum zugewandt und die Kontaktfläche 14 dem Brennraum abgewandt. Dabei variiert eine axiale Abmessung der Druckentlastungsschräge 12 bzw. Kontaktfläche 14 in Umfangsrichtung 18.

Die axiale Abmessung in axialer Richtung 16 der Kontaktfläche 14 weist am Ringstoß 22 ein Minimum auf und beträgt etwa 55 % bis 65 % der axialen Kolbenringhöhe. Im Bereich des Ringstoßes 22 ist die axiale Abmessung der Kontaktfläche 14 bevorzugt minimal, da dort aufgrund der Unterbrechung der Kontaktfläche 14 der Öldruckabfall am gravierendsten auftritt. In Umfangsrichtung 18 erweitert sich die axiale Abmessung der Kontaktfläche 14 dann stetig bis diese etwa 80 % bis 85 % der axialen Kolbenringhöhe beträgt, wobei die Übergänge verrundet sind. Im weiteren sichtbaren umfänglichen Verlauf ist die axiale Abmessung der Kontaktfläche 14 konstant. Die Ausführung der Druckentlastungsschräge 12 bzw. Kontaktfläche 14 ist dabei zum Ringstoß 22 symmetrisch. Bezugszeichenliste

2 Kolbenring

4 Ringaußenseite 6 obere Ringflanke

8 untere Ringflanke

10 Oberkante

12 Druckentlastungsschräge

14 Kontaktfläche 16 axiale Richtung

18 Umfangsrichtung

20 radial äußerster Punkt bzw. Pivotpunkt

22 Ringstoß