Die den Kolbenring aufnehmende, untere Seitenflanke der Kolben- ringnut unterliegt zwangsläufig einem Verschleiß. Die Lebensdauer und damit die Länge der erforderlichen Instandhaltungsintervalle hängt von der Verschleißrate ab. Je höher diese ist, desto kürzer sind die genannten Intervalle. Kurze Instandhaltungsintervalle wir- ken sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit aus.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfin- dung, eine Hubkolbenmaschine eingangs erwähnter Art mit einfa- chen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass eine hohe Lebensdauer jeder einen zugeordneten Kolbenring aufnehmenden unteren Seitenflanke einer Kolbenringnut erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die auf Pressung belastete, die untere Seitenflanke der Kolbenringnut berührende Kontaktfläche an der Unterseite des Kolbenrings kleiner als die durch den radial inneren Rand des Kolbenrings und den radial äußeren Rand der Kolbenringnut begrenzte Überdeckungs- fläche ist.

Nur dort, wo die Unterseite des Kolbenrings die untere Seitenflanke der zugeordneten Kolbenringnut berührt, also im Bereich der Kon- taktfläche können Abrieb und dementsprechend Verschleiß ent- stehen. Da die Kontaktfläche an der Unterseite des Kolbenrings kleiner als die Überdeckungsfläche ist, und der Kolbenring sich im Betrieb bewegt, verteilt sich der an der vom Kolbenring kontaktier- ten Fläche der unteren Seitenflanke der Kolbenringnut entstehende Verschleiß auf die gesamte Überdeckungsfläche. Die Folge davon ist eine über die ganze Überdeckungsfläche gesehene, vergleichsweise geringe Verschleißrate und dementsprechend eine entsprechend hohe Lebensdauer. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden daher lange Instandhaltungsintervalle und dementsprechend eine ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angege- ben.

Vorteilhaft kann die Unterseite des Kolbenrings mit oberflächen- seitigen Ausnehmungen versehen sein, die die wirksame Kontaktflä- che begrenzen. Diese Maßnahmen führen zu einer leicht herstell- baren Lösung.

Zweckmäßig kann das Verhältnis der Größe der wirksamen Kontakt- fläche des Kolbenrings zur Gesamtfläche der Unterseite des Kolben- rings im Bereich von 1 : 1, 5 bis 1 : 3 liegen. Ein bevorzugtes Verhältnis ist 1 : 2. Dies ergibt einen günstigen Kompromiss zwischen der auftretenden Flächenpressung einerseits und der Verteilung des Verschleißes auf eine größere Fläche andererseits.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann die den zugeordneten Kolbenring aufnehmende, untere Seitenflanke der Kolbenringnut eine ununterbrochene Oberfläche aufweisen. Dies er- leichtert die Herstellung.

Vorteilhaft kann die Oberfläche der unteren Seitenflanke der Kolben- ringnut aus einem verschleißfesten Material bestehen. Dies erhöht die Lebensdauer.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die die wirksame Kontaktfläche begrenzenden Ausnehmungen vom radial inneren Rand des Kolbenrings ausgehen. Hierdurch ist sicher- gestellt, dass die auf die Innenseite des Kolbenrings gelangenden Abgase in die genannten Ausnehmungen eindringen können, wo- durch eine Entlastung des Kolbenrings und damit eine Reduzierung der Flächenpressung im Bereich der wirksamen Kontaktfläche er- reicht werden können, was sich vorteilhaft auf die Reduzierung von Verschleiß auswirkt.

Vorteilhaft können die die wirksame Kontaktfläche begrenzenden Ausnehmungen an einem dem radial äußeren Randbereich des Kolbenrings zugeordneten Anlagebereich enden. Der auf diese Weise durchgehend gestaltete Anlagebereich ermöglicht in vorteilhafter Wiese eine gasdichte Anlage.

Zweckmäßig kann der Anlagebereich mit wenigstens einer einen Leckagekanal bildenden Unterbrechung versehen sein, die mit einer vom radial inneren Rand des Kolbenrings ausgehenden Ausneh- mung kommuniziert. Diese Maßnahme ermöglicht eine kontrollierte Leckage, die insbesondere bei den oberen Kolbenringen erwünscht ist, um eine zuverlässige Beaufschlagung des jeweils darunter sich befindenden Kolbenrings mit Gasdruck zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung der überge- ordneten Maßnahmen können die die wirksame Kontaktfläche be- grenzenden Ausnehmungen als vom radial inneren Rand des Kolbenrings ausgehende, bis zum Anlagebereich reichende Nuten ausgebildet sein, die zweckmäßig einen gegenüber der radialen Rich- tung geneigten Verlauf aufweisen. Diese Maßnahmen unterstützen eine Rotation des Kolbenrings und damit eine gute Verteilung des Verschleißes auf die gesamte Überdeckungsfläche.

Vorteilhaft ist die Breite von die die wirksame Kontaktfläche begren- zenden Ausnehmungen voneinander trennenden Stegen kleiner als die quer hierzu gerichtete Kolbenringbewegung. Auch hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Verschleißes auf die gesamte Über- deckungsfläche begünstigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildun- gen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unter- ansprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispiels- beschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen : Figur 1 eine Teilansicht eines Vertikalschnitts durch einen Zylin- der eines Zweitakt-Großdieselmotors, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines einen Kolbenring ent- haltenden Ausschnitts aus Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf die Unterseite des Kolbenrings von Figur 2, Figur 4 einen Radialschnitt durch den Kolbenring von Figur 2 mit angedeuteter Gasströmung, Figur 5 einen Draufsicht auf eine andere Kolbenring-Ausführung und Figur 6 einen Radialschnitt durch den Kolbenring gemäß Figur 5.

Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind große Hubkolbenbrenn- kraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise für Schiffsantriebe Verwendung finden. Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner nähe- ren Erläuterung mehr.

Der in Figur 1 dargestellte, einen Brennraum enthaltende Zylinder eines Zweitakt-Großdieselmotors besteht aus einer Zylinderbuchse 2 und einem auf dieser aufgenommenen, mit einem durch ein Ventil 3 kontrollierbaren Auslass und mit einem Einspritzventil 4 versehenen Zylinderkopf 5. Die untere, bewegliche Begrenzung des Brennraums 1 wird durch einen in der Zylinderbuchse 2 geführten Kolben 6 gebildet, der ein an einer nicht dargestellten Kolbenstange befes- tigtes Unterteil und eine hierauf aufgenommene Kolbenkrone 7 auf- weist. Diese ist mit einem Kolbenringpaket versehen, das hier vier in umfangsseitige Kolbenringnuten 8 eingreifende Kolbenringe 9 um- fasst, bei denen es sich um sogenannte gasdichte oder geschlitzte Kolbenringe handeln kann.

In der Regel ist zumindest der oberste Kolbenring eines Kolbenring- pakets zur Vermeidung von Leistungsverlusten als schlitzloser Kol- benring ausgebildet, der eine über seinen ganzen Umfang spaltfrei durchgehende, mit der Lauffläche der Zylinderbuchse 2 zusammen- wirkende Umfangsfläche aufweist. Die darunter liegenden Kolben- ringe können als geschlitzte Kolbenringe ausgebildet sein, deren unter einem Winkel abgeschrägte Enden einander unter Bildung eines Schlitzes bzw. Spaltes gegenüberstehen. Die vorliegende Erfin- dung ist in beiden Fällen mit Vorteil anwendbar.

Die Kolbenringe 9 liegen mit ihrer Unterseite auf der unteren Seiten- flanke der jeweils zugeordneten Kolbenringnut 8 auf. Im Betrieb werden die Kolbenringe 9 durch den im Brennraum 8 entstehenden Gasdruck beaufschlagt. Diese Belastung wird auf die untere Seiten- flanke der zugeordneten Kolbenringnut übertragen und führt dort zwangsläufig zu Verschleiß. Sobald der Verschleiß einen gewissen Wert erreicht hat, muss die die Kolbenringnuten 8 enthaltende Kol- benkrone 7 ausgetauscht werden, was einen hohen Aufwand erfor- dert.

Um die Lebensdauer der Kolbenkrone 7 und dementsprechend die Instandhaltungsintervalle zu verlängern, sind die Kolbenringe 9, wie beispielsweise aus Figur 2 hervorgeht, an ihrer Unterseite mit ober- flächigen Ausnehmungen 10 versehen, welche die auf Pressung beanspruchte, die untere Seitenflanke der zugeordneten Kolbenring- nut 8 tatsächlich berührende Kontaktfläche des Kolbenrings 9 gegenüber der maximal möglichen Berührungsfläche reduzieren. Die Kontaktfläche ist dementsprechend kleiner als die gegenseitige Über- deckungsfläche von Kolbenringunterseite und unterer Seitenflanke der zugeordneten Kolbenringnut 8, das heißt sie ist gegenüber der Fläche zwischen der radial inneren Begrenzung des Kolbenrings 9 und der radial äußeren Begrenzung der Kolbenringnut 8 reduziert.

Diese Reduktion ist so gewählt dass das Verhältnis der wirksamen Kontaktfläche der Unterseite des Kolbenrings 9 zu seiner unteren Gesamtfläche im Bereich von 1 : 1, 5 bis 1 : 3 liegt. Bei einer bevorzugten Ausführung entspricht diese Reduktion etwa der Hälfte der Fläche der Unterseite des Kolbenrings 9, so dass sich zwischen der wirksamen Kontaktfläche und der Gesamtfläche der Unterseite des Kolbenrings 9 ein Verhältnis von 1 : 2 ergibt. Hiermit konnten bei Versuchen besonders gute Ergebnisse erreicht werden.

Infolge der Bewegung der Kolbenringe 9 kommt deren wirksame Kontaktfläche nach und nach mit der gesamten zugewandten Trag- fläche 11 der unteren Seitenflanke der zugeordneten Kolbenringnut 8 in Berührung, wodurch sich der im Bereich der tatsächlichen Berührung zwischen der Unterseite des Kolbenrings 9 und der Trag- fläche 11 entstehende Verschleiß auf die gesamte Tragfläche 11 verteilt. Über die Gesamtheit dieser Fläche gesehen ergibt sich daher eine vergleichsweise geringe Verschleißrate.

Zweckmäßig ist die untere Seitenflanke der Kolbenringnut 8 mit einer aus verschleißfestem Material bestehenden Schutzschicht 12 versehen, die die durchgehende Tragfläche 11 enthält. Zur Bildung der Schutzschicht 12 können kostengünstige Materialien, wie Chrom bzw. Chromlegierungen, Verwendung finden. Infolge der Reduzierung der Verschleißrate über der ganzen Tragfläche können auch mit derart kostengünstigen Materialien vergleichsweise lange Standzeiten erreicht werden.

Die die wirksame Kontaktfläche der Kolbenringunterseite begrenzen- den Ausnehmungen 10 gehen, wie den Figuren 2 bis 4 entnehmbar ist, vom radial inneren Rand des zugeordneten Kolbenrings 9 aus und kommunizieren dementsprechend, wie am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, mit einem von der radial inneren Begrenzung der Kolbenringnut 8 und der dieser mit Abstand gegenüberliegenden, radial inneren Begrenzung des Kolbenrings 9 begrenzten Ringraum 13. Die Höhe des Kolbenrings 9 ist etwas kleiner als die lichte Höhe der zugeordneten Kolbenringnut 8. Auf diese Weise ergibt sich ober- halb des Kolbenrings 9 ein Spalt 14, über den der Ringraum 13 mit dem Spalt 15 zwischen der Kolbenkrone 7 und der Laufbüchse 2 und hierüber mit dem Brennraum 1 kommuniziert.

Der Kolbenring 9 wird daher, wie in Figur 4 durch Strömungspfeile 16 angedeutet ist, von Abgas umströmt, das in die Ausnehmungen 10 vordringen kann. Hierdurch wird eine auf den Kolbenring 9 wir- kende, nach oben gerichtete Kraft erzeugt, wodurch die auf die wirksame Kontaktfläche wirkende Pressung reduziert wird, das heißt dass die Kontaktfläche entlastet wird, was sich neben der oben bereits erwähnten Verteilung des Verschleißes auf die gesamte Trag- fläche 11 günstig auf die Verlängerung der Standzeit der Tragfläche 11 auswirkt.

Bei dem den Figuren 2 bis 4 zugrundeliegenden Beispiel sind die Ausnehmungen 10, wie Figur 3 anschaulich zeigt, als vom radial inneren Rand des Kolbenrings 9 ausgehende Nuten ausgebildet, die mit Abstand vom radial äußeren Rand des Kolbenrings 9 enden.

Hierdurch ergibt sich ein ebener, dem radial äußeren Rand des Kolbenrings 9 benachbarter Anlagebereich 17, der eine gasdichte Anlage der Unterseite des Kolbenrings 9 an der Tragfläche 11 der unteren Seitenflanke der zugeordneten Kolbenringnut 8 ermöglicht.

Dieser Anlagebereich 17 ist zweckmäßig so breit, dass sich seine minimale Breite zur Gesamtbreite des Kolbenrings 9 verhält wie 1 : 3 bis 1 : 5, vorzugsweise wie 1 : 4.

Zweckmäßig ist der Anlagebereich 17, wie die Figuren 3 und 4 zei- gen, über dem Umfang des Kolbenrings 9 mit wenigstens einer einen Leckagekanal 18 bildenden Unterbrechung versehen, die mit einer vom radial inneren Rand des Kolbenrings 9 ausgehenden Ausneh- mung 10 kommuniziert, so dass Abgas vom Bereich oberhalb des Kolbenrings 9 in den Bereich unterhalb des Kolbenrings 9 gelangen kann, wie in Figur 4 durch den Strömungspfeil 16a angedeutet ist.

Der lichte Querschnitt des Strömungskanals 18 ist, wie aus Figuren 3 und 4 erkennbar ist, kleiner als der lichte Querschnitt der hiermit kommunizierenden nutförmigen Ausnehmung 10. Hierzu ist die Tie- fe der den Strömungskanal 18 bildenden Unterbrechung ist geringer als die Tiefe der oberflächenseitigen Ausnehmungen 10. Es genügt, wenn die Tiefe des Strömungskanals 18 ein Viertel (1/4) der Tiefe der Ausnehmungen 10 beträgt, die ihrerseits zweckmäßig ein Fünfzigstel (1/50) bis ein Zwanzigstel (1/20) und vorzugsweise ein Dreißigstel (1/30) der Breite des Kolbenrings 9 beträgt.

Bei dem den Figuren 2 bis 4 zugrundeliegenden Beispiel sind die Ausnehmungen 10, wie schon erwähnt, als vom radial inneren Rand des Kolbenrings 9 ausgehende Nuten ausgebildet. Diese sind zweckmäßig so ausgebildet, dass sich eine an ein Quadrat in etwa angenäherte Flächenkonfiguration ergibt. Vorteilhaft ist die Lage der Ausnehmungen so gewählt, dass zumindest eine ihrer seitlichen Flanken mit der radialen Richtung einen Winkel oc einschließt. Die andere Flanke kann mit der radialen Richtung denselben Winkel a oder einen anderen Winkel ß einschließen oder in radialer Richtung verlaufen. Die Flanken des Strömungskanals 18 verlaufen zweckmäßig parallel und zur radialen Richtung geneigt, vorzugsweise um denselben Winkel wie die stärker gegenüber der radialen Richtung geneigte Seitenflanke der Ausnehmung 10.

Durch den gegenüber der radialen Richtung geneigten Verlauf wenigstens einer Flake der Ausnehmungen 10 und gegebenenfalls des Strömungskanals 18 wird die Rotationsbewegung des Kolbenrings 9 unterstützt, was sich günstig auf die Verteilung des auftretenden Verschleißes auf die gesamte Tragfläche 11 auswirkt.

Die oben erwähnte Neigung wenigstens einer Flanke oder beider Flanken der Ausnehmungen 10 liegt zweckmäßig zwischen 0 und 60°. Bei dem in Figur 3 dargestellten Beispiel sind die beiden Flanken um unterschiedliche Winkel a und ß gegenüber der radialen Richtung geneigt, wobei der Winkel a bevorzugt 50° und der Winkel ß bevorzugt 25° beträgt. Hiermit wird ein gutes Rotationsverhalten des Kolbenrings 9 erreicht. Die Neigung des Strömungskanals 18 ist parallel zu der um den größeren Winkel a geneigten Flanke.

Die die Ausnehmungen 10 bildenden Nuten sind, wie Figur 3 weiter zeigt, durch Stege 19 voneinander getrennt, die hier mit dem Anlagebereich 17 zusammenhängen. Die Breite der Stege 19 ist zweckmäßig kleiner als die quer hierzu verlaufende Rotationsbewe- gung des Kolbenrings 9, was sich ebenfalls günstig auf eine gleich- mäßige Verteilung des Verschleißes auf die gesamte Tragfläche 11 auswirkt.

Aufgrund des Unterschieds der Winkel a und ß sind die Stege 19 radial innen breiter als am dem Anlagebereich zugewandten Ende.

Hierdurch erhält der Kolbenring 9, wie aus Figur 3 anschaulich ersichtlich ist, im seinem radial inneren Rand benachbarten Bereich eine größerflächige Anlage an der Tragfläche 11 der Kolbenringnut 8, als dies bei einem parallelen Verlauf der Seitenflanken der Ausneh- ungen 10 der Fall wäre. Hierdurch wird eine gute Ballance zwischen radial innerer Anlage und radial äußerer Anlage des Kolbenrings 9 und damit eine zuverlässige Dichtwirkung erreicht.

Bei dem den Figuren 5 und 6 zugrundeliegenden Beispiel ist eine andere Gestaltung der die wirksame Kontaktfläche des Kolbenrings 9 reduzierenden Ausnehmungen vorgesehen. Die verschleißreduzie- rende Wirkung ist jedoch dieselbe wie beim vorstehend beschriebe- nen Beispiel. Für gleiche Teile finden daher auch weitgehend gleiche Bezugszeichen Verwendung. Bei der Ausführung gemäß Figuren 5,6 ist der Kolbenring 9 an seiner Unterseite zur Bildung von die Kon- taktfläche reduzierenden Ausnehmungen mit konzentrisch zu sei- nem radial inneren bzw. radial äußeren Rand umlaufenden Nuten 20 versehen, die mit wenigstens einer vom radial inneren Rand des Kolbenrings 9 ausgehenden radialen Stichnut 21 kommunizieren.

Über dem Umfang können auch mehrere Stichnuten 21 vorgesehen sein. Zwischen den in radialer Richtung gestaffelten Nuten 20 befin- den sich hierzu konzentrische Stege 22. Die radiale Breite der Stege 22 ist zweckmäßig kleiner als die radiale Bewegung des Kolbenrings 9.

Ausgehend vom radial äußeren Rand des Kolbenrings 9 ist ein vergleichsweise breiter, eine gasdichte Anlage ermöglichender Anla- gebereich 17 vorgesehen. Dieser ist durch wenigstens einen von ei- ner Stichnut 21 abgehenden Strömungskanal 18 unterbrochen. Be- züglich der Tiefenverhältnisse sowie der Flächenverhältnisse gelten auch bei dem den Figuren 5 und 6 zugrundeliegenden Beispiel die oben im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 gemachten Anga- ben.

Die obigen Ausführungen lassen erkennen, dass die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Konfigurationen der die wirk- same Kontaktfläche reduzierenden Ausnehmungen beschränkt ist.

Vielmehr ist praktisch jede Form möglich.