DE2709359A1

DE2709359A1 - Kolbenring fuer hubkolben-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2709359A1
Application number: DE19772709359
Authority: DE
Inventors: Harold Edward Mccormick
Original assignee: Ramsey Corp
Current assignee: TRW Automotive Products Inc
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2343129B1; US4040637A; GB1577751A; ES456507A1; CA1093111A; AU2277277A; JPS52107426A; FR2343129A1; DE2709359C2; JPS614983B2; GB1577752A; AU498808B2; BR7701317A; IT1076883B

Description

RAMSEY CORPORATION

St. Louis, Missouri 63166 /V.St.A,

unser Zeichen; R 926

Kolbenring für Hubkolben-Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft Kolbenringe für Brennkraftmaschinen, insbesondere einen Kolbenring für einen Hubkolbenmotor. Kolbenringe für Hubkolbenmotoren bewirken eine Gleitdichtung zwischen der Kolben-und Zylinderwand, durch die verhindert wird, daß Verbrennungsgase hinter den Kolben strömen und beispielsweise in das Kurbelgehäuse gelangen. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung einen Kolbendichtring, der eine Umfangsaussparung mit L-förmigem Querschnitt im oberen

709836/0981

äußeren (Querschnitt-)Bereich zur Verringerun des Laufflächenbereichs zwischen dem Ring und der Zylinderwand und eine korrespondierende Umfangsaussparung am oberen inneren (Querschnitt-) Bereich aufweist, die zu einem exakten Sitz in der zugeordneten Sitznut und zum Ausgleichen von Kolbenringdrehungen beitragen soll.

Bei Kolbendichtringen, deren Außenseite abgeschrägt oder angefast ist, ist es bekannt, eine nach oben und einwärts geneigte Außenumfangsfläche vorzusehen, wodurch der Gleitkontaktbereich an der zugehörigen Zylinderwand verringert wird. Eine solche Verringerung trägt dazu bei, die Gleitreibung zwischen dem Ring und der Zylinderwand abzuschwächen. Es ist weiterhin bekannt, die obere innen liegende Umfangsflache solcher Ringe abzuschrägen oder anzufasen. Eine solche Ausbildung geht aus der US-PS 3337938 hervor und zwar im Zusammenhang mit einem Torsionsring, der eine gedrehte Gestalt aufweist. Die Ausbildung symmetrischer Ausschnitte zur Beseitigung unbeabsichtigter Torsionsverdrehungen von Ringen ist in der US-PS 2423ol7 dargestellt.

Bei geneigten Kontaktflächen des Kolbendichtringes entsteht eine Schwierigkeit dadurch, daß der Verschleiß der Gleitfläche die wirksame Gegendruckfläche verringert, auf die der Verbrennungsgas-Druck während des Kompressions- und des Arbeitshubes zum Ausgleich der Kräfte einwirken kann, die den Ring an die Zylinderwand anzudrücken suchen.

Versuche, den Gleitflächenkontakt des Rings an der Zylinderwand einfach durch eine Verringerung der axialen Breite des Ringes zu vermindern und die volle Ringaußenfläche für den Gleitkontakt zu verwenden, erwiesen sich als nachteilig, weil ein solcher Aufbau die Gegendruckfläche beseitigt und darüber hinaus die Mindestdicke, mit der der Ring hergestellt werden kann, begrenzt ist. Diese Beschränkung ergibt sich deshalb, weil sich für Ringe mit einer axialen Breite unterhalb etwa 1,5 nun (.060 inch) ausreichend dichte Ringformen nicht mehr

709836/0961

zuverlässig herstellen lassen.

Ein anderer Nachteil der bekannten Ringe liegt darin, daß eine unbeabsichtigte und nachteilige Torsionsverdrehung des Ringes durch unausgeglichene Ringquerschnittsprofile verursacht werden, so daß der auf den Ring einwirkende Gasdurck und die dem Ring innewohnenden Spannungen, die durch den Herstellungsvorgang verursacht worden sind, im Sinne einer Drehung des Ringes aus dem erwünschten ebenen Sitzeingriff in der zugeordneten Ringnut wirken, wodurch sich eine nur schlechte Abdichtung und dadurch ein Gasübertrittr.in das Kurbelgehäuse ergibt.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die vorangehend aufgeführten sowie andere Nachteile durch die Schaffung eines Kolbenrings mit einer sich über den Umfang erstreckenden Aussparung, die in dem oberen und äußeren Bereich des Rings ausgebildet ist und einen radialen Absatz bildet, der die äußere Axialfläche in eine ausgesparte Außenseite und eine axiale Leitfläche unterteilt. Der Außendurchmesser der ausgesparten Außenfläche ist um einen Betrag kleiner als der Außendurchmesser der Gleitfläche, der wenigstens der radialen Verschleißtiefe der Gleitfläche entspricht. Die radiale Verschleißtiefe ist der Betrag der Abmessungsverringerung (verursacht durch den Verschleiß der Gleitfläche), bei dem die Nutzlebensdauer des Ringes endet.

Auch in dem oberen inneren Bereich des "Ringes ist eine sich über den Umfang erstreckende Aussparung ausgebildet. Die jeweiligen Abmessungen und Formen der inneren und äußeren Aussparung sind so gewählt, daß sie den Ring gegen Torsionsund Gasdruckkräfte ausbalancieren.

Ein Vorteil des vorangehend beschriebenen Aufbaus liegt darin, daß der Bereich der Gleitfläche wesentlich verringert wird, so daß der bei der Bewegung des Ringes gegenüber der Zylinderwand auftretende Reibungswiderstand wesentlich verringert wird. Darüber hinaus bildet die ausgesparte Außenfläche eine

709836/0981

Druckfläche, auf die die Verbrennungsgase einwirken und damit zur Verringerung des diametralen Gleitdrucks des Ringes an der Zylinderwand beitragen. Hinzu kommt eine Dimensionierung der Innenumfangsaussparung gegenüber der äußeren Aussparung, durch die der Ring gegen eine Torsion erzeugende innere Spannungen ausgeglichen wird.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Form der Innenumfangsaussparung ähnlich oder identisch der Form der Außenumfangsaussparung, so daß ein innerer radialer Absatz der Innenumfangsfläche in eine abgesetzte Innenfläche, deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Ringes, und eine axiale, radial am weitesten innen liegende Fläche unterteilt ist, wobei der Ring den Querschnitt eines umgekehrten T erhält. Der äußere radiale Absatz (oder der radial am weitesten außen liegende Teil des Absatzes, falls dieser aus der Horizontalen geneigt ist) liegt zwischen der oberen und unteren radialen Oberfläche des Ringes mit einem beträchtlichen axialen Abstand unterhalb der oberen radialen Oberfläche, der wenigstens etwa 2o$, vorzugsweise jedoch zwischen 2οί und 60% der axialen Ringbreite ausmacht. Die Gleitfläche umfaßt damit zwischen Bo% und ko% derjenigen Fläche, die die gesamte Außenfläche des Ringes darstellen würde, falls dieser nicht die äußere Aussparung aufweisen würde. Die ausgesparte Außenfläche endet damit kurz vor der unteren Radialfläche des Ringes. Der Ring ist vorzugsweise aus einem Guß- oder anderem Grundwerkstück gleichmäßiger axialer Breite hergestellt, so daß die oberen und unteren Radialflächen im wesentlichen eben und parallel zueinander verlaufen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann auf die Gleitfläche ein geeigneter harter, verschleißfester Belag aufgebracht sein. Der radial am weitesten innen liegende Teil der Hartbelag-Legierung entspricht der radialen Eindringtiefe der Legierung auf dem Ring. Die Hartbelag-Legierung ist bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise in eine zu diesem

709836/0981

Zweck auf der Gleitfläche ausgebildete Umfangsnut eingefügt. Vorzugsweise kommt ein Ferro-Molybdän-Belag in Frage, wie er in der US-PS 3819384 benutzt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kolbenrings, insbesondere eines geteilten, kreisförmigen Kolbenrings mit einer verbesserten Formgebung, der bei der Bewegung an der Zylinderwand einen verringerten Reibungswiderstand aufweist, den Gasdurchtritt hinter den Ring vermindert und den Ölverbrauch sowie die Emission von Kohlen-Wasserstoffen und Kohlenmonoxid herabsetzt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kolbendichtringes, der im oberen Außenbereich eine Aussparung mit im wesentlichen L-förmiger Gestalt zur Bildung eines radialen Absatzes aufweist, dessen radial am weitesten außen liegender Bereich gegenüber einer oberen Radialfläche des Ringes um einen Abstand abwärts liegend angeordnet ist, der 2o? bis So% der gesamten axialen Breite des Ringes entspricht und wobei der Absatz eine radiale Tiefe aufweist, die größer ist als die radiale Verschleißtiefe der Gleitfläche des Ringes, und wobei der Ring schließlich in seinem oberen Innenbereich mit einer Aussparung zur Minimierung innerer Torsionsdrehspannungen des Ringes versehen ist

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Schaffung des vorangehend erläuterten verbesserten Kolbenrings mit einem Hartbelag-Überzug auf der axialen Gleitfläche, der vorzugsweise aus Ferro-Molybdän besteht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben,sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

709836/0961

Pig. 1 eine Teilseitenansicht des oberen Bereichs eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit verschiedenen,in Ringnuten des Kolbenkopfes angeordneten Kolbenringen einschließlich einer in der obersten Nut angeordneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbendichtungsrings ,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht einer AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Kolbenrings,

Fig. 4 eine Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Kolbenrings,

Fig. 5A eine schaubildliche Teildarstellung in Richtung des Pfeiles A der Schnittlinie V-V der Fig. 3,

Fig. 5B eine der Fig. 5A entsprechende Darstellung, jedoch in Richtung des Pfeiles B der Fig. 3,

Fig. 6a eine der Fig. 5A entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 einen Teilquerschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenringes, der in einer Nut in einem Kolbenkopf sitzt und mit diesem in dem Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet ist,

Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Darstellung eines nicht erfindungsgemäß ausgebildeten Test-Kolbenringes,

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung eines anderen, nicht in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Test-Kolbenringes,

709S36/0981

Fig. Io bis 13

grafische Meßwertaufzeichnungen des Maschinen- - betriebs der in den Fig. 7,8 und 9 dargestellten Kolbenringe unter Berücksichtigung folgender Arbeitskenngrößen der Maschine: Ansaugunterdruck in mm (inch) Quecksilbersäule (Fig. lo), Brennstoffverbrauch in Litern (pines) pro Stunde (Fig. 11), festgestellte Kohlenwasserstoffe in den Motorabgasen in ppm (Fig. 12) und festgestellter Kohlenmonoxidgehalt in VoI? (Fig. 13).

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Kolben Io herkömmlicher Bauart, wie er in Hubkolben-Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Der Kolben Io ist dabei in einem Zylinder 12 angeordnet, der eine Zylinderwand 14 besitzt. Zwischen der Zylinderwand Ik und der Axialfläche 11 des Kolbens Io ist ein Ringraum 16 gebildet. In dem Kolben Io sind in herkömmlicher Art eine obere Ringnut 18, eine mittlere Ringnut 2o und eine ölringnut 22 ausgebildet. Die obere Ringnut 18 nimmt einen geschlitzten runden Kolbendichtungs- oder Flammring 2k auf, während die mittlere Nut 2o einen runden Kolbendichtring aufnimmt und die Ölnut 22, die üblicherweise breiter ist als die Dichtringnuten, einen herkömmlichen aufspreizenden ölring 28 aufnimmt.

In den Fig. 3 und k ist ein Kolbendichtring 2k im nicht zusammengedrückten Stadium dargestellt. Wie die Fig. 3 erkennen läßt, besitzt der Ring 2k annähernd eine kreisförmige Gestalt. Den Fachleuten ist es jedoch geläufig, daß die herkömmliche Technik die Herstellung solcher Schlitzringe fordert, die in dem nicht zusammengedrückten Zustand unrund sind und zwar derart, daß der Ring im zusammengedrückten Zustand in seiner Ringnut einen annähernd eine Kreisform erreichenden Querschnitt erhält.

Wie die Fig. 3 weiter erkennen läßt, besitzt der Ring 2k einen durch den Dimensionspfeil ID gekennzeichneten Innendurchmesser sowie einen durch den Dimensionspfeil OD gekennzeichneten Außendurchmesser. (Die Dimensionspfeile ID, BOD und FOD gehen

709836/0981

dabei durch die Längsachse L des Ringes 24 und gelten für den Ring im zusammengedrückten Zustand bei geschlossenem Spalt 3o). Der Dimensionspfeil FOD zeigt den Außendurchmesser der zurückversetzten Aussparungsfläche 4o (Fig. 4, 5A). Der Außendurchmesser FOD der Aussparungsfläche 4o ist' erkennbar um die Distanz 1 kleiner als der Außendurchmesser OD des Ringes 24, wobei die Distanz 1 die radiale Tiefe des Absatzes 37 (Fig. 5A) angibt. In der Fig. 4 ist die axiale Breitenabmessung außerhalb des Maßstabs übertrieben dargestellt, um die grundlegenden Merkmale deutlicher zu zeigen. Die axiale Breite des Ringes 2¹I ist durch den Dimensionspfeil W in Fig. 4 dargestellt.

Der Kolbendichtring 24 ist geschlitzt ausgebildet, wobei die durch den Schlitz gebildeten Stirnflächen im nicht zusammengedrückten Zustand im Abstand voneinander liegen, so daß sich der Zwischenraum 3o einstellt. Im oberen Außenquerschnittsbereich des Ringes 24 ist eine sich üher den Umfang erstreckende (äußere) Aussparung 32 ausgebildet, die am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Am oberen Innenquerschnittsbereich des Ringes 24 erstreckt sich über den Ringumfang eine zweite (innere) Aussparung (3¹O. Der Ring 24 besitzt eine obere Radialfläche und eine untere Radialfläche 38, die beide im wesentlichen planar, d.h. eben ohne jegliche Ausnehmungen bzw. Nuten ausgebildet sind. Die äußere Aussparung 32 besitzt einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt und erstreckt sich von der oberen Radialfläche 36 über eine Distanz von etwa 6o5? der axialen Breite W des Ringes 24 abwärts.

Wie die Fig. 5A und 5B erkennen lassen, bildet die sich über den Umfang erstreckende äußere Aussparung J>2 einen äußeren radialen Absatz bzw. eine einwärts verlaufende Fläche 37, die die Außenfläche 33 in eine erste äußere axiale Gleitfläche 42 und eine zweite äußere axiale Aussparungsfläche 4o aufteilt. Der Vorsprung 37 und die Gleitfläche 42 bilden eine äußere Radialschulter 39, die von der zurückgesetzten Außenfläche 4o

709836/0981

radial nach außen vorspringt. Es ist dabei erkennbar, daß die erste äußere axiale Gleitfläche 42 von der unteren Radialfläche 38 nach oben steht und an der einwärts verlaufenden Zwischenfläche 37 endet. Die Zwischenfläche 37 endet wiederum in der zweiten äußeren rückversetzten Axialfläche ¹Io, die wiederum mit der oberen Radialfläche 36 abschließt. Die erste äußere axiale Gleitfläche '42 besitzt eine Nut 46. In diese Nut 46 ist eine Hartmetallegierung aufgetragen.

Der Dimensionspfeil A in Fig. 5A zeigt den Betrag an, um den die Außenfläche 4o von der oberen Radialfläche 36 nach unten in Richtung auf die untere Radialfläche 38 entlang der äußeren Axialfläche 33 des Ringes 2¹J verläuft. Der Dimensionspfeil B zeigt die korrespondierende Ausdehnung der Gleitfläche 42. Die Dimension A beträgt vorzugsweise 2o bis 60 % der Dimension W, während die Dimension B dementsprechend etwa 80 bis 4o % der Dimension W berägt und die Summe von A und B gleich W ist. Die Gleitfläche 42 ist dadurch auf annähernd 4o bis 80? der vollen äußeren axialen Kolbenringfläche reduziert, die beim Fehlen der äußeren Aussparung 32 vorhanden wäre und dann als Gleitfläche diente. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in den meisten Fällen die tatsächlichen Gleitflächen durch Läppen bzw. Abschleifen der Gleitflächenränder zwecks Ausbildung der erwünschten "Tonnenform" etwas verringert ist. Diese herkömmliche Praxis ist in den Fig. 5A, 5B durch die abgerundeten Ränder 42A und 42B dargestellt.

Die Fig. 5B zeigt, daß die Umfangsaussparung 34 eine flache, ebene Gestalt hat, die eine innere Umfangsaussparung 47 bildet , deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der radial am weitesten innenliegenden Fläche 49 des Rings 24.

Die Fig. 7 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung eines in der zugeordneten Ringnut l8 eingesetzten Ringes 24. Die Ringnut 18 besitzt eine untere radiale Wand I8A, eine obere radiale Wand I8G und eine axiale Bodenwand I8B. Mit

709836/0981

in der Ringnut 18 zusammengedrücktem Kolbenring 2k, dessen Spalt 3o dabei geschlossen ist, drückt eine nach außen wirkende, durch den Pfeil D dargestellte Kraft den Ring 2k an die Zylinderwand 16 an, so daß eine Gleitlagerberührung zwischen der axialen Gleitfläche k2 und der Wand Ik eintritt, sobald der Kolben Io sich in dem Zylinder 12 (wie in der Zeichnung dargestellt) auf und ab bewegt. Es ist erkennbar, daß der gesamte Gleitbereich zwischen dem Ring 2k und der Wand Ik nur einen Prozentsatz (vorzugsweise 8o# bis ko%) des Gleitbereiches darstellt, der vorhanden wäre, falls die gesamte äußere Axialfläche 33 oder nahezu die gesamte äußere Fläche 33 in Gleitberührung mit der Wand Ik ständen, wie dies beispielsweise bei dem (nicht zur Erfindung gehörenden) Testring in Fig. 8 der Fall ist. Die Wanddicke des Ringes 2k ist durch den Dimensbnspfeil t gekennzeichnet und die Breite des Ringes durch den Dimensionspfeil W. S ist die radiale Dicke der oberen radialen Fläche 36, 1 ist die radiale Tiefe des radialen Absatzes 37 und a ist der zwischen der Oberfläche der inneren ümfangsaussparung kj und der Ebene der oberen Radialfläche 36 eingeschlossene Winkel. Der Winkel a kann als innerer Aussparungswinkel bezeichnet werden. Die axiale Breite der radial am weitesten innen liegenden Fläche ^9 ist durch die Dimension y gekennzeichnet. Wie die Fig. 7 zeigt, umfaßt die innere Axialfläche des Ringes 2k einen ersten inneren Axialflächenbereich 49 (Fig. 5A) oder 71 (Fig. 6A), der über die Distanz y von der unteren Radialfläche 38 bis zu einer Zwischenumfangslinie 51 (Fig. 5B) oder 73 (Fig. 6A) nach oben verläuft und dem Boden 18B der Nut 18 des Kolbens gegenüberliegt. Ein zweiter innerer Umfangs-Aussparungsflächenbereich ^7 erstreckt sich zwischen dem Ende des ersten inneren Axialflächenbereichs Ί9 und der oberen Radialfläche 36. Der Durchmesser der inneren Umfangsaussparungs-Fläche k7 an dem der oberen Radialfläche 36 zugewandten Ende ist größer als der Innendurchmesser des Ringes an der Umfangslinie 51·

709836/0981

Die Pig. 8 zeigt einen Testring 5o (der nicht zur Erfindung gehört), bei dem im wesentlichen die gesamte äußere Axialfläche (abzüglich der angeschrägten Ränder) in Gleitberührung mit der Zylinderwand 1*1 sind. Die Wanddicke des Ringes 5o ist dabei durch den Dimensionspfeil t und die Breite durch den Dimensionspfeil W gekennzeichnet. Die gesamte Druckkraft, die den Ring 5o in Anlage an die Zylinderwand 14 drückt, ist durch den Pfeil T gekennzeichnet. Die größere Gleitfläche 53 des Ringes 5o, die mit der Wand lh in Berührung steht, führt zu einem größeren, der Bewegung des Ringes 5o und des zugeordneten Kolbens Io in dem Zylinder 12 entgegenwirkenden Reibungswiderstand.

In der Fig. 7 repräsentieren die kurzen, nicht bezeichneten Pfeile, die gegen die verschiedenen Oberflächen des Ringes gerichtet sind, die Kraftvektoren des komprimierten Verbrennungsgases, das in den Ringraum 16 eindringt und auf den Ring 2¹J einwirkt. Solche Kräfte treten während des Kompressionsund des Arbeitshubes des Kolbens auf. Wie die Fig. 7 zeigt, verstärkt die resultierende Wirkung des gegen die Flächen 37, 36, 47 und 49 wirkenden Gasdrucks den durch den Pfeil T gekennzeichneten auswärts wirkenden Druck. Diese Resultierende, auswärts gerichtete Druckkraft wird wenigstens teilweise durch diejenige Kraft kompensiert, die durch die Einwirkung des Gases auf die ausgesparte Außenfläche ¹Io bewirkt wird, wie dies durch die auf diese Fläche auftreffenden Pfeile angezeigt ist. Die Fläche 4o führt also dazu, daß die Neigung der sich ausdehnenden Verbrennungsgase, eine nach außen wirkende Druckkraft auf den Ring 2¹J auszuüben, beträchtlich verringert wird. Dadurch wird auch der diametrale Druck des Ringes gegen die Zylinderwand wesentlich verringert. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß der vollständige Gleitflächenkontakt des Ringes 5o gemäß Fig. 8 in dieser Hinsicht nicht mit der zurückversetzten Aussparungsfläche 4o vergleichbar ist, so daß die gesamte Wirkung des Verbrennungs-

709836/0981

Oasdrucks zu einer Erhöhung der auswärts gerichteten Druckbelastung B¹ des Ringes 5o gegen die Oberfläche 14 führt. Daraus folgt, daß bei sonst gleichen Merkmalen, T des Ringes 24 kleiner ist als T¹ des Ringes 5o, und damit der Gleitdruck und der Reibungswiderstand verringert ist.

Wenn bei dem in der Fig. 7 dargestellten Kolbenring die axiale Gleitfläche 43 während des Gebrauchs verschleißt, bewirkt die Druckspannung des Ringes 24, daß dieser entsprechend dem Verschleißfortschritt sich nach außen aufweitet und dadurch mit der Gleitfläche 42 in Gleitberührung an der Zylinderwandfläche 14 bleibt. Die Schnittlinie P-P zeigt in der Deutlichkeit halber vergrößerter Darstellung die Relativlage der Zylinderwand 14 gegenüber dem Ring 24 nach einem beträchtlichen Verschleiß der axialen Gleitfläche 42. Infolge der L-förmigen Gestalt der Außenumfangs-Aussparung 32 wird die durch die Ausparungsfläche 4o gebildete wirksame Gasdruckfläche von der Höhe des Verschleißes der Gleitfläche 42 nicht beeinflußt. Auf diese Weise wird der vorteilhafte Gasdruck-Ausgleichseffekt, der durch die ausgesparte Außenfläche 4o bewirkt wird, durch den Verschleiß der Gleitfläche 42 nicht nachteilig beeinflußt. Aus diesem Grund ist es ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß der Außendurchmesser (POD in Fig. 3) der Aussparungsfläche um einen Betrag kleiner ist als der Außendurchmesser (OD in Fig. 3, der wenigstens der radialen Verschleißtiefe der Ringgleitfläche entspricht. Wenn dabei die Gleitfläche (42 in Fig. 5A), die in allen Fällen den Außendurchmesser des Ringes definiert) während des Gebrauchs verschleißt, gelangt kein Teil der durch die äußere Aussparungsfläche (4o in Fig. 5A) gebildete wirksame Gasdruckfläche in Berührung mit der Zylinderwand 14. üblicherweise ist die radiale Verschleißtiefe geringer als die radiale Tiefe des Hartmetallbelags (44 in Fig. 5A), der auf die Gleitfläche des Rings aufgebracht ist. Die radiale Tiefe 1 des Absatzes (37 in Fig. 5A) ist vorzugsweise wesentlich größer als die radiale Verschleißtiefe der Gleitfläche, so daß die ausgesparte Fläche (4o in Fig. 5A)

709836/0981

durch den Verschleiß der Gleitfläche nicht berührt wird. Anders ausgedrückt,endet der Außendurchmesser der Außengleitfläche kurz über der Tiefe der radialen Eindringung des Hartmetallbelags auf der Ringgleitfläche. Die Gleitfläche ist üblicherweise am Umfang mit einer Nut zur Aufnahme der Legierung versehen, wenn dies auch nicht zwingend ist und die Hartmetallbestückung auch auf einer ungenuteten Gleitfläche aufgetragen werden kann.

Wenn in der dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsform der Absatz 37 auch annähernd parallel zu den Radialflächen 36 und 38 und annähernd senkrecht zu der Aussparungsfläche ^o verlaufend dargestellt ist, ist diese Ausbildung im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt notwendig. Der radiale Absatz und die äußere Aussparungsfläche können naturgemäß auch mit einem von 9o° abweichenden Winkel aufeinanderstoßen. Die äußere Aussparung(32 in Fig. 5A) kann erfindungsgemäß generell ein Querschnittsprofil aufweisen, das aus zwei oder mehreren sich schneidenden Streckenabschnitten gebildet ist. Diese Strecken können gerade oder auch gekrümmt sein, gegebenenfalls können auch einige der Streckenabschnitte gerade und einige gekrümmt sein. So kann beispielsweise das Profil der Aussparung der Ausführungsform gemäß Pig. 5A durch einen gekrümmten Übergang modifiziert werden, der an der Schnittstelle des Absatzes 37 und der Fläche ¹Io ausgebildet ist. Weiterhin kann der Absatz 37 gegenüber der Fläche ¹Jo aufwärts oder abwärts geneigt sein. Auch kann die Fläche Ho einwärts oder auswärts geneigt sein. Schließlich können die Fläche ho und/oder der Absatz 37 mit einem anderen als dem dargestellten geradlinigen Profil ausgebildet sein.

Alle diese Abwandlungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, vorausgesetzt, daß die äußere Aussparungsfläche soweit gegenüber der Gleitfläche zurückversetzt ist, daß der Verschleiß der Gleitfläche bis zur radialen Verschleißtiefe keiner-

709836/0981

lei signifikante Verringerung der durch die zurückgesetzte Außenfläche gebildeten wirksamen Gasdruckfläche eintritt. Es ist dabei festzustellen, daß die von der Aussparungsfläche gebildete wirksame Gasdruckfläche etwas verringert wird, wenn der Absatz 37 aufwärts auf diese Aussparungsfläche ¹Io zu geneigt ist. Bei einer Abwärtsneigung vergrößert sich der wirksame Gasdruckbereich der Aussparungsfläche etwas.

Zum Vergleich kann dazu der in Fig. 9 dargestellte Testring 52 herangezogen werden, dessen Gleitfläche entsprechend dem Stand der Technik mit einer geneigten Außenfläche 5** versehen ist, durch die eine Gleitfläche 56 geschaffen wird. Die Wanddicke des Ringes 52 ist durch den Dimensionspfeil t und die Breite durch den Dimensionspfeil W gekennzeichnet. Die resultierende, nach außen wirkende Druckbelastung des Ringes 52, die diesen an die Zylinderwand I¹J andrückt, ist durch den Pfeil T¹' gekennzeichnet. Die auf den Ring 52 einwirkenden Druckkräfte der Verbrennungsgase sind in Fig. 9 durch die kurzen unbezeichneten Pfeile dargestellt. Unter der Voraussetzung, daß die axiale Gleitfläche 56 gemäß Fig. 9 der axialen Gleitfläche Ί2 des in Fig. 7 dargestellten Ringes entspräche, ist davon auszugehen, daß der Reibungswiderstand des Ringes 52 ebenfalls verringert wäre und daß die geneigte Außenfläche 5^ eine wirksame Gasoberfläche schafft, die zum Ausgleich eines Teils (aber eines kleineren Teils als beim Ring 2¹I) der außen auf den Ring einwirkenden Gaskräfte beiträgt. Wenn jedoch die Fläche 56 einem Verschleiß unterworfen ist, verändert sich die relative Lage der Zylinderwand I¹J in dem durch die Linie P'-P* gezeigten Sinn, wobei die Zeichnungsdarstellung der Deutlichkeit halber etwas übertrieben ist. Es ist zu beobachten, daß mit steigendem Verschleiß der Gleitfläche 56 der als wirksame Gasdruckfläche zum Ausgleich der auswärts wirkenden Gasdruckkräfte verfügbare Bereich der geneigten Außenfläche 5Ί beträchtlich verringert wird und in Extremfällen nahezu vollständig verschwindet, so daß die ge-

709836/0981

SO

samte äußere Axialfläche des Ringes 52 in Gleitkontakt mit der Zylinderwand 14 kommt. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß bei den bekannten Lösungen die geneigte Fläche 54 nur eine geringe Neigung, üblicherweise ein bis drei Grad, hat.

Wie vom Stand der Technik her bekannt ist, kann manchmal eine geringe Torsionsdrehung eines Kolbenringes anstelle einer ebenen Gestalt erwünscht sein. Die Anordnung der sich über den Umfang erstreckenden äußeren Aussparung 32 würde normalerweise dazu führen, daß der Kolbenring wie der Ring 24 in eine umgekehrte Torsionsart "gedrückt" wird, d.h., daß der Innenumfang des Ringes zu einer Aufwärtsdrehung und der Außenumfang des Ringes zu einer Abwärtsdrehung neigt. Solch eine Drehung ist natürlich verhältnismäßig gering, trotzdem aber wichtig, weil dadurch der Kontaktwinkel des Ringes mit der Zylinderwand geändert wird und der Ring aus der ebenen Sitzlage in der Ringnut angehoben wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung soll eine solche Torsionsdrehung des Ringes verringert bzw. im wesentlichen ausgeschaltet werden, damit eine ebene, dichte Anlage der unteren Radialfläche 38 an der unteren radialen Wand l8A der Nut 18 verbessert wird.

Die gegen die Zylindeand gerichtete diametrale Kraft ist für eine Anzahl verschiedenartig gestalteter Ringe berechnet und in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. Die Diametralkraft ist die Kraft, mit der der Ring während der Verbrennungsdruck-Spitzen an die Zylinderwand angedrückt wird.

TEST-ERGEBNISSE Allen Ringen gemeinsame Dimensionen

Bohrungsdurchmesser = loo mm (4.ooo inches) Wanddicke (t in den Fig. 7, 8 und 9) = 4,623 mm (o.l82 inch), (SAE int. wall) (4,496 nun = .177 inch,

4,75o mm = .187 inch)

709836/0981

«24

Breite (W in den Pig. 7, 8 und 9) = 1,981 mm (o.o78 inch) Spitzen-Verbrennungsdruck = 56 kp/cm (8oo psi) Diametrale Ringspannung = O (spannungsloser Ring)

Für die verschiedenen Ringe berechnete Diametralkräfte

Gleitfläche Ringausfüh- Ringaus- Ringaus- Ringaus-(M2 in Fig.7, rungsform führungs- führungs- führungs-53 in Fig.8, nach Fig.7» form nach form nach form nach 56 in Fig. 9) jedoch ohne Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 in Prozent eine innender gesamten seitige Auszylindrischen sparung
äußeren Axialfläche des
Rings

Berechnete Diametralkraft in kg (LBS)

Io %	—	112	—	182	—	(2Ü7)	-	—	ll,o	153	-	(24.6)
Ho %	1811			12o(264)	—	-		—
5o %	253		(4o2)	—	-			(338)
60 %	(4o7)	_	—
	(558)
80 %		26o(575)	-
loo %		-	325-330
		(7l8-73o)⁺⁺

Für zwei Ringe mit verschiedener Tiefe des radialen Absatzes (1 in Fig. 7), jedoch sonst übereinstimmend.

Für vier Ringe mit unterschiedlich bemessenen inneren Umfangsausnehmungen, jedoch sonst übereinstimmend.

Die Verringerung der Diametralkraft bei einer Verkleinerung der Gleitfläche bis auf Io % der theoretischen zylinderförmigen äußeren Axialfläche ist so groß, daß eine wirksame Abdichtung gegen einen Gasdurchtritt zum Kurbelgehäuse hin nicht mehr erreicht wird. Andererseits kann eine deutliche Verringerung des Diametraldrucks und des Reibunsgwiderstandes dann nicht mehr erreicht werden, wenn die Gleitfläche größer als 9o % der theoretischen äußeren Axialfläche ist.

Es wurde festgestellt, daß sich optimale Ergebnisse hinsichtlich einer wesentlichen Verringerung des Reibungswiderstandes

709836/0981

und einer guten Abdichtung gegen einen Gasdurchtritt dann erreicht werden, wenn die Gleitfläche mehr als Io %, jedoch weniger als 9o %, vorzugsweise 4o % bis 80 % der theoretischen zylinderförmigen äußeren Axialfläche des Ringes beträgt, d. h., vorzugsweise 4o % bis 80 % derjenigen Fläche, die die Gleitfläche ausmachen würde, wenn ihre Außenseite nicht mit einer Aussparung versehen wäre. (Der bevorzugte Größenordnungsbereich entspricht einer Anordnung des äußeren radialen Absatzes von 60 % bis 2o % unterhalb der oberen Radialfläche.)

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die axiale Breite W etwa 1,981 mm'(.078 inch), wobei der äußere radiale Absatz etwa 0,965 nun (.038 inch) unterhalb der oberen Radialfläche bzw. etwa 49 % von der axialen Breite unterhalb der oberen Radialfläche liegt.

überraschenderweise wurde weiter festgestellt, daß eine verbesserte gute Abdichtung gegen einen Gasübertritt und eine Emissionsverringerung mit dem erfindungsgemäßen Ring trotz der verringerten Diametralkraft des Ringes erreicht wird. (Die verringerte Gleitfläche führt natürlich zu einem erhöhten Diametraldruck für eine gegebene Diametralkraft, die zum Ausgleich der verringerten Kraft beiträgt). Dieses überraschende Ergebnis kann noch dadurch unterstützt werden, daß die untere Radialfläche eine ebene, nicht gewölbte Form erhält und in einem guten Dichtungskontakt mit dem Boden der Ringnut gehalten wird, in die der Ring unter Ausschaltung von Torsionsbelastungen eingesetzt ist.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist zum Ausgleich der Torsionsdrehwirkung der Umfangsaussparung 32 eine innere Umfangsaussparung 34 vorgesehen. Die Aussparung 34 ist dabei in der gewünschten Weise so dimensioniert, daß sie die entgegengesetzte Torsionsdrehneigung des Ringes 24, die von der Außenumfangsaussparung 32 ausgelöst wird, im wesentlichen zu beseitigen oder auf eine gewünschte Höhe zu verringern sucht. Die innere Umfangsaussparung 34 kann dabei so dimensioniert sein, daß nicht nur die entgegenwirkende Torsionsdrehneigung

709836/0981

ausgleicht, sondern auch derart, daß sie dazu beiträgt, dem Ring eine resultierende normale Torsionsdrehneigung zu vermitteln. Dadurch wird der Ring 2k derart aufgewölbt, daß der Außenuinfangsbereich nach oben und der Innenumfangsbereich nach unten gedreht wird. ( Eine Darstellung der entgegenwirkenden Torsionsdrehung und der normalen Torsionsdrehung ist den Fig.6 und 9 der vorangehend erwähnten US-Patentschrift 3 337 938 zu entnehmen.)

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die inneren und äußeren über den Umfang verlaufenden Aussparungen 32 und 3k generell so dimensioniert, daß die Torsionsdrehneigung des Ringes im wesentlichen ausgeglichen und ein ebener, ungewölbter Ring mit einer unteren Radialfläche 38 hergestellt wird, der in ebenem, flächigem Kontakt mit der Unterwand 18A der zugeordneten Ringnut 18 liegt. Bei der in Fig. dargestellten bevorzugten Ausführungsform beträgt der innere Aussparungswinkel 25°, während die radiale Dicke s der oberen Radialfläche 36 ein Drittel der V/anddicke t beträgt und die radiale Tiefe 1 des radialen Absatzes 37 gleich der axialen Breite y der radial am weitesten innen liegenden Fläche ^9 ist. Die Summe aus A und B (der axialen Breiten der Außenseite ¹Io und der Gleitfläche kk) ist gleich der gesamten axialen Breite W des Ringes 2k. A ist außerdem gleich 2o % bis 6o % von W. Bei einer bevorzugten speziellen Ausführungsform beträgt W 1,981 mm (.078 inch), während t gleich 4,623 mm (.182 inch) ist und y und 1 jeweils o,51 mm (.o2 inch) betragen, während a gleich 25° und A gleich 60% von W ist. Es versteht sich, daß alle erwünschten Abmessungen Verwendung finden können, solange diese zu einer verringerten Gleitfläche, einer äußeren Aussparungsfläche und einer inneren Ausgleichsaussparung führen.

Die Fig. 6A zeigt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenrings 58, der eine äußere, sich über den Umfang erstreckende Aussparung 60 und eine innere, sich über

709836/0981

den Umfang erstreckende Aussparung 62 aufweist, wobei die Aussparungen 60 und 62 einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt haben. Dementsprechend besitzt der Ring 58 eine äußere Radialschulter 6*1 und eine innere Radialschulter 66 sowie eine ausgesparte Außenfläche 68 und eine ausgesparte bzw. abgesetzte Innenfläche 7o. Die Schulter SH schafft einen äußeren radialen Rand 67 und die Schulter 66 einen inneren radialen Rand 77. Die obere Radialfläche 72 erstreckt sich zwischen den Flächen 68, während sich die untere Radialfläche 7*( zwischen dem radial am weitesten innenliegenden und dem radial am weitesten außen liegenden Bereichen des Ringes 58 erstreckt. In die von dem radial am weitesten außen liegenden Bereich der äußeren Radialschulter 64 gebildete Gleitfläche 78 ist eine Nut 76 eingeformt. Die Nut 76 ist mit einem Hartmetallbesatz 18 versehen. Es ist erkennbar, daß der Ring 58 die Gestalt eines umgekehrten T erhält. Die radiale Tiefe des Außenabsatzes 67 ist dabei durch 1 gekennzeichnet, während die radiale Tiefe des Innenabsatzes 77 mit I¹ gekennzeichnet ist. Die axiale Breite des Ringes 58 ist mit W gekennzeichnet, während die axiale Breite der ausgesparten Außenfläche 68 mit A und die axiale Breite der axialen Gleitfläche 78 mit B bezeichnet ist. Die axiale Breite der inneren Aussparungsfläche 7o ist mit A¹ bezeichnet, während die am weitesten innen liegende Axialfläche 71 mit B¹ bezeichnet ist. A kann, muß jedoch nicht gleich A¹ sein, wenn dies auch bevorzugt ist. Ähnlich ist es nicht unbedingt erforderlich, daß 1 gleich l^f ist, wenn dies auch bei der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist. A plus B ergibt W und in gleicher Weise ist auch A¹ plus B¹ gleich W. Es ist festzustellen, daß der Ring 58 der in Fig. 6A dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Verringerung der Gleitfläche 78 und der wirk- · samen Fläche 60, auf die der Verbrennungsgasdruck einwirken kann, um die nach außen wirkenden Druckkräfte des Verbrennungsgasdruckes wenigstens teilweise auszugleichen, die gleichen Vorteile aufweist, wie der Ring 24. Der Ring 58 weist eben-

709836/0981

falls die Torsions-Drehausgleichsmerkmale auf. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß die sich über den Umfang erstreckenden Aussparungen 60, 62 des Ringes 58 in den Abmessungen gleich oder auch etwas unterschiedlich sein können.

Während des Betriebs haben die erfindungsgemäßen Kolbendichtringe gegenüber herkömmlichen Kolbendichtringen deutliche Vorteile gezeigt. So wurden beispielsweise Kolbenringe der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform im Vergleich mit herkömmlichen Kolbenringen, wie sie in den Fig. 8 und 9 dargestellt sind, getestet. Die'in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform war dabei so bemessen, daß die radiale Schulter 37 in Höhe von 60 % der gesamten axialen Breite unter der oberen Radialfläche lag.

Die Vergleichstests wurden durch Verwendung der Ringe der vorangehend beschriebenen Formen in einer Buick-Maschine mit einem Hubraum von 7^56 ecm C¹155 cubic inch) ausgeführt, die bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit und Ausgangsleistung in einer Stufenreihe unter Verwendung jeweils eines Ringes entsprechend den in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen betrieben wurde. Dabei wurden der Ansaugdruck, der Brennstoffverbrauch, der Kohlenwasserstoffgehalt und der Kohlenmonoxydgehalt der Abgase während des Betriebs der Maschine ständig überwacht. Die Testergebnisse sind in den grafischen Darstellungen der Fig. lo, 11, 12 und 13 dargestellt.

Die Fig. Io zeigt den Ansaugunterdruck in mm (inch) Quecksilbersäule, wobei die Werte in Abhängigkeit von der Betriebsdauer in Minuten eingetragen sind. Die grafische Darstellung zeigt den über drei Stunden Maschinenbetrieb gemessenen Ansaugunterdruck unter gleichen Betriebsbedingungen in der gleichen Maschine, jedoch jeweils für die in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellten AusfUhrungsformen der Ringe, die als obere Kolbendichtringe der Maschine eingesetzt waren. Es

709836/0981

ist dabei festzustellen, daß ein wesentlich höherer Ansaugunterdruck bei dem Einsatz der erfindunsgemäß ausgebildeten Kolbenringe, beispielsweise der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform erreicht wird, wie dies die zugehörige Linie A zeigt. Die Linien B und C zeigen jeweils den Ansaugunterdruck in mm (inches) Quecksilbersäule, der bei der Verwendung der Teetkolbenringe gemäß Fig. 8 und 9 gemessen wurde.

Die Fig. 11 zeigt den Brennstoffverbrauch gemessen in 15-Minuten-Intervallen während des Maschinenbetriebs. Unter Verwendung der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform konnte ein generell niedriger Brennstoffverbrauch der Maschine ermittelt werden, wie dies die Linie A erkennen läßt. Dieser Erfolg ist auf .die Verringerung des Reibungswiderstandes zwischen dem Kolbenring und der Zylinderwand und eine wirksamere Abdichtung zwischen dem ausgeglichenen, flach sitzenden Ring gemäß Fig. 7 zurückzuführen.

Die Fig. 12 zeigt die beobachteten Kohlenwassertsoffwerte am Maschinenauspuff in ppm (parts per million). Wie die Linie A zeigt, läßt sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Kolbenringes auch der Kohlenwasserstoffgehalt in den Auspuffgasen wesentlich senken. Die Linien B und C zeigen einen wesentlich höheren Kohlenwasserstoffgehalt bei Verwendung der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Testringe.

Die Fig. 13 zeigt die festgestellten Kohlenmonoxid-Werte in den Auspuffgasen der Maschine in Prozent der gesamten Auspuff-Gasmenge. Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kolbenrings erreichten Werte sind in der mit A gekennzeichneten Linie dargestellt. Die Linien B und C zeigen beide wesentlich höhere Kohlenmonoxid-Gehalte bei Verwendung der in den Fig. und 9 dargestellten Testringe.

Nach einer visuellen Untersuchung aller Testringe nach dem Einsatz in der Maschine scheinen die Gründe für die besseren Werte des in Fig. 7 dargestellten Ringes gegenüber den anderen

709836/0981

a?

Testringen darin zu liegen, daß die erfindungsgemäße Ausführungsform trotz der niedrigeren Diametralkraft einen besseren Druckausgleich als die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ringen ermöglicht. Die niedrige innewohnende Drehkraft der ausgeglichenen inneren und äußeren Querschnittsausnehmungen ermöglicht der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des Kolbenringes, flach auf der unteren Wand der Ringnut aufzusitzen, was für die Verringerung der Verbrennungsgasmenge verantwortlich zu sein scheint, die an dem Kolbenring vorbeigelangt. Die Ringausführungsformen nach den Fig. 8 und 9 zeigen Anzeichen einer Torsionsdrehung, die, wennn auch in manchen Anwendungsfällen möglicherweise erwünscht, nicht zu einer guten Dichtung führt, da hierbei das Verbrennungsgas den Ring abwärts und zurück in die Ringnut drückt.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbenringe können folgendermaßen hergestellt werden. Für Ringe, die zur Aufnahme einer Hartmetallauftragslegierung mit einer Nut versehen sein sollen, werden Umfangsnuten in die Gleitfläche des Ringes geschnitten. Dies kann in bekannter Weise durch die Einwirkung von Schneidwerkzeugen auf eine Mehrzahl von Ringen erfolgen, die unter Bildung eines Ring-Zylinderstapels auf einen Dorn aufgespannt sein können. Nach dem Schneiden der Gleitflächennuten kann die Oberfläche des Ringstapels mit der Hartmetalllegierung besprüht werden. Die gehärtete Legierung wird dann abgeschliffen, bis das Metall des Ringes auf beiden Seiten der Nuten freiliegt, während die Nuten mit der Hartlegierungsschicht gefüllt bleiben. Danach können die äußeren Umfangsausnehmungen in der gleichen Weise eingeschnitten werden, wie die vorangehend beschriebenen Nuten. Die inneren Umfangsaussparungen können in gleicher Weise durch eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen hergestellt werden, die durch eine Hohlachse des Montagedornes eingeführt werden können. Zum Schneiden der inneren und äußeren Aussparungen

709836/0981

können alternativ auch Einzelringe in eine Klemmvorrichtung eingespannt und die inneren und äußeren Umfangsaussparungen

durch ein Paar gegenüberliegend angeordneter Schneidwerkzeuge gleichzeitig hergestellt werden.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen und Modifikationen möglich sind.

709836/0961

Claims

Patenten ν ι alte

Opi-Mg. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsborgers.rasse 19

8 München 60

3. März 1977

RAMSEY CORPORATION

St. Louis, Missouri 63166 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 926

Ansprüche :

Kolbenring zum Einsatz in eine Umfangsnut eines in einer Zylinderbohrung einer Brennkraftmaschine hin- und herbewegbaren Kolbens, mit einer oberen Radialfläche, einer dazu im wesentlichen parallelen unteren Radialfläche, ferner mit einer ersten äußeren axialen Gleitfläche, die von der unteren Radialfläche aufwärts verläuft und an einer mittleren, einwärts gerichteten Fläche endet, sowie mit einer inneren Axialfläche, die sich zwischen der oberen und unteren Radialfläche erstreckt und auf die der in der Nut des Kolbens herrschende Gasdruck im Sinne einer radialen Auswärtsbewegung einwirkt, gekennzeichnet durch eine zweite äußere axial ausgesparte Fläche (¹Io), die sich zwischen der mittleren, einwärts gerichteten Fläche (37) und der oberen Radialfläche (36) erstreckt und eine Fläche bildet, auf die der Gasdruck in der Zylinderbohrung (12) eine radial einwärts gerichtete Kraft ausübt, die wenigstens teilweise die radial auswärts gerichtete Kraft ausgleicht, die durch den auf die innere axiale Fläche (¹I7,¹*9) einwirkenden Gasdruck erzeugt wird, und die sich während der Lebensdauer des Ringes nicht spürbar ändert, wobei die zweite äußere axiale Aussparungsfläche (¹Io) einen

709836/0961

ORIGINAL INSPECTED

maximalen Radius besitzt, der kleiner ist als der Radius des Kolbens (lo) bei in der Ringnut des Kolbens eingesetztem Ring (2¹I) und bei in die Zylinderbohrung (12) einer Brennkraftmaschine eingesetztem Kolben (lo).

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite äußere axiale Aussparungsfläche (¹Io) senkrecht zu der einwärts verlaufenden Zwischenfläche (37) des Kolbenrings (2¹I) und parallel zur Längsachse des Ringes verläuft.

3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch geken.η zeichne t , daß die obere Radialfläche (36) und die untere Radialfläche (38) parallel zueinander und senkrecht zu der zweiten äußeren axialen Aussparungsfläche (¹Io) liegen, die selbst parallel zur Längsachse des Ringes verläuft.

4. Kolbenring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einwärts verlaufende Zwischenfläche (37) des Ringes senkrecht zu der zweiten äußeren axialen Aussparungsfläche (¹Io) verläuft.

5. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Radialfläche (38) des Ringes (2¹I) im wesentlichen eben ist.

6. Kolbenring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Radialfläche (38) des Ringes (2¹I) nicht mit Ausnehmungen bzw. Nuten versehen ist und sich von der inneren axial verlaufenden Fläche (¹19) zu der ersten äußeren axialen Gleitfläche (42) erstreckt.

7. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial am weitesten außen liegende Bereich der einwärts verlaufenden Zwischenfläche (37) des Ringes (2¹O von dem radial am weitesten außen liegenden Bereich der

709836/0981

oberen Radialfläche (36) in Axialrichtung um einen Betrag entfernt liegt, der größer ist als loj£ und kleiner ist als 9oJ5 der axialen Breite (W) des Ringes (24).

8. Kolbenring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die einwärts verlaufende Zwischenfläche (37) des Ringes (24) von der oberen Radialfläche (36) einen Abstand von etwa 2o/6 bis 6o% der axialen Breite (W) des Ringes (24) hat.

9. Kolbenring nach Anspruch 1,gekennzeichne t durch eine innere Axialfläche (47,49) mit einem ersten inneren Axialflächenbereich (49), der von der unteren Radialfläche (38) aus aufwärts verläuft und an einem Zwischenumfangsbereich (51) zwischen der oberen Radialfläche (36) und der unteren Radialfläche (38) endet, wobei die erste innere Axialfläche (49) zur Anordnung gegenüber dem Boden der Nut (18) des Kolbens (lo) angepaßt ist, sowie ferner mit einem zweiten inneren, peripheren Aussparungsflächenbereich (47), der von dem mittleren Umfangsbereich (5D zur oberen Radialfläche (36) verläuft, wobei der Durchmesser der inneren peripheren Aussparungsfläche (47) im Bereich der oberen Radialfläche (36) größer ist als der Innendurchmesser (ID) des Ringes im Bereich des Zwischenumfangs (51).

10. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net ,daß die erste axiale Gleitfläche (42) mit einem Hartmetallbesatz (44) versehen ist.

11. Kolbenring für eine Brennkraftmaschine mit einer oberen, den oberen Bereich des Ringes bildenden Radialfläche und mit einer unteren, den unteren Bereich des Ringes bildenden Radialfläche, zwischen denen eine äußere Axialfläche verläuft, die den Außenbereich des Ringes bildet ,und eine innere Axialfläche verläuft, die den Innenbereich des Ringes bildet, wobei die innere Axialfläche eine über den

709836/0981

gesamten Umfang verlaufende periphere Ausnehmung aufweist, die im oberen, inneren Bereich des Ringes ausgebildet ist und deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Ringes, gekennzeichnet durch eine über den Umfang verlaufende, in dem oberen, äußeren Bereich (33) des Ringes ausgebildete Aussparung (4o) zur Bildung einer äußeren radialen Schulter mit einem äußeren radialen Absatz (37), der die äußere Axialfläche in eine zurückgesetzte äußere Aussparungsfläche (4o) und eine axiale Gleitfläche (42) unterteilt, die ihrerseits mit einem Hartmetallbesatz (44) beschichtet ist, wobei die Differenz zwischen dem Radius (FOD) der Außenseite der äußeren Aussparungsfläche (4o) und dem Radius (BOD) der axialen Gleitfläche (42) größer ist als die radiale Dicke des Hartmetallbelags (¹JiJ auf dem Ring.

12. Kolbenring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß in der axialen Gleitfläche (42) eine umlaufende Nut (46) ausgebildet ist, in die der Hartmetallbelag (¹J¹J) eingefügt ist.

13. Kolbenring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die untere Radialfläche (38) im wesentlichen eine ebene, nicht mit Aussparungen bzw. Nuten versehene Fläche ist, die sich zwischen der inneren Axialfläche (49) und der äußeren Axialfläche (42) erstreckt.

14. Kolbenring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere radiale Absatz (37) senkrecht zu der rückversetzten äußeren Aussparungsfläche (4o) verläuft, die selbst parallel zur Längsachse des Ringes (24) verläuft.

709836/0981

15· Kolbenring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die radial auswärts gerichtete, durch den auf die inneren Axialflächen (^7, **9) des Ringes (2¹I) einwirkenden Gasdruck erzeugte Kraft wenigstens teilweise durch eine radial einwärts gerichtete Kraft ausgleichbar ist, die durch den auf die äußere Aussparungsfläche (¹Io) des Ringes (24) einwirkenden Gasdruck erzeugt wird, wobei die radial einwärts gerichtete Kraft sich während der Lebensdauer des Ringes nicht -wesentlich verändert.

709836/0961