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WO2018177574A1 - Spielfreier ölabstreifring - Google Patents

Spielfreier ölabstreifring Download PDF

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Publication number
WO2018177574A1
WO2018177574A1 PCT/EP2017/078730 EP2017078730W WO2018177574A1 WO 2018177574 A1 WO2018177574 A1 WO 2018177574A1 EP 2017078730 W EP2017078730 W EP 2017078730W WO 2018177574 A1 WO2018177574 A1 WO 2018177574A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston ring
ring flank
flank
ölabstreifring
scraper
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/078730
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nigel Gray
Original Assignee
Federal-Mogul Burscheid Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal-Mogul Burscheid Gmbh filed Critical Federal-Mogul Burscheid Gmbh
Priority to US16/497,083 priority Critical patent/US11199261B2/en
Publication of WO2018177574A1 publication Critical patent/WO2018177574A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/061—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging using metallic coiled or blade springs
    • F16J9/062—Coiled spring along the entire circumference
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • F16J9/203—Oil-scraping rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/064—Rings with a flat annular side rail
    • F16J9/066—Spring expander from sheet metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings
    • F16J9/206—One-piece oil-scraping rings

Definitions

  • the present invention relates to a backlash-free oil scraper ring which permits improved oil removal of stripped oil.
  • the oil control ring always rests against the piston ring groove flanks with at least a portion of both ring flanks.
  • oil scraper rings of various types are known. Usually, piston rings should move in operation in the Kolbenringnut to avoid unilateral wear at the joint. There are still known three-piece oil scraper rings. Three-piece oil scraper rings are more effective than conventional one-piece or two-piece oil scraper rings, as they can safely strip off an oil film particularly under conditions where there is less pressure in the combustion chamber than in the crankcase since there is no gap between the flanks of the piston ring groove and the flanks of the scraper rings , In the case of conventional oil scraper rings, owing to the axial clearance, oil can pass through the gaps between the flanks of the piston ring and the piston ring groove and enter the combustion chamber under the conditions described above.
  • the present invention provides an axially play-free oil scraper ring whose
  • Piston ring flank legs comprises, wherein the upper and / or the lower
  • Piston ring flank legs is elastic.
  • the tread leg includes at least one scraper bar disposed on a tread.
  • the upper piston ring flank legs is connected to the running surface leg, and its upper surface forms an upper piston ring flank.
  • the lower piston ring flank legs is also with the
  • Tread leg connected and its lower surface forms a lower piston ring flank.
  • the upper and / or lower piston ring flank legs is resilient and tapers radially inwardly and its piston ring flank, in a non-installed condition, forms a substantially conical surface.
  • the conical surface increases radially inwardly so that the generating cone of the collared ring flank frusto-conical surface bounded by the line of intersection of the tread and piston ring flank does not intersect, to its tip, an annular surface located at half the height of the piston ring.
  • the unincorporated piston ring additionally has an axial height exceeding a width of a piston ring groove for which it is intended.
  • an exemplary embodiment of the backlash-free oil scraper ring is provided with a scraper bar or a lower scraper bar and further comprises oil passages which are arranged below the one or the lower scraper bar.
  • oil passages which are arranged below the one or the lower scraper bar.
  • the tread leg is provided with two Abstreifstegen.
  • Another exemplary embodiment additionally has oil passages between the upper scraper bar and a lower scraper bar.
  • Another exemplary embodiment of the oil scraper ring is further provided with oil passages disposed between the upper and lower scraper webs. This oil channels are arranged above and below the lower Abstreifstegs.
  • top and bottom are
  • Piston ring flank legs each made elastic and taper in
  • the piston ring flanks in a non-installed state essentially form conical surfaces.
  • the radially inner ends of the piston ring flank legs may deform and the oil scraper ring may be biased into a corresponding piston ring groove.
  • the upper (combustion chamber side) piston ring flank limb is elastic and tapers radially inward.
  • the upper piston ring edge in a non-installed state essentially forms a conical surface.
  • the lower piston ring flank limb is substantially non-elastic in comparison to the upper piston ring flank limb and has a flat lower piston ring flank.
  • the contact pressure in the axial direction is generated only by the upper piston ring flank legs.
  • the execution has the advantage that the Piston ring at least as long as it rests against the lower Kolbenringnutflanke not or only slightly twistet.
  • crankcase side piston ring flank legs elastic and tapers into
  • Piston ring flank legs is substantially or compared to the lower
  • Piston ring flank leg not elastic and has a flat top piston ring flank.
  • Piston ring at least as long as it rests against the upper Kolbenringnutflanke not or only slightly twistet.
  • this further comprises a ring or expander spring, which in the piston ring between the lower
  • Piston ring flank legs and the upper piston ring flank legs is arranged and presses the oil scraper ring radially outward.
  • the mold filling capacity of the oil control ring is increased by an expander spring.
  • Piston ring flank legs on a lower Kolbenringflankenschenkelinnen formula which is conical and a cone angle between 5 ° and 45 °, preferably between 10 ° and 40 ° and more preferably between 15 and 35 °. This angle is used to
  • Piston ring flank legs on an upper Kolbenringflankenschenkelinnen formula which is conical and a cone angle between 5 ° and 45 °, preferably between 10 ° and 40 ° and more preferably between 15 and 35 °. This angle is used to
  • the annular spring is only in contact with Kolbenringflankenschenkelinnen vom, wherein a
  • Tread inside leg surface is not touched by the annular spring.
  • the annular spring is designed as a hose spring.
  • Straight tube springs are suitable as ring springs and
  • Another exemplary embodiment of the backlash-free oil scraper ring comprises a shock which is executed stepwise or obliquely to an axial direction.
  • the joints of the lower and upper Abstreifstegs are offset from each other.
  • This embodiment should achieve an improved wiping effect.
  • This embodiment can also prevent that by a limited mobility of the oil scraper in
  • Circumferential direction occurs a shock wear on the cylinder liner.
  • the upper and / or the lower piston ring flank is provided at an inner edge with a chamfer.
  • the chamfer achieves two technical effects: assembly of the ring is simplified and the pivot point for a twist movement is moved further outwards, which reduces a twist tendency.
  • chamfers are so pronounced that the inner edges have a distance from each other which is smaller than a width of a piston ring groove for which he is determined.
  • a distance of the inner edges of the chamfers or bevel to an inner edge of the piston ring flank is smaller than the width of the piston ring groove for which it is intended.
  • Figure 1 illustrates a conventional one-piece oil scraper ring with two Abstreifstegen.
  • Figures 2A to 2E illustrate an embodiment of a ⁇ labstreifrings invention.
  • FIG. 3 shows a cross section through an oil scraper ring according to the invention, which is additionally provided with an expander spring.
  • Figures 4A and 4B show an embodiment with only one elastic Piston ring side leg
  • Figures 5A and 5B illustrate an oil scraper ring having scraper lands of different diameters.
  • Figures 6A to 6C show a piston ring with only a single scraper ring.
  • Figure 1 illustrates a conventional one-piece oil scraper ring 2 in a perspective partial sectional view.
  • the oil scraper ring 2 is substantially U-shaped.
  • ⁇ labstreifring 2 has a tread leg 6, which ends in the radial outward direction in a tread 8, which is provided with an upper and a lower Abstreifsteg 14 and 16. In the axial direction above and below the tread leg 6 with
  • Piston ring flank legs 18 connected. Between the Abstreifstegen 14 and 16 usually oil channels are arranged, which conduct stripped oil inwardly into the Kolbenringnut 42. The piston ring 2 does not fill the piston ring groove 42 in the axial direction, so that there is a certain amount of axial clearance or play in the axial direction.
  • FIGS 2A to 2D illustrate an embodiment of a ⁇ labsteifrings invention.
  • the one-piece oil scraper ring 4 according to the invention is shown in a perspective partial sectional view.
  • the oil scraper ring 4 is here also substantially U-shaped.
  • the oil scraper ring 4 has a tread leg 6 which terminates radially outward in a tread 8 provided with upper and lower scraper webs 14 and 16.
  • upper and lower scraper webs 14 and 16 In the axial direction above and below the tread leg 6 with upper piston ring flank legs 20 and a lower piston ring flank legs 26 is connected.
  • Between the Abstreifstegen 14 and 16 usually oil channels are arranged, which are not shown in the figure 2A, however.
  • the upper piston ring flank leg 20 includes an upper piston ring flank 22 and an upper piston ring flank inner surface 24.
  • the lower piston ring flank leg 26 includes a lower piston ring flank 28 and a lower piston ring flank inner surface 30.
  • the tread leg 6 is bounded inwardly by a tread inner surface 10.
  • the upper piston ring flank 22 and the lower piston ring flank 28 each form substantially conical surfaces or
  • Piston ring groove flanks exists.
  • the piston ring 4 according to the invention is consequently clamped in the piston ring groove 42.
  • the clamping forces are below the forces exerted by the ring in the axial direction, so that the ring can still move in the radial direction, and the axial forces do not significantly limit the mold filling capacity.
  • the upper piston ring flank inner surface 24 is provided with a groove on a radially outer side to increase an elasticity of the upper piston ring flank leg 20.
  • the lower piston ring flank inner side surface 30 is also provided with a groove on a radially outer side, to an elasticity of the lower
  • Piston ring flank leg 26 to increase.
  • the coving acts here similar to a film hinge or a leaf spring to the axial forces of the ends of the
  • FIG. 2B shows only a sectional view through a piston ring according to the invention in a rest position.
  • the ring is not vertwistet in Kolbenringnut 42 and touches with two Abstreifstegen a cylinder inner wall 36. at the point 38 oil passages are provided which can transport scraped oil through the piston ring in the Kolbenringnut, from where it can flow back into the crankcase.
  • Piston ring is located only near the ends of the piston ring flank legs with a non-existent axial play due to zero tolerance 44 at both Kolbenringnutflanken simultaneously. By this shape, the space of the piston ring groove is sealed behind the piston ring. In Figure 2C, the piston moves down and the piston ring is positive vertwistet, since the ring only with a radially inwardly very far section
  • Piston ring groove flank touched. Due to the Vertwistung and the deformation of the piston ring is almost all of the upper piston ring flank 22 on the upper Kolbenringnutflanke. As a result, the lower Abstreifsteg 16 is stronger on the cylinder inner wall 36 and can strip more oil.
  • the lower piston ring flank cross-sectioned at one point the lower Kolbenringnutflanke, whereby the Kolbenringnut is sealed along the entire length of the piston ring to the shock.
  • Figure 2E shows a cross section through the piston ring in an untensioned state.
  • the untensioned total height H thereby exceeds a width B of the piston ring groove 42.
  • the axial distance h between the outer inner edges of the piston ring is smaller than the width B of Kolbenringnut 42.
  • the chamfers can thus serve as inlet slopes, whereby the Piston ring can be inserted into the piston ring groove without this would have to be previously compressed in the axial direction.
  • FIG. 3 shows a cross section through an oil scraper ring according to the invention, which is additionally provided with an expander spring 40.
  • the expander spring is designed here as a hose spring which is compressed in the circumferential direction. The diameter of the
  • Expander spring is chosen so that it against the upper
  • the diameter of the expander spring 40 is chosen so that it does not touch the tread inner surface 10, the upper
  • Kolbenringflankenschenkelinnen Design form inclined planes, whereby the expander spring can increase the contact pressure of the radially inner piston ring flanks. It is also possible that the diameter of the expander spring 40 is selected. that he is the
  • Tread inner surface 10 touches, and mainly increases the radial contact pressure of the scraping edges.
  • FIGS 4A and 4B show an embodiment with only one elastic
  • Piston ring flank legs The upper piston ring flank limb 20, in contrast to the embodiment of FIGS. 2A to 2D, is designed as a rigid piston ring flank limb. This embodiment has the advantage that in a situation in the upper one
  • Piston ring flank legs 20 abuts the corresponding Kolbenringnutflanke, the ring does not twists. Due to the missing twist, it is possible to set both scraper webs to rest on the inside of the cylinder during a movement downwards (or a movement in the upper half of the stroke). In contrast, when the lower piston ring flank legs 20 abuts against the corresponding Kolbenringnutflanke, the ring twists exactly as the ring is shown in the figure 2D.
  • This version allows for an upper piston movement or a piston down movement with two Abstreifstegen strip oil, while in an upward movement, or a lower piston movement, only the upper Abstreifsteg strips of oil from the cylinder inner wall.
  • Figures 5 A and 5B illustrate an oil control ring having Abstreifstege with different diameters. The ring shown in Figures SA and SB twists as the ring shown in Figures 2C and 2D.
  • Diameter of Abstreifstege is a similar effect we achieved in the embodiment of Figures 4A and 4B, namely that in a part of the piston movement essentially only one Abstreifsteg namely the upper Abstreifsteg 14 is active and in another part he piston movement both Abstreifstege the upper and lower scraper web 14, 16 strip oil from the cylinder inner wall.
  • FIGS. 6A to 6C show a piston ring with only a single scraper ring 18.
  • the scraper ring 18 is arranged centrally on the running surface, and the oil passages are arranged below the scraper web 18 and run from the running surface to the runner
  • the Abstreifsteg can be made roof-shaped in order to achieve different wiping effects at the different stages of movement of the piston ring.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Offenbart wird ein spielfreier Ölabstreifring, dessen Querschnitt umfasst: einen Laufflächenschenkel, mit mindestens einem Abstreifsteg, der an einer Lauffläche angeordnet ist, einen oberen Kolbenringflankenschenkel, der mit dem Laufflächenschenkel verbunden ist und dessen obere Fläche eine obere Kolbenringflanke bildet, einen unteren Kolbenringflankenschenkel, der ebenfalls mit dem Laufflächenschenkel verbunden ist und dessen untere Fläche eine untere Kolbenringflanke bildet, wobei der obere und/oder der untere Kolbenringflankenschenkel elastisch ist, sich in Radialrichtung nach innen verjüngt, und dessen bzw. deren Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfäche bildet, und wobei der nicht eingebaute Kolbenring eine axiale Höhe aufweist, die eine Breite einer Kolbenringnut übersteigt, für die er bestimmt ist.

Description

Spielfreier Ölabstreifring
Die vorliegende Erfindung betrifft einen spielfreien Ölabstreifring, der einen verbesserten Ölabtransport von abgestreiften Öl gestattet. Der ölabstreifring liegt dabei im Betrieb immer mit zumindest einem Teil beider Ringflanken an den Kolbenringnutflanken an.
Bisher sind Ölabstreifringe verschiedenster Bauarten bekannt. Üblicherweise sollen sich Kolbenringe im Betrieb in der Kolbenringnut bewegen, um einen einseitigen Verschleiß an der Stoßstelle zu vermeiden. Es sind weiterhin dreiteilige Ölabstreifringe bekannt. Dreiteilige ölabstreifringe sind effektiver als herkömmliche einteilige oder zweiteilige ölabstreifringe, da sie insbesondere unter Bedingungen bei denen im Brennraum ein geringerer Druck als in dem Kurbelgehäuse herrscht einen Ölfilm sicher abstreifen können, da bei ihnen kein Spalt zwischen den Flanken der Kolbenringnut und den Flanken der Abstreifringe besteht. Bei herkömmlichen ölabstreifringen kann hier aufgrund des Axialspiels öl durch die Spalten zwischen den Flanken des Kolbenrings und der Kolbenringnut treten und sich unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen in den Brennraum gelangen.
Dreiteilige ölabstreifringe zeigen in allen Betriebszuständen eine hervorragende
Öiabstreifwirkung, weisen jedoch in Bezug auf eine Herstellung und einen Einbau deutliche Kosten- und Handhabungsnachteile gegenüber herkömmlichen Kolbenringen auf.
Es ist also wünschenswert einen preisgünstigen ein- oder zweiteiligen Ölabstreifring zur Verfügung zu haben, der es gestattet, eine hervorragende öiabstreifwirkung auch unter Schubbedingungen zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung stellt einen axial-spielfreien Ölabstreifring bereit, dessen
Querschnitt einen Laufflächenschenkel, einen oberen und unteren
Kolbenringflankenschenkel umfasst, wobei der obere und/oder der untere
Kolbenringflankenschenkel elastisch ist. Der Laufflächenschenkel umfasst mindestens einen Abstreifsteg, der an einer Lauffläche angeordnet ist. Der obere Kolbenringflankenschenkel ist mit dem Lauf flächenschenkel verbunden, und seine obere Fläche bildet eine obere Kolbenringflanke. Der untere Kolbenringflankenschenkel ist ebenfalls mit dem
Laufflächenschenkel verbunden und seine untere Fläche bildet eine untere Kolbenringflanke. Der obere und/oder der untere Kolbenringflankenschenkel ist elastisch und verjüngt sich in Radialrichtung nach innen, und seine Kolbenringflanke bildet in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Die Kegelfläche steigt in Radialrichtung nach innen an, sodass der erzeugende Kegel der Kollbenringflanken-Kegelstumpffläche, der von der Schnittlinie der Lauffläche und der Kolbenringflanke begrenzt ist, bis zu seiner Spitze nicht eine Ringfläche schneidet, die an einer halben Höhe des Kolbenrings angeordnet ist. Der nicht eingebaute Kolbenring weist zusätzlich eine axiale Höhe auf, die eine Breite einer Kolbenringnut übersteigt für die er bestimmt ist. Bevorzugt ist eine beispielhafte Ausführungsform des spielfreien ölabstreifrings mit einem Abstreifsteg oder einem unteren Abstreifsteg versehen und umfasst weiter ölkanäle, die unterhalb des einen oder des unteren Abstreifstegs angeordnet sind. Bei Versionen mit nur einem Abstreifsteg ist es notwendig, die Ölkanäle unterhalb des einen Ölabstreifrings anzuordnen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Laufflächenschenkel mit zwei Abstreifstegen versehen. Eine andere beispielhafte Ausführungsform weist zusätzlich zwischen dem oberen Abstreifsteg und einem unteren Abstreifsteg ölkanäle auf. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des ölabstreifring ist weiter mit ölkanälen versehen ist, die zwischen dem oberen und dem unteren Abstreifsteg angeordnet sind. Damit sind oberhalb und unterhalb des unteren Abstreifstegs Ölkanäle angeordnet.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der obere und der untere
Kolbenringflankenschenkel jeweils elastisch ausgeführt und verjüngen sich in
Radialrichtung nach innen. Bei dieser Ausführung bilden die Kolbenringflanken in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen Kegelflächen. Im Querschnitt können sich die radial inneren Enden der Kolbenringflankenschenkel verformen, und der ölabstreifring kann vorgespannt in eine entsprechende Kolbenringnut eingesetzt werden.
Bei einer anderen Ausführung des spielfreien ölabstreifrings ist der obere (brennraumseitige) Kolbenringflankenschenkel elastisch und verjüngt sich in Radialrichtung nach innen. Auch hier bildet die obere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Der untere Kolbenringflankenschenkel ist im Wesentlichen bzw. im Vergleich zu dem oberen Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch und weist eine ebene untere Kolbenringflanke auf. Hier wird der Anpressdruck in Axialrichtung nur von dem oberen Kolbenringflankenschenkel erzeugt. Die Ausführung weist den Vorteil auf, dass der Kolbenring zumindest solange er an der unteren Kolbenringnutflanke anliegt nicht oder nur gering twistet.
Bei einer weiteren Ausführung des spielfreien ölabstreifrings ist der untere
(kurbelgehäuseseitige) Kolbenringflankenschenkel elastisch und verjüngt sich in
Radialrichtung nach innen. Auch hier bildet die untere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelfläche. Der obere
Kolbenringflankenschenkel ist im Wesentlichen bzw. im Vergleich zu dem unteren
Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch und weist eine ebene obere Kolbenringflanke auf. Hier wird der Anpressdruck in Axialrichtung nur von dem unteren
Kolbenringflankenschenkel erzeugt. Die Ausführung weist den Vorteil auf, dass der
Kolbenring zumindest solange er an der oberen Kolbenringnutflanke anliegt nicht oder nur gering twistet. Bei einer anderen Ausführungsform des spielfreien Ölabstreifrings umfasst dieser weiter eine Ring- oder Expanderfeder, die in dem Kolbenring zwischen dem unteren
Kolbenringflankenschenkel und den oberen Kolbenringflankenschenkel angeordnet ist und den ölabstreifring radial nach außen drückt. Hier wird das Formfüllungsvermögen des ölabstreifrings durch eine Expanderfeder erhöht.
Bei einer zusätzlichen Ausführung des spielfreien ölabstreifrings weist der untere
Kolbenringflankenschenkel eine untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche auf, die kegelförmig ist und einen Kegelwinkel zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° zeigt. Dieser Winkel dient dazu die
Federkraft der nach außen drängenden Expanderfeder dazu zu nutzen, den unteren
Kolbenringflankenschenkel in Axialrichtung nach außen zu drücken.
Bei einer weiteren Ausführung des spielfreien ölabstreifrings weist der obere
Kolbenringflankenschenkel eine obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche auf, die kegelförmig ist und einen Kegelwinkel zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° zeigt. Dieser Winkel dient dazu die
Federkraft der nach außen drängenden Expanderfeder dazu zu nutzen den oberen
Kolbenringflankenschenkel in Axialrichtung nach außen zu drücken. Bei einer anderen Ausführungsform des spielfreien ölabstreifrings steht die Ringfeder lediglich mit Kolbenringflankenschenkelinnenflächen in Kontakt, wobei eine
Laufflächenschenkelinnenfläche nicht von der Ringfeder berührt wird. Bein einer anderen Ausführung des spielfreien Ölabstreifrings ist die Ringfeder als Schlauchfeder ausgeführt. Gerade Schlauchfedern eignen sich als Ringfedern und
insbesondere als Expanderfedern für den spielfreien ölabstreifring, da sie sich auch innerhalb des Kolbenrings bewegen können, wodurch einseitiger Verschleiß vermieden wird.
Eine weitere beispielhafte Ausführung des spielfreien ölabstreifrings umfasst einen Stoß der stufenförmig oder schräg zu einer Axialrichtung ausgeführt ist. Durch dieser Ausführung sind die Stoßstellen des unteren bzw. oberen Abstreifstegs gegeneinander versetzt. Diese Ausführung solle eine verbesserte Abstreifwirkung erreichten. Diese Ausführung kann ebenfalls verhindern dass durch eine eingeschränkte Mobilität des ölabstreifrings in
Umfangsrichtung ein Stoßverschleiß an der Zylinderlaufbuchse auftritt.
Bei einer beispielhaften bevorzugten Ausführung des spielfreien ölabstreifrings, ist die obere und/oder der untere Kolbenringflanke an einer Innenkante mit einer Fase versehen. Die Fase erreicht zwei technische Effekte: die Montage des Rings wird vereinfacht und der Drehpunkt für eine Twistbewegung wird weiter nach außen verlegt, was eine Twistneigung verringert.
Bei einer weiteren Ausführung sind Fasen so stark ausgeprägt, dass die Innenkanten einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner ist als eine Breite einer Kolbenringnut für die er bestimmt ist. Ein Abstand der Innenkanten der Fasen oder der Fase zu einer Innenkante der Kolbenringflanke ist kleiner als die Breite der Kolbenringnut für die er bestimmt ist. Damit lässt sich der Kolbenring in eine Kolbenringnut einsetzen, ohne dass er in Axialrichtung zusammengedrückt werden müsste.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von schematischen Darstellungen nicht beschränkender Ausführungen näher veranschaulicht. Figur 1 stellt einen herkömmlichen einteiligen ölabstreifring mit zwei Abstreifstegen dar.
Die Figuren 2A bis 2E stellen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Ölabstreifrings dar.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen ölabstreifring, der zusätzlich mit einer Expanderfeder versehen ist.
Figuren 4A und 4B zeigen eine Ausführung mit nur einem elastischen Kolbenringflankenschenkel
Figuren 5A und 5B stellen einen ölabstreifring dar, der Abstreifstege mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.
Figuren 6A bis 6C zeigen einen Kolbenring mit nur einem einzelnen Abstreifring.
Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung als auch in den Figuren gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet um auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder
Komponenten Bezug zu nehmen.
Figur 1 stellt einen herkömmlichen einteiligen ölabstreifring 2 in einer perspektivischen Teil-Schnittansicht dar. Der ölabstreifring 2 ist im Wesentlichen u-förmig. Der
ölabstreifring 2 weist einen Laufflächenschenkel 6 auf, der in Radialrichtung nach außen in einer Lauffläche 8 endet, die mit einem oberen und einem unteren Abstreifsteg 14 und 16 versehen ist. In Axialrichtung oben und unten ist der Laufflächenschenkel 6 mit
Kolbenringflankenschenkeln 18 verbunden. Zwischen den Abstreifstegen 14 und 16 sind üblicherweise ölkanäle angeordnet, die abgestreiftes öl nach innen in die Kolbenringnut 42 leiten. Der Kolbenring 2 füllt die Kolbenringnut 42 in Axialrichtung nicht aus, sodass ein gewisses Axialspiel bzw. Spiel in Axialrichtung vorhanden ist.
Die Figuren 2A bis 2D stellen eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Ölabsteifrings dar. In Figur ist der erfindungsgemäße einteiligen Ölabstreifring 4 in einer perspektivischen Teil- Schnittansicht dargestellt. Der Ölabstreifring 4 ist auch hier im Wesentlichen u-förmig. Der ölabstreifring 4 weist einen Laufflächenschenkel 6 auf, der in Radialrichtung nach außen in einer Lauffläche 8 endet, die mit einem oberen und einem unteren Abstreifsteg 14 und 16 versehen ist. In Axialrichtung oben und unten ist der Laufflächenschenkel 6 mit oberen Kolbenringflankenschenkel 20 und einem unteren Kolbenringflankenschenkel 26 verbunden. Zwischen den Abstreifstegen 14 und 16 sind üblicherweise Ölkanäle angeordnet, die in der Figur 2A jedoch nicht dargestellt sind. Der obere Kolbenringflankenschenkel 20 umfasst eine obere Kolbenringflanke 22 und eine obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 24. Der untere Kolbenringflankenschenkel 26 umfasst eine untere Kolbenringflanke 28 und eine untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 30. Der Laufflächenschenkel 6 ist nach innen durch eine Laufflächenschenkelinnenfläche 10 begrenzt. Die obere Kolbenringflanke 22 und die untere Kolbenringflanke 28 bilden jeweils im Wesentlichen konische Flächen bzw.
Kegelstumpfmantelflächen. Im Gegensatz zu der Figur 1 stehen beide Kolbenringflanken mit den jeweiligen Kolbenringnutflanken in Kontakt. Dies ist so da die Kolbenringflankenschenkel 20, 26 in Axialrichtung vorgespannt sind, wodurch kein Spalt und kein Axialspiel zwischen den Kolbenringflanken und den jeweiligen
Kolbenringnutflanken besteht. Der erfindungsgemäße Kolbenring 4 ist folglich in die Kolbenringnut 42 eingeklemmt. Die Klemmkräfte liegen jedoch unter den Kräften die der Ring in Axialrichtung ausübt, sodass sich der Ring immer noch in Radialrichung bewegen kann, und die Axialkräfte das Formfüllungsvermögen nicht erheblich einschränken. Die obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 24 ist an einer radial äußeren Seite mit einer Hohlkehlung versehen, um eine Elastizität des oberen Kolbenringflankenschenkels 20 zu erhöhen. Die untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche 30 ist an einer radial äußeren Seite ebenfalls mit einer Hohlkehlung versehen, um eine Elastizität des unteren
Kolbenringflankenschenkels 26 zu erhöhen. Die Hohlkehlung wirkt hier ähnlich einem Folienscharnier bzw. einer Blattfeder, um die Axialkräfte die die enden der
Kolbenringflankenschenkel auf die Kolbenringnutflanken ausüben zu begrenzen. In Figur 2B ist lediglich eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Kolbenring in einer Ruhelage dargestellt. Der Ring liegt ist nicht vertwistet in der Kolbenringnut 42 und berührt mit beiden Abstreifstegen eine Zylinderinnenwand 36. an der Stelle 38 sind Ölkanäle vorgesehen, die abgestreiftes öl durch den Kolbenring in die Kolbenringnut befördern können, von wo es in das Kurbelgehäuse zurückfließen kann. Der erfindungsgemäße
Kolbenring liegt lediglich nahe den Enden der Kolbenringflankenschenkel mit einem nichtvorhandenen Axialspiel aufgrund von Nulltoleranz 44 an beiden Kolbenringnutflanken gleichzeitig an. Durch diese Form wird der Raum der Kolbenringnut hinter dem Kolbenring abgedichtet. In Figur 2C bewegt sich der Koben nach unten und der Kolbenring ist positiv vertwistet, da der Ring nur mit einem radial sehr weit einwärts gelegenen Abschnitt die
Kolbenringnutflanke berührt. Durch die Vertwistung und die Verformung des Kolbenrings liegt nahezu die gesamte obere Kolbenringflanke 22 an der oberen Kolbenringnutflanke an. Dadurch liegt der untere Abstreifsteg 16 stärker an der Zylinderinnenwand 36 an und kann mehr Öl abstreifen. Die untere Kolbenringflanke beführt im Querschnitt an einem Punkt die untere Kolbenringnutflanke, wodurch die Kolbenringnut entlang der gesamten Länge des Kolbenrings bis auf den Stoß abgedichtet wird.
In Figur 2C bewegt sich der Koben von unten nach oben und der Kolbenring ist negativ vertwistet, da der Ring nur mit einem radial sehr weit einwärts gelegenen Abschnitt die Kolbenringnutflanke berührt. Durch die Vertwistung und die Verformung des Kolbenrings liegt nahezu die gesamte untere Kolbenringflanke 22 an der unteren Kolbenringnutflanke an. Dadurch liegt der obere Abstreifsteg 14 stärker an der Zylinderinnenwand 36 an und kann mehr öl abstreifen. Auch hier berührt die obere Kolbenringflanke im Querschnitt die Kolbenringnutflanke an einem Punkt, wodurch die Kolbenringnut entlang der gesamten Länge des Kolbenrings bis auf den Stoß abgedichtet wird.
Figur 2E zeigt einen Querschnitt durch den Kolbenring in einem ungespannten Zustand. Die ungespannte Gesamthöhe H übersteigt dabei eine Breite B der Kolbenringnut 42. Im ungespannten bzw. unkomprimierten Zustand ist der axiale Abstand h zwischen den äußeren Innenkanten des Kolbenrings jedoch kleiner als die Breite B der Kolbenringnut 42. Die Fasen können somit als Einlaufschrägen dienen, wodurch der Kolbenring in die Kolbenringnut eingesetzt werden kann ohne dass dieser vorher in Axialrichtung zusammengedrückt werden müsste.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen ölabstreifring, der zusätzlich mit einer Expanderfeder 40 versehen ist. Die Expanderfeder ist hier als Schlauchfeder ausgeführt die in Umfangsrichtung zusammengedrückt ist. Der Durchmesser der
Expanderfeder ist so gewählt, dass sie gegen die obere
KolbenringflankenschenkeHnnenfläche und die untere obere
Kolbenringflankenschenkelinnenfläche drückt. Der Durchmesser der Expanderfeder 40 ist so gewählt dass er die Laufflächenschenkelinnenfläche 10 nicht berührt, die obere
Kolbenringflankenschenkelinnenfläche und die untere
Kolbenringflankenschenkelinnenfläche bilden schiefe Ebenen, wodurch die Expanderfeder den Anpressdruck der radial inneren Kolbenringflanken erhöhen kann. Es ist ebenfalls möglich, dass der Durchmesser der Expanderfeder 40 so gewählt ist. dass er die
Laufflächenschenkelinnenfläche 10 berührt, und hauptsächlich den radialen Anpressdruck der Abstreifkanten erhöht.
Figuren 4A und 4B zeigen eine Ausführung mit nur einem elastischen
Kolbenringflankenschenkel. Der obere Kolbenringflankenschenkel 20 ist im Gegensatz zu der Ausführung der Figuren 2A bis 2D als starrer Kolbenringflankenschenkel ausgeführt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass in einer Situation in der der obere
Kolbenringflankenschenkel 20 an der entsprechenden Kolbenringnutflanke anliegt, der Ring nicht twistet. Durch den fehlenden Twist kann eingestellt werden, dass beide Abstreifstege bei einer Bewegung nach unten (bzw, einer Bewegung in der oberen Hälfte des Hubs) an der Zylinderinnenfläche anliegen. Wenn hingegen der untere Kolbenringflankenschenkel 20 an der entsprechenden Kolbenringnutflanke anliegt, twistet der Ring genau so wie der Ring der in der Figur 2D dargestellt ist. Diese Version gestattet es bei einer oberen Kolbenbewegung bzw. einer Kolbenabwärtsbewegung mit zwei Abstreifstegen Öl abzustreifen, während bei einer Aufwärtsbewegung, bzw. einer unteren Kolbenbewegung nur der obere Abstreifsteg öl von der Zylinderinnenwand abstreift. Figuren 5 A und 5B stellen einen ölabstreifring dar, der Abstreifstege mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Der Ring der in den Figuren SA und SB dargestellt ist twistet so wie der Ring der in den Figuren 2C und 2D dargestellt ist. Durch die unterschiedlichen
Durchmesser der Abstreifstege wird ein ähnlicher Effekt wir bei der Ausführung der Figuren 4A und 4B erreicht, nämlich das bei einem Teil der Kolbenbewegung im Wesentlichen nur ein Abstreifsteg nämlich der obere Abstreifsteg 14 aktiv ist und bei einem anderen Teil er Kolbenbewegung beide Abstreifstege der obere und der untere Abstreifsteg 14, 16 öl von der Zylinderinnenwand abstreifen.
Figuren 6A bis 6C zeigen einen Kolbenring mit nur einem einzelnen Abstreifring 18. Der Abstreifring 18 ist zentral an der Lauffläche angeordnet, und die ölkanäle sind unterhalb des Abstreifstegs 18 angeordnet und verlaufen von der Lauffläche zu der
Laufflächenschenkelinnenfläche. Auch hier kann der Abstreifsteg dachförmig ausgeführt werden, um bei den verschiedenen Bewegungsphasen des Kolbenrings unterschiedliche Abstreifwirkungen zu erzielen.
Es sollen auch alle Kombinationen von Merkmalen die nur einzeln in einzelnen Figuren offenbart sind als offenbart angesehen werden, solange sie unter den Schutzbereich der Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste
2 herkömmlicher ölabstreifting
4 Spielfreier ölabstreifring,
6 Laufflächenschenkel
8 Lauffläche
10 Laufflächenschenkelinnenfläche
12 Abstreifsteg
14 oberer Abstreifsteg
16 unterer Abstreifsteg
18 Kolbenringflankenschenkel,
20 oberer Kolbenringflankenschenkel,
22 obere Kolbenringflanke
24 obere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche
26 unterer Kolbenringflankenschenkel,
28 untere Kolbenringflanke
30 untere Kolbenringflankenschenkelinnenfläche
32 axiale Höhe des Kolbenrings
34 Fase
36 Zylinderinnenfläche
38 Ölkanäle
40 Ringfeder
42 Kolbenringnut
44 Nichtvorhandenes Axialspiel aufgrund von Nulltoleranz # Hohlkehlung α Kegelwinkel
B Breite der Kolbenringnut
H Höhe des enspannten nicht eingebauten Kolbenrings h Abstand zwischen den äußeren Innenkanten des Kolbenrings

Claims

Anspruche 1. Spielfreier ölabstreifring,
dessen Querschnitt umfasst:
einen Laufflächenschenkel, mit
mindestens einem Abstreifsteg, der an einer Lauffläche angeordnet ist, einen oberen Kolbenringflankenschenkel,
der mit dem Laufflächenschenkel verbunden ist und dessen obere Fläche eine obere Kolbenringflanke bildet
einen unteren Kolbenringflankenschenkel,
der ebenfalls mit dem Laufflächenschenkel verbunden ist und dessen untere Fläche eine untere Kolbenringflanke bildet, wobei der obere und/oder der untere Kolbenringflankenschenkel
elastisch ist, sich in Radialrichtung nach innen verjüngt, und
dessen bzw. deren Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen eine Kegelföche bildet, und
wobei der nicht eingebaute Kolbenring eine axiale Höhe aufweist, die eine Breite einer Kolbenringnut übersteigt, für die er bestimmt ist.
2. Spielfreier Ölabstreifring nach Anspruch 1, wobei der Ölabstreifring einen
Abstreifsteg umfasst, und weiter mit ölkanälen versehen ist, die unterhalb des einen Abstreifstegs angeordnet sind.
3. Spielfreier ölabstreifring nach Anspruch 1, wobei der Laufflächenschenkel mit
zwei Abstreifstegen, einem oberen Abstreifsteg und einem unteren Abstreifsteg versehen ist, wobei bevorzug der obere Abstreifring einen größeren Durchmesser aufweist als der unteren Abstreifring.
4. Spielfreier Ölabstreifring nach Anspruch 2, wobei der Ölabstreifring weiter mit
Ölkanälen versehen ist, die zwischen dem oberen und dem unteren Abstreifsteg angeordnet sind.
5. Spielfreier Ölabstreifring nach Anspruch 3 oder 4, wobei der ölabstreifring weiter mit ölkanälen versehen ist die unterhalb des unteren Abstreifstegs angeordnet sind.
6. Spielfreier Ölabstreifring, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5,
wobei der obere und der untere Kolbenringflankenschenkel jeweils elastisch sind und sich in Radialrichtung nach innen verjüngen, und
wobei deren Kolbenringflanken in einem nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen Kegelflächen bilden.
7. Spielfreier Ölabstreifring, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5,
wobei der obere Kolbenringflankenschenkel elastisch ist und sich in Radialrichtung nach innen verjüngt,
wobei die obere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im
Wesentlichen eine Kegelfläche bildet,
und wobei der unterer Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch ist und eine ebene untere Kolbenringflanke aufweist.
8. Spielfreier ölabstreifring, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis S,
wobei der untere Kolbenringflankenschenkel elastisch sind und sich in Radialrichtung nach innen verjüngt und
wobei die untere Kolbenringflanke in einem nicht eingebauten Zustand im
Wesentlichen eine Kegelfläche bildet,
und wobei der obere Kolbenringflankenschenkel nicht elastisch ist und eine ebene Kolbenringflanke aufweist.
9. Spielfreier ölabstreifring, gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
weiter umfassend eine Ringfeder die in dem Kolbenring zwischen dem unteren Kolbenringflankenschenkel und den oberen Kolbenringflankenschenkel angeordnet ist und den ölabstreifring radial nach außen drückt.
10. Spielfreier ölabstreifring, gemäß Anspruch 9,
wobei der untere Kolbenringflankenschenkel eine untere
Kolbenringflankenschenkelinnenfläche aufweist die Kegelförmig ist und einen Kegelwinkel (a) zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° aufweist.
11. Spielfreier Ölabstreifring, gemäß Anspruch 9 oder 10,
wobei der obere Kolbenringflankenschenkel eine obere
Kolbenringflankenschenkelinnenfläche aufweist die Kegelförmig ist und einen Kegelwinkel (a) zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 40° und weiter bevorzugt zwischen 15 und 35° aufweist.
12. Spielfreier ölabstreifring, gemäß Anspruch 9, 10 oder 11,
wobei die Ringfeder lediglich mit Kolbenringflankenschenkelinnenflächen in Kontakt steht und eine Laufflächenschenkelinnenfläche nicht berührt.
13. Spielfreier ölabstreifring, gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12,
wobei die Ringfeder als Schlauchfeder ausgeführt ist.
14. Spielfreier ölabstreifring, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13,
wobei ein Stoß stufenförmig oder schräg zu einer Axialrichtung ausgeführt ist.
15. Spielfreier Ölabstreifring, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die obere und/oder die untere Kolbenringflanke an einer Innenkante mit einer Fase versehen ist.
16. Spielfreier ölabstreifring, gemäß Anspruch 15, wobei ein Abstand der Innenkanten der Fasen oder der Fase zu einer Innenkante der Kolbenringflanke kleiner ist als die
Breite der Kolbenringnut für die er bestimmt ist.
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