Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring für Verbrennungsmotoren, insbesondere einen KQmpressionskolbenring, und einen mit diesem zusammenwirkenden Kolben, die in einer Kolbenringnut innenliegend, angepasst aneinander ausgestaltet sind, um die Abdichtwirkung an der oberen Flanke zu verbessern.

Stand der Technik

Während der Verbrennung des Kraftstoffes entsteht ein hoher Druck, der bewirken kann, dass Gas an den Kolbenringen vorbei als sogenannter Blow-By aus der Brennkammer in das Kurbelgehäuse gelangt. Insbesondere der Kolbenring in der obersten Kolbennut soll dies durch Kontakt mit der Kolbennut unterbinden; ein solcher Kolbenring wird auch als Kompressionskolbenring bezeichnet.

Als Kompressionskolbenringe werden hauptsächlich im Wesentlichen rechteckige Ringe verwendet, die als besonders robust gelten. Auch werden hierfür Trapezringe verwendet, die geringfügig von der Rechteckform abweichen, dergestalt, dass ihre axiale Höhe innen etwas kleiner ist als außen, und die durch eine mit der Radialbewegung des Kolbenrings relativ zum Kolben verbundene Veränderung des Axialspiels Ölkohle kontinuierlich freischlagen und so den Aufbau Ölkohle verringern. Trapezringe werden in Nuten verwendet, die an die Trapezform des Ringes angepasst sind, d.h. die ebenfalls trapezförmig sind.

Um Kolbenringen einen sogenannten Twist zu geben, werden Querschnittsschwächungen, wie z.B. Innenfasen, angebracht. Dadurch wird eine gezielte, aber um den Umfang unterschiedliche, Kontaktsituation in der Nut erzeugt und das Anlageverhalten an der Nut verändert.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolbenring bereitzustellen, bei dem einerseits der Aufbau von Ölkohle möglichst verhindert wird und andererseits während des Betriebs stets eine wohldefinierte Kontaktsituation sowohl an der Nut als auch an der Zylinderlaufbahn vorliegt, um insgesamt Blow-By zu verhindern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kolbenring mit einer Lauffläche, einer Innenfläche, einer unteren Ringflanke und einer oberen Ringflanke, wobei sich am Übergang zwischen Innenfläche und oberer Ringflanke eine über den Umfang verlaufende Aussparung in Form eines Innenwinkels befindet, wobei die Aussparung eine konische erste Oberfläche und eine konische zweite Oberfläche am Kolbenring definiert, wobei die erste Oberfläche, in Radialrichtung gesehen, weiter außen und, in Axialrichtung gesehen, weiter oben liegt als die zweite Oberfläche, wobei in einem axialen Querschnitt ein erster Winkel zwischen der Axialrichtung und der ersten Oberfläche im Bereich zwischen 10° und 50° liegt und ein zweiter Winkel zwischen der Radialrichtung und der zweiten Oberfläche im Bereich zwischen 5° und 30° liegt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im axialen Querschnitt ein Winkel zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche im Bereich zwischen 105° und 150° liegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine axiale Höhe des Kolbenrings im Bereich 0,25 - 2 mal einer radialen Wandstärke des Kolbenrings liegen, wobei eine axiale Gesamthöhe der Aussparung im Bereich 0,5 - 0,7 mal der Höhe des Kolbenrings liegt; und wobei eine radiale Gesamttiefe der Aussparung im Bereich 0,2 - 0,7 (vorzugsweise 0,25 - 0,5) mal der Wandstärke des Kolbenrings liegt. Gemäß einem weiteren Aspekt können die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche mittels einer Abrundung ineinander übergehen, wobei ein Krümmungsradius der Abrundung bevorzugt im Bereich 0,25 - 1 mal der Summe aus axialer Gesamthöhe der Aussparung und radialer Gesamttiefe der Aussparung liegt.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann mindestens eine der ersten Oberfläche oder der zweiten Oberfläche mit einer Verschleißschutzschicht ersehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die obere Ringflanke mit einer V erschleißschutzbeschichtung versehen sein.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch einen Kolben aufweisend eine Kolbenringnut mit einem Nutgrund und einer unteren Nutflanke, wobei an einem oberen Ende des Nutgrunds der Kolbenringnut ein Vorsprung angeordnet ist, wobei der Vorsprung eine konische erste V orsprungoberfläche und eine konische zweite V orsprungoberfläche aufweist, wobei die erste V orsprungoberfläche, in Radialrichtung gesehen, weiter außen und, in Axialrichtung gesehen, weiter oben liegt als die zweite V orsprungoberfläche, wobei in einem axialen Querschnitt ein Winkel zwischen der Axialrichtung und der ersten V orsprungoberfläche im Bereich zwischen 10° und 50° liegt und ein Winkel zwischen der Radialrichtung und der zweiten V orsprungoberfläche im Bereich zwischen 5° und 30° liegt.

Gemäß einem Aspekt des Kolbens kann mindestens eine der ersten Vorsprungoberfläche oder der zweiten V orsprungoberfläche mit einer Verschleißschutzbeschichtung versehen sein.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Kolbenring- und Kolben- Kombination umfassend einen Kolbenring wie vorstehend beschrieben und einen Kolben wie vorstehend beschrieben, wobei die Aussparung und der Vorsprung so eingerichtet sind, dass, wenn der Kolbenring in der Kolbenringnut montiert ist, der Vorsprung in die Aussparung hineinragt, die zweite Oberfläche parallel zur zweiten V orsprungoberfläche verläuft, und die erste Oberfläche parallel zur ersten Vorsprungoberfläche verläuft oder der erste Winkel zwischen der Axialrichtung und der ersten Oberfläche größer ist als der dritte Winkel zwischen der Axialrichtung und der ersten Vorsprungoberfläche.

Gemäß einem Aspekt Kolbenring- und Kolben-Kombination kann, wenn der Kolbenring in der Kolbenringnut montiert ist und der Kolbenring an der unteren Nutflanke anliegt, die erste Oberfläche von der V orsprungoberfläche beabstandet sein und die zweite Oberfläche von der zweiten V orsprungoberfläche beabstandet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann, wenn der Kolbenring in der Kolbenringnut montiert ist und die zweite Oberfläche an der zweiten Vorsprungoberfläche anliegt, ein axialer Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der ersten V orsprungoberfläche bestehen, der bevorzugt mindestens 45 pm beträgt.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Kolbenringnut weiterhin eine obere Nutflanke umfasst, und kann, wenn der Kolbenring in der Kolbenringnut montiert ist und die zweite Oberfläche an der zweiten V orsprungoberfläche anliegt, ein axialer Abstand zwischen oberer Ringflanke und oberer Nutflanke bestehen, der bevorzugt im Bereich 0,9 - 1,5 mal dem axialen Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der ersten V orsprungoberfläche liegt.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine innere Randlinie der ersten Oberfläche einen größeren Radius aufweisen als eine innere Randlinie der ersten Vorsprungoberfläche.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Differenz der Radien von innerer Randlinie der ersten Oberfläche und innerer Randlinie der ersten V orsprungoberfläche im Bereich von 15 p bis 300 pm liegen.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, die erste Vorsprungoberfläche und die zweite V orsprungoberfläche mit einer V erschleißschutzbeschichtung versehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Kolbenringnut an einem oberen Ende des Kolbens gelegen sein und an einem Kolbenboden des Kolbens oben offen sein.

,Axial‘ und , radial ⁴ werden wie üblich durch Bezug auf die durch Kolbenring gegebene Achse, die mit der Achse der Zylinderform des Kolbens zusammenfällt, definiert. Eine axiale Richtung (Axialrichtung) ist eine Richtung parallel zu dieser Achse und eine radiale Richtung (Radialrichtung) ist eine Richtung senkrecht zu dieser Achse. Ein axialer Schnitt ist ein Schnitt, bei dem diese Achse in der Schnittebene liegt; ein axialer Schnitt wird im Folgenden auch als Querschnitt bezeichnet. Bezüglich der axialen Anordnung bedeutet ,oben‘ brennraumseitig und , unten ⁴ kurbelgehäuseseitig.„Innen ⁴⁴ und„außen“ sind auf die Achse des Kolbenrings/Kolbens bezogen, in radialer Richtung gesehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

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

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenrings zeigt;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenrings mit eingetragenen Maßen zeigt;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines in einen Kolben eingebauten Kolbenrings gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 4a und Fig. 4b Querschnittsansichten eines in einen Kolben eingebauten Kolbenrings während unterschiedlicher Betriebszustände zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines in einen Kolben eingebauten Kolbenrings in einem Zustand zeigt, in dem der Kolbenring an dem am Nutgrund angeordneten Vorsprung anliegt; Fig. 6a und Fig. 6b Ausführungsbeispiele mit V erschleißschutzbeschichtungen zeigen; und Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Kolbens zeigt.

Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung als auch in der Zeichnung gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente oder Komponenten verwendet. Es ist zudem eine Bezugszeichenliste angegeben, die für alle Figuren gültig ist. Die in den Figuren dargestellten Ausführungen sind lediglich schematisch und stellen nicht notwendigerweise die tatsächlichen Größenverhältnisse dar.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 und Fig. 2 stellen einen erfindungsgemäßen Kolbenring 1 in einer Querschnittsansicht dar, wobei in Fig. 1 Winkel eingetragen sind und in Fig. 2 Abmessungen eingetragen sind. Der Kolbenring 1 weist eine (radial außenliegende) Lauffläche 2, eine der Lauffläche gegenüberliegende Innenfläche 4, eine untere (kurbelraumseitig gelegene) Ringflanke 6 und eine obere (brennraumseitig gelegene) Ringflanke 8 auf. Am Übergang von der Innenfläche 4 zur oberen Ringflanke 8 (d.h. in einem innen- und obenliegenden Bereich des Kolbenrings) befindet sich eine Aussparung bzw. Ausnehmung 10. Die obere Ringflanke 8 und die untere Ringflanke 6 sind bevorzugt parallel zueinander. Die Lauffläche ist bevorzugt abgerundet bzw. ballig (im englischen Sprachgebrauch„barrel-shaped“) ausgebildet; sie kann jedoch auch geradlinig (im Querschnitt) verlaufen, etwa senkrecht zu den Ringflanken oder leicht schräg dazu, wie bei einem Minutenring, ebenso kann die Lauffläche ähnlich ein Nasenring oder einem Nasen-Minutenring gestaltet sein. Die Kolbenringe gemäß der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt einteilig. Die Aussparung erstreckt sich über den gesamten Umfang.

Die Aussparung 10 liegt im Wesentlichen (d.h. Kanten bzw. Übergänge zwischen den Oberflächen und zwischen den Oberflächen und Innenfläche bzw. oberer Nutflanke können geringfügig davon abweichen, z.B. abgerundet oder mit einer Fase versehen sein) in Form eines Innenwinkels vor (genau genommen besteht der Innenwinkel im Querschnitt). Durch die Aussparung 10 sind zwei konische (kegelstumpfförmige) Oberflächen 12a, 12b definiert, die sozusagen die Grenzfläche, zumindest wesentliche (d.h. abgesehen von den Übergängen zwischen den beiden Oberflächen und absehen von den Übergängen zwischen den beiden Oberflächen und Innenfläche bzw. oberer Nutflanke des Kolbenrings) Anteile davon, des Kolbenringkörpers an der Ausnehmung/ Aussparung 10 bilden. Diese beiden konischen Oberflächen werden als erste Oberfläche 12a und zweite Oberfläche l2b bezeichnet, wobei die erste Oberfläche l2a radial weiter außen liegt als die zweite Oberfläche 12b und die erste Oberfläche l2a axial weiter oben liegt als die zweite Oberfläche l2b. Anmerkung: Dem Fachmann ist klar, dass der Kolbenring typischerweise einen Ringstoß aufweist, an welchem die konischen Oberflächen unterbrochen sind, gleiches gilt für die weiteren ring- und kreisförmigen Strukturen des Kolbenrings; entsprechende Strukturen erstrecken sich dann also über den gesamten Umfang mit Ausnahme des Ringstoßes.

Der Kolbenring umfasst also im Querschnitt in Radialrichtung drei Abschnitte: einen inneren halbtrapezförmigen Abschnitt, einen mittleren halbtrapezförmigen Abschnitt und einen äußeren im Wesentlichen rechteckigen (gemäß den in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen) Abschnitt.„Halbtrapezform“ soll hier ein entlang einer Linie senkrecht zu den beiden parallelen Seiten halbiertes gleichschenkliges (symmetrisches) Trapez bezeichnen, d.h. beim Halbtrapez werden die zwei parallelen Seiten durch eine Seite verbunden, die zu diesen beiden Seiten senkrecht steht, während die vierte Seite in einem von 90° verschiedenen Winkel zu den parallelen Seiten (ein solches Trapez wird auch als sogenanntes Rechtwinkliges Trapez bezeichnet).„Im Wesentlichen rechteckig“ soll wieder heißen, dass der äußere Abschnitt an der Lauffläche von der reinen Rechteckform etwas abweichen kann, z.B. eine ballige Lauffläche oder eine schräge Lauffläche (ähnlich einem Minutenring), auch eine Gestaltung ähnlich einem Nasenring oder Minuten-Nasenring ist denkbar. Die schrägen Seiten der Halbtrapezformen des inneren und des mittleren Abschnitts sind jeweils oben angeordnet und bilden über den Umfang betrachtet die erste und die zweite Oberfläche. Die diesen schrägen Seiten gegenüberliegenden Seiten liegen zusammen mit einer Seite des äußeren Abschnitts auf einer Linie, die über Umfang betrachtet die untere Ringflanke bildet.

Die Winkel, die, in einem axialen Querschnitt, von der ersten und zweiten Oberfläche 12a, 12b mit der Axial- bzw. Radialrichtung gebildet werden sind wie folgt eingeschränkt: ein erster Winkel a zwischen der Axialrichtung und der ersten Oberfläche 12a liegt im Bereich zwischen 10° und 50° und ein zweiter Winkel ß zwischen der Radialrichtung und der zweiten Oberfläche (12b) liegt im Bereich zwischen 5° und 30°. Bevorzugt liegt der erste Winkel a im Bereich zwischen 20° und 40°; unabhängig davon liegt der zweite Winkel ß bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 20°. Insgesamt sollte eine axiale Höhe des Kolbenrings im Bereich der Aussparung bevorzugt monoton, weiter bevorzugt streng monoton, und stetig abnehmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Winkel g, der, wieder im Querschnitt, zwischen der ersten Oberfläche 12a und der zweiten Oberfläche 12b gebildet wird, im Bereich zwischen 105° und 150°, bevorzugt zwischen 115° und 140°, weiter bevorzugt zwischen 125° und 135°.

In Fig. 2 sind verschiedene Abmessungen, die sich auf die Aussparung 10 beziehen, eingetragen. Insbesondere eine axiale Höhe hi der ersten Oberfläche 12a und eine axiale Höhe h ₂ der zweiten Oberfläche 12b, die in der Summe im Wesentlichen eine axiale Gesamthöhe h _g der Aussparung 10 ergeben. Weiterhin sind eine radiale Tiefe a der ersten Oberfläche 12a und eine radiale Tiefe a ₂ der zweiten Oberfläche 12b eingetragen, die in der Summe im Wesentlichen eine radiale Gesamttiefe h _g der Aussparung 10 ergeben. „Im Wesentlichen“ bezieht sich darauf, dass es zu geringen Abweichungen aufgrund von abgerundeten/abgeschrägten Übergängen zwischen den einzelnen Oberflächen kommen kann, d.h. die Summen der Höhen/Tiefen der ersten und zweiten Oberflächen können gegebenenfalls etwas kleiner, z.B. 10% oder 20%, als die Gesamthöhe bzw. Gesamttiefe der Aussparung sein, welche sich auf die Gesamtabmessungen der Aussparung beziehen sollen.

Bevorzugt liegt eine axiale Höhe h des Kolbenrings 1 im Bereich 0,25 - 2 mal einer radialen Wandstärke a des Kolbenrings 1, wobei die axiale Gesamthöhe h _g der Aussparung 10 im Bereich 0,5 - 0,7 mal der Höhe h des Kolbenrings 1 liegt und wobei die radiale Gesamttiefe a _g der Aussparung 10 im Bereich 0,2 - 0,7, vorzugsweise 0,25 - 0,5, mal der Wandstärke a des Kolbenrings 1 liegt.

Gemäß einer Ausführungsform grenzen die erste Oberfläche 12a und die zweite Oberfläche 12b aneinander. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform gehen die erste Oberfläche 12a und die zweite Oberfläche 12b mittels einer Abrundung ineinander über, wobei ein Krümmungsradius der Abrundung bevorzugt im Bereich 0,25 - 1, weiter bevorzugt im Bereich 0,25 - 0,4, mal der Summe aus axialer Gesamthöhe h _g der Aussparung 10 und radialer Gesamttiefe a _g der Aussparung 10 liegt.

Fig. 3 stellt, in einer Querschnittsansicht, den Kolbenring 1 in eine Kolbenringnut 22 eines erfmdungsgemäßen Kolben 21 (der nur teilweise dargestellt ist) montiert bzw. eingebaut dar. Der Kolben 21, der in Fig. 7 ohne Kolbenring dargestellt ist, weist eine Kolbenringnut 22 mit einem Nutgrund 24 und einer unteren Nutflanke 26 auf. An einem oberen Ende des Nutgrunds 24 ist ein Vorsprung 30 angeordnet, der über den Umfang verläuft. Der Vorsprung 30 weist zwei konische Oberflächen 32a, 32b auf, die als erste V orsprungoberfläche 32a und zweite V orsprungoberfläche 32b bezeichnet werden. Hierbei gilt, dass die erste V orsprungoberfläche 32a (radial) weiter außen und (axial) weiter oben liegt als die zweite V orsprungoberfläche 32b. Weiterhin ist vorgesehen, dass, in einem axialen Querschnitt, ein dritter Winkel a _k zwischen der Axialrichtung und der ersten V orsprungoberfläche 32a im Bereich zwischen 10° und 50°, bevorzugt zwischen 20° und 40°, liegt und ein vierter Winkel ß _k zwischen der Radialrichtung und der zweiten V orsprungoberfläche l2b im Bereich zwischen 5° und 30°, bevorzugt zwischen 10° und 20°, liegt.

Gemäß einer Ausführungsform grenzen die erste und die zweite V orsprungoberfläche 32a, 32b aneinander. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Übergang zwischen der ersten und der zweiten V orsprungoberfläche 32a, 32b abgerundet gestaltet, d.h. die erste und die zweite V orsprungoberfl äche 32a, 32b gehen mittels einer Abrundung ineinander über.

Weiterhin kann die Kolbenringnut 22 eine obere Nutflanke 28 aufweisen, wie in Fig. 3 dargestellt. Es ist jedoch auch eine oben an einem Kolbenboden 36 offene Kolbenringnut 22 möglich (siehe die Figuren 4a, 4b und 6b), wobei dann der Kolbenring 1 durch den Vorsprung 30 in der Kolbenringnut 22 gehalten wird. Kolbenboden bezeichnet hier die brennraumseitig gelegene Oberfläche des Kolbens, die also mit den V erbrennungsgasen direkt in Kontakt steht (auch als F euerstegoberseite bezeichnet).

Erfindungsgemäß ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, Kolbenring 1 und Kolben 21 in einer Kolbenring-KQlben-Kombination angepasst aneinander zu kombinieren, siehe Fig. 3. Eine solche Kombination umfasst also einen Kolbenring 1 und einen Kolben 21, jeweils wie vorstehend beschrieben, die dergestalt aneinander angepasst sind, dass die Aussparung 10 und der Vorsprung 30 so eingerichtet sind, dass, wenn der Kolbenring 1 in der Kolbenringnut 22 montiert ist, der Vorsprung 30 in die Aussparung 10 hineinragt und die zweite Oberfläche 12b parallel zur zweiten V orsprungoberfläche 32b verläuft und die erste Oberfläche 12a parallel zur ersten V orsprungoberfläche 32a verläuft oder der erste Winkel a zwischen der Axialrichtung und der ersten Oberfläche 12a größer ist als der dritte Winkel a _k zwischen der Axialrichtung und der ersten Vorsprungoberfläche 32a. Anderes ausgedrückt ragt also der Vorsprung 30 in die Aussparung 10 hinein, der zweite Winkel ß ist gleich dem vierten Winkel ß _k und der erste Winkel a ist größer oder gleich (bevorzugt gleich) dem dritten Winkel ot _k . Falls, wie oben beschrieben, die erste und die zweite Oberfläche mittels einer Abrundung ineinander übergehen und auch die erste und die zweite V orsprungoberfläche mittels einer Abrundung ineinander übergehen, sollte der Krümmungsradius der Abrundung des Übergangs erste/zweite Oberfläche kleiner oder gleich dem Krümmungsradius der Abrundung des Übergangs erste/zweite V orsprungoberfläche sein, bevorzug sind die Krümmungsradien gleich.

Vorzugsweise besteht zwischen Kolbenring 1 und Kolben 21 ein Spiel in axialer Richtung (und auch in radialer Richtung). Dabei ist bei einem Kolben mit oben nicht offener Kolbenringnut 22 (wie in Fig. 3), wenn der Kolbenring 1 an der unteren Nutflanke 26 anliegt, bevorzugt ein axialer Abstand h _a zwischen oberer Kolbenringflanke 8 und oberer Nutflanke 8 um mindestens 20 pm größer als ein axialer Abstand h zwischen zweiter Oberfläche 12b und zweiter V orsprungoberfläche 32b.

Bevorzugt liegt der innere Rand der ersten Oberfläche des Kolbenrings (radial) weiter außen als der innere Rand der ersten V orsprungoberfläche des Kolbens. D.h. bevorzugt weist eine innere Randlinie der ersten Oberfläche 12a einen größeren Radius auf als eine innere Randlinie der ersten V orsprungoberfläche 32a. Die Randlinie bezeichnet hier den radial innengelegenen Rand der konischen Oberfläche bzw. konischen V orsprungoberfläche und verläuft entsprechend über den gesamten Umfang, so dass im Wesentlichen (außer am Ringstoß) ein Kreis gebildet wird, dessen Radius definiert ist; der Radius entspricht also dem radialen Abstand der jeweiligen Randlinie von der Achse des Kolbenrings. Falls die erste und die zweite Oberfläche 12a, 12b bzw. die erste und die zweite Vorsprungoberfläche 32a, 32b aneinandergrenzen, entsprechen die Randlinien den jeweiligen Grenzlinien.

Der radiale Abstand a _v zwischen den beiden Randlinien liegt bevorzugt im Bereich von 15 pm bis 300 pm, weiter bevorzugt im Bereich von 50 pm bis 200 pm, noch weiter bevorzugt im Bereich von 100 pm bis 150 pm. Dieser Abstand a _v entspricht der Differenz der Radien von innerer Randlinie der ersten Oberfläche 12a und innerer Randlinie der ersten V orsprungoberfläche 32a.

In den im Folgenden beschriebenen Figuren 4a, 4b, 5, 6a und 6b, die verschiedene Ausführungen von Kolbenring-Kolben-Kombinationen in einer Querschnittsansicht darstellen und in denen der Kolben jeweils nur teilweise dargestellt ist, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht alle Bezugszeichen eingetragen, sondern nur die für die Beschreibung wesentlichen. So nicht gesondert erwähnt gilt weiterhin das vorstehend in Verbindung mit den Figuren 1-3 Gesagte.

Fig. 4a und Fig. 4b stellen Querschnittsansichten eines in einen Kolben 21 eingebauten Kolbenrings 1 während unterschiedlicher Betriebszustände dar. Hierbei ist die Kolbenringnut 22 beispielsweise am oberen Ende des Kolbens 21 angeordnet und am Kolbenboden 36 offen ausgeführt; der Kolbenring 1 wird durch den am Nutgrund angeordneten Vorsprung in der Kolbenringnut 22 gehalten und der Druck der V erbrennungsgase wirkt direkt auf die obere Ringflanke 8.

In Fig. 4a liegt der Kolbenring 1 an der unteren Nutflanke an. Auch hier sind wieder der, in Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnte, axiale Abstand h _j zwischen zweiter Oberfläche 12b und zweiter V orsprungoberfläche 32b und der radiale Abstand a _v zwischen den inneren Randlinien von erster Oberfläche 12a und erster V orsprungoberfläche 32a eingezeichnet.

In Fig. 4b ist der Kolbenring 1 in einem Betriebszustand gezeigt, in dem er sich relativ zum Kolben 21 nach oben bewegt hat und am Vorsprung anliegt, d.h. die zweite Oberfläche 12b liegt an der zweiten Vorsprungoberfläche 32b an. Aufgrund des radialen Abstands a _v zwischen den inneren Randlinien von erster Oberfläche 12a und erster Vorsprungoberfläche 32a und aufgrund der W inkelgestaltung, bei welcher unter anderem die erste Oberfläche 12a und erste Vorsprungoberfläche 32a, die weiter außen liegen, in Radialrichtung gesehen in einem steileren Winkel verlaufen als die inneren zweite Oberfläche 12b und zweite V orsprungoberfläche 32b, die weiter innen liegen, besteht der Kontakt zwischen Kolbenring 1 und Vorsprung lediglich an der zweiten Oberfläche 12b und der zweiten V orsprungoberfläche 32b. Da diese Flächen ähnlich einem üblichen Trapezring gestaltet sind, wird hier der Aufbau von Ölkohle unterbunden. Weiter wird durch diesen Kontakt der durch die Aussparung auftretende Ring-Twist reduziert bzw. aufgehoben, so dass die Lauffläche in genau definierter, gewünschter Weise, z.B. mit einem gewünschten Balligkeitskontakt, an der Zylinderlauffläche anliegt.

Zwischen der ersten Oberfläche 12a und der ersten Vorsprungoberfläche 32a besteht auch in dem in Fig. 4b gezeigten Betriebszustand ein Abstand h _m , so dass dort ein Freiraum besteht, in den Gase gelangen können, die den Kolbenring 1 nach außen an die Zylinderlauffläche drücken. Bevorzugt beträgt dieser axiale Abstand h _m zwischen der ersten Oberfläche 12a und der ersten Vorsprungoberfläche 32a mindestens 45 pm (wenn die zweite Oberfläche 12b an der zweiten V orsprungoberfläche 32b anliegt).

Fig. 5 ist ein Kolbenring 1 eingebaut in eine oben nicht offene Kolbenringnut 22 eines Kolbens 21 und in einem Zustand dargestellt, in dem der Kolbenring 1 am Vorsprung anliegt, d.h. die zweite Oberfläche 12b liegt an der zweiten V orsprungoberfläche 32b an. Fig. 5 entspricht also der Fig. 4b, Fig. 4a hat ihre Entsprechung in Fig. 3. Dementsprechend gilt hier auch das in Zusammenhang mit Fig. 4a und Fig. 4b Gesagte, mit Ausnahme der nicht offenen Ausgestaltung der Kolbenringnut.

Im in Fig. 5 gezeigten Betriebszustand besteht bevorzugt ein axialer Abstand h^ zwischen oberer Ringflanke 8 und oberer Nutflanke 28. Dies ermöglicht es, dass Gase in den Freiraum zwischen erster Oberfläche 12a und erster V orsprungoberfläche 32a gelangen können. Dieser axiale Abstand liegt bevorzugt im Bereich 0,9 - 1,5 mal dem axialen Abstand h _m zwischen der ersten Oberfläche 12a und der ersten V orsprungoberfläche 32a, wenn die zweite Oberfläche 12b an der zweiten Vorsprungoberfläche 32b anliegt.

Weiterhin können sowohl der Kolbenring als auch der Kolben unabhängig voneinander an geeigneten Stellen mit einer V erschleißschutzbeschichtung versehen sein, wie in Fig. 6a (mit oben beispielsweise nicht offener Kolbenringnut) und Fig. 6b (mit oben beispielsweise offener Kolbenringnut) dargestellt. Am Kolbenring 1 wird eine Verschleißschutzbeschichtung 14, 16 bevorzugt an der ersten und/oder der zweiten Oberfläche 12a, 12b oder auch an der oberen Ringflanke 8 angebracht (Fig. 6b). Am Kolben 21 wird eine V erschleißschutzbeschichtung 34 bevorzugt am Vorsprung 30, d.h. an der ersten und/oder der zweiten V orsprungoberfläche 32a, 32b angebracht. Besonders bevorzugt ist es (Fig. 6a), sowohl die erste und die zweite Oberfläche 12a, 12b als auch den Vorsprung 30 mit einer V erschleißschutzbeschichtung zu versehen.

Bezugszeichenliste

1 Kolbenring

2 Lauffläche

4 Innenfläche

6 untere Ringflanke

8 obere Ringflanke

10 Aussparung

12a erste Oberfläche

12b zweite Oberfläche

14 V erschleißschutzbeschichtung erste/zweite Oberfläche

16 V erschleißschutzbeschichtung obere Ringflanke

21 Kolben

22 Kolbenringnut

24 Nutgrund

26 untere Nutflanke 28 obere Nutflanke

30 Vorsprung

32a erste Vorsprungoberfläche

32b zweite Vorsprungoberfläche

34 Verschleißschutzbeschichtung Vorsprung

36 Kolbenboden