Kolbenring

Kolbenring
Zwei Kolbenringe auf einem 47-mm-Kolben eines Zweitakt-Motorrollers.

Der Kolbenring ist ein Dichtelement auf dem Kolben, beispielsweise eines Verbrennungsmotors oder eines Kolbenverdichters.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeine Beschreibung

Kolbenringe haben mehrere Aufgaben:

  • Abdichtung des Arbeitsraumes
  • Ableitung der Verbrennungswärme aus dem Kolben zur gekühlten Zylinderwand
  • Dosierung des Schmieröls zwischen der Lauffläche des Ringes und der Zylinderwand

Kolbenringe sind keine geschlossenen Ringe, sondern haben auch im eingebauten Zustand am Umfang eine Öffnung, den sog. Ringstoß. Im freien, d.h. nicht eingebauten Zustand sind Kolbenringe nicht kreisrund, sondern haben eine definierte unrunde Form und eine Öffnung – die Maulweite. Erst im Einbauzustand werden die Ringe in Kreisform gedrückt. Je nach Erfordernis an E-Modul, mechanischer Festigkeit und Verschleißwiderstand werden Kolbenringe aus Guss- oder Stahlwerkstoffen gefertigt. Zur Verbesserung des Verschleißverhaltens sind teilweise Beschichtungen auf den Ringen notwendig. Dabei kommen elektrochemische Verfahren, wie z.B. Verchromen, oder thermische Spritzschichten sowie keramische Beschichtungen zum Einsatz. Auf Stahlringen wird häufig die an der Zylinderlauffläche liegende Randschicht durch Nitrieren gehärtet.

In heutigen Pkw- oder Lkw-Motoren werden in der Regel jeweils drei Kolbenringe pro Zylinder verwendet. Die Ausführung der Kolbenringe unterscheidet sich nach der Einbaulage auf dem Kolben, da die Aufgabe des Ringes von der Position auf dem Kolben abhängt. Der oberste Ring – dem Verbrennungsraum am nächsten gelegen – ist der sog. Kompressionsring und muss in erster Linie abdichten und Wärme ableiten. Der unterste Ring, der Ölabstreifring, streift Schmieröl von der Zylinderwand ab und dosiert dabei den Ölfilm, auf dem die oberen Kolbenringe während des Hubes gleiten. Der zweite oder mittlere Ring dichtet gegen Verbrennungsgase ab und kann durch Wechselwirkung mit der Bewegung des ersten Ringes das Blowby des Motors erheblich beeinflussen. Diesem zweiten Kolbenring fällt aber auch noch eine erhebliche Aufgabe bei der Steuerung des Ölhaushaltes des Motors zu. Der Ölfilm muss sowohl für hinreichend gute tribologische Bedingungen sorgen als auch dünn sein, um die Ölverluste durch Abdampfen gering zu halten. Im Bereich der oberen Kolbenringe beträgt die Ölfilmdicke zum Teil weniger als ein Tausendstelmillimeter und ist damit geringer als die Rauhtiefe von Kolben und Zylinder.

Kompressionsringe/Verdichtungsringe

Die Hauptaufgabe der K-V-Ringe ist es, den Brennraum gegenüber dem Kurbelgehäuse abzudichten und den Wärmefluss vom Kolben zum Zylinder zu gewährleisten. Darüber hinaus sind sie aber auch zur Regelung des Schmierölhaushaltes von großer Bedeutung.

Kompressionsringe sind einteilige Ringe, die ihren Anpressdruck an die Zylinderwand hauptsächlich aus dem Gasdruck beziehen. Um die Abdichtung beim Start zu sichern und ein Ringflattern bei hohen Drehzahlen zu vermeiden, sind die Ringe durch Biegespannung zwischen freier und eingebauter Form mechanisch vorgespannt. Die Höhe des Anpressdruckes wird in der Regel in Form der Tangentialkraft des Ringes angegeben.[1]

Ölabstreifring

Die Hauptaufgabe der Ringe in der untersten Kolbennut ist das Abstreifen des Öles von der Zylinderwand, d.h., der Ölabstreifring hat einen wesentlichen Einfluss auf den Ölhaushalt eines Verbrennungsmotors. Um den Schmierölverbrauch am wirkungsvollsten zu beeinflussen, stehen verschiedene ein-, zwei- oder dreiteilige Bauformen zur Auswahl. In modernen PKW-Verbrennungsmotoren werden einteilige Ölabstreifringe nicht mehr eingesetzt, wohl aber bei Industriemotoren und Kompressoren.

Fußnoten

  1. Franz Pischinger: Verbrennungsmotoren, Vorlesungsumdruck, Band 1, Druck im Selbstverlag, Aachen, Oktober 1995, S. 254

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