Kolbenringe
werden in der Regel aus Grauguss und Stahl gefertigt. Die
Verschleißfestigkeit ist eine wichtige Voraussetzung für die bei
der Herstellung verwendeten Materialien. Das Material sollte auch
einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen, damit die Ringe
entlang der Zylinderoberfläche gleiten können, und sollte in der
Lage sein, hohen Drücken bei verschiedenen Temperaturen und unter
eingeschränkten Schmierbedingungen standzuhalten. Es sollte nicht
festsitzen, wenn sich Ringe in Kontakt mit einem Zylinder bewegen,
und sollte einen hohen Elastizitätsmodul (um den erforderlichen
spezifischen Druck auf die Zylinderoberfläche auszuüben), eine hohe
Streckgrenze und Härte aufweisen. Grau modifiziertes Gusseisen
erfüllt die oben genannten Anforderungen.
Kolbenringe in
einem Verbrennungsmotor haben die Aufgabe, den Austritt von Gas aus
dem Verbrennungsmotor und das Eindringen von Öl in den Brennraum auf
ein Minimum zu reduzieren. Es scheint eine weit verbreitete
Vorstellung zu geben, dass das Austreten von Gas am Kolben vorbei
durch den Einsatz von guten Kolbenringen vollständig verhindert
werden kann. Dass dies nicht der Fall ist, lässt sich nachweisen,
indem man die Kurbelgehäusedeckel von einem warmen Motor entfernt
und das Blasen und Zischen des austretenden Gases beim langsamen
Umdrehen des Motors bemerkt; die genaue Gasmenge, die an den Kolben
eines laufenden Motors vorbeifließt, kann besser gemessen werden,
indem man alle Öffnungen aus dem Kurbelgehäuse schließt, mit
Ausnahme einer, die über eine Leitung mit einem kalibrierten
Gaskollektor verbunden ist. Es müssen Vorkehrungen getroffen werden,
um den Druck und die Temperatur des gesammelten Gases so weit wie
möglich unter atmosphärischen Bedingungen zu halten. Wenn wir den
Hubraum des Kolbens kennen, können wir die Leckage leicht als
ungefähre Größe schreiben. Prozentsatz der Luft, die bei Volllast
in den Motor strömt. Extrem gute Werte für die Leckage bei Volllast
sind 2 Prozent bei 400 U/min und 0,5 Prozent bei 1600 U/min.
Bei schlecht
konstruierten Kolbenringen sind diese Werte um ein Vielfaches höher.
Offensichtlich ist der Leistungsverlust durch Kolbenleckagen also nie
vernachlässigbar, kann aber auf einen im Vergleich zu anderen
Verlustquellen kleinen Wert reduziert werden.
Kolbenringe
werden während ihres Betriebs einer Reihe von Kräften ausgesetzt.
Diese Kräfte erzeugen eine Reihe von Ringbewegungen, einschließlich
Ringdrehung, Axialbewegung und Drehung. Diese Bewegungen beeinflussen
die Leistung des Rings. Der Ringdrehung ist ein besonders starker
Einfluss auf den Verschleiß sowohl des Ringflächenprofils als auch
der Ringnut. Der Verschleiß dieser Art ist entscheidend für den
Betrieb des Motors, da er die Eigenschaften der
Ölfilmbildungsfähigkeit des Rings verändert, was sich auf den
Verschleiß der Laufbuchse auswirkt, sowie die
Ölströmungseigenschaften des Motors während seiner Lebensdauer
schrittweise ändert. Die Ringbewegung wird durch die
Betriebsbedingungen des Motors und durch schädliche Einflüsse auf
den Motor beeinflusst, wie z.B. die Bildung von Rußablagerungen in
den Ringnuten. Die Ringbewegung ist daher für Tribologen und
Motorenentwickler von großem Interesse. Eine Reihe von Methoden
wurden angewandt, um die Ringbewegung zu untersuchen, aber
elektrische Methoden und auf radioaktiven Tracern basierende Methoden
sind die am häufigsten verwendeten.
