Ringflattern kann besonders bei Benzinmotoren bei mittlerer Last und hohen Drehzahlen auftreten. Als Flattern bezeichnet man hier sowohl ein Abheben des Kolbenringes von der unteren Flankenauflagefläche als auch ein Verlust der Dichtwirkung des Ringes aufgrund eines radialen Anlageverlustes an der Zylinderwand (Kollabieren). Beides hat Leistungsverlust und hohen Ölverbrauch zur Folge, da die Abdichtfunktion beeinträchtigt, bzw. aufgehoben wird.
AXIALES RINGFLATTERN
Axiales Ringflattern wird meist von den Stoßenden her in den Ring eingeleitet. Die Stoßenden neigen aufgrund der exponierten Lage besonders dazu, sich unter ungünstigen Betriebsbedingungen von der unteren Anlagefläche abzuheben. Die in Vibration versetzten Stoßenden leiten dann die Schwingung wellenförmig in den gesamten Kolbenring ein.
ACHTUNG
Niedrige Ringhöhen neigen aufgrund geringerer Massenkräfte weniger zum Flattern. Höherer Anpressdruck an den Stoßenden wirkt der Flatterneigung entgegen.
Gründe für axiales Ringflattern
- zu großes Ringhöhenspiel
- Verlust der Ringspannung (Verschleiß) und damit schlechtes Anpressverhalten an den Stoßenden, besonders bei Kolbenringen mit birnenförmiger Radialdruckverteilung
- mechanischer Kontakt des Kolbens mit dem Zylinderkopf aufgrund von Überholfehlern, besonders bei Dieselmotoren (Abb. 1)
- klopfende Verbrennung aufgrund von Fehlern im Motormanagement (Gemischbildung, Zündung) und aufgrund unzureichender Kraftstoffqualität (zu niedrige Oktanzahl, Dieselbeimengungen)
- verschlissene Kolbenringnuten
- zu kleines Nutgrundgasvolumen aufgrund von Ölkohleablagerungen im Nutgrund (Ursache: zu heiße Verbrennungstemperaturen) und /oder ungenügender Motorölqualitäten
RADIALES RINGFLATTERN
Durch eine übermäßige Zunahme des Gasdrucks an der Ringlauffläche während der Verbrennung (Abb. 2) wird das Kräfteverhältnis kurzzeitig gestört, der Kolbenring hebt von der Lauffläche ab und kann nicht mehr richtig Abdichten. Die stetige Wiederholung des Vorgangs führt zum Flattern des Kolbenrings.
Gründe für radiales Ringflattern
- verschlissene Kolbenringe (Abnahme der radialen Wanddicke) und damit verbunden ein Verlust der Anpresskraft des Kolbenringes an der Zylinderwand sowie eine verminderte Ringsteifigkeit
- unrunde Zylinderbohrungen und damit verbundenes, vermehrtes Eindringen von Verbrennungsdruck in den Dichtspalt zwischen Kolbenringlauffläche und Ringspalt
- Kolbenschräglauf durch verbogene Pleuelstangen: Der Ring beschreibt durch den Schräglauf innerhalb der Zylinderbohrung eine leicht ovale Bahn. Somit dringt an der einen Zylinderseite, wo der Kolben weniger anliegt, vermehrt Verbrennungsgas in den Feuerstegbereich und zwischen Kolbenring und Zylinderwand
- an der Lauffläche des Kolbenringes vorhandener exzessiver, balliger Verschleiß durch zu großes Ringhöhenspiel
- beschädigte Ringkanten, die durch eine fehlerhafte Honung (Blechmantelbildung) entstanden sind: Der Ring ist an den Ringkanten aufgerissen und ausgefranst (hauptsächlich bei einfachen Gussringen ohne Laufflächenbeschichtung), Gas dringt in den Dichtspalt und hebt den Kolbenring von der Lauffläche ab.