Der Bruch von Kolbenringen ist eine der häufigsten Fehlerursachen für Kolbenringe. Typischerweise sind der erste und der zweite Kompressionsring anfälliger für Brüche, wobei Brüche häufig in der Nähe des Ringspalts auftreten. Ein Kolbenring kann in mehrere Segmente zerbrechen, in Stücke zerspringen oder sogar verloren gehen. Gebrochene Kolbenringe beschleunigen den Zylinderverschleiß. Bei Zweitakt-Dieselmotoren können zerbrochene Ringe in das Auspuffrohr oder den Spülluftkasten geblasen werden und sogar in die Turbinenseite des Turboladers eindringen, die Turbinenschaufeln beschädigen und schwere Unfälle verursachen.

Nachfolgend sind die neun Hauptursachen für Kolbenringbrüche aufgeführt:

Häufige Ursachen für Kolbenringbrüche

Hauptursachen sind neben Materialfehlern und mangelhafter Fertigungsqualität mangelnde Wartung im Betrieb und mangelhafte Montagequalität.

• 1. Unzureichender Ringspaltabstand
  Wenn der Ringspalt kleiner als das angegebene Montagespiel ist, dehnt sich das Metall am Spalt aufgrund der Hitze während des Betriebs aus, ohne dass ausreichend Platz vorhanden ist. Dadurch drücken die Enden des Spalts gegeneinander, es entsteht Biegespannung und es kommt zum Bruch in der Nähe des Spalts.
• 2. Kohlenstoffablagerungen in Ringnuten
  Schlechte Verbrennung, Überhitzung der Zylinderwand, Oxidation oder Verbrennung von Schmieröl können zu starker Kohlenstoffablagerung im Zylinder führen. Starke Kohlenstoffablagerungen schränken die Ringbewegung ein. Wenn der Ring und die Zylinderwand Öl- und Metallpartikel abstreifen, vermischen sich diese und bilden unter austretenden Verbrennungsgasen lokale Hartkohlenstoffablagerungen auf der Unterseite der Ringnut. Bei hartem Kohlenstoff an der Unterseite und periodischem Gasdruck an der Oberseite erfährt der Kolbenring Biegeermüdung und bricht.
• 3. Verschleißkante der Zylinderlaufbuchse
  Langfristige Relativbewegungen zwischen der Kolbenbaugruppe und der Zylinderlaufbuchse führen zu Verschleiß und bilden einen Grat an der Oberseite der Laufbuchse. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt (OT) erreicht, prallt der erste Kolbenring auf diesen Grat und kann durch den Stoß brechen.
• 4. Übermäßiger Verschleiß der Ringnuten
  Übermäßiger Verschleiß an der Unterseite der Ringnut führt zu einem konischen (glockenförmigen) Profil. In der Nähe des oberen Totpunkts drückt der Gasdruck den Ring gegen diese geneigte Oberfläche, was zu einer verdrehten Verformung führt. Diese wiederholte Belastung führt zum Ermüdungsbruch des übermäßig abgenutzten Rings.
• 5. Ring bleibt an Ports hängen
  Bei Zweitakt-Dieselmotoren brechen häufig Kolbenringe, weil sie sich an den Spül- oder Auslassöffnungen verfangen. Der Ringspaltbereich weist die höchste Spannung auf und erfährt eine erhebliche thermische Ausdehnung. Auch das Metall zwischen den Öffnungen der Zylinderlaufbuchse neigt zu thermischer Verformung. Wenn der Ringspalt während der Kolbenbewegung leicht an einer Anschlusskante hängen bleibt, kann der Ring brechen.
• 6. Radiale Expansions- und Kontraktionsermüdung
  Wenn die Ringspannung nicht ausreicht oder die Zylinderlaufbuchse übermäßig abgenutzt ist, kann der Kolbenring keine dichte Abdichtung gegenüber der Zylinderwand aufrechterhalten. Unter hohem-Druck stehendes Gas dringt in die Nut ein und drückt den Ring nach innen. Wenn der Kolben absinkt und der Zylinderdruck abfällt, springt der Ring wieder heraus. Diese wiederholte radiale Bewegung führt zum Ermüdungsbruch.
• 7. Bruch aufgrund übermäßiger Abnutzung und unzureichender Festigkeit
  Gängige Kolbenringmaterialien wie Grauguss, legiertes Gusseisen und Sphäroguss sind spröde. Gussfehler wie innere Porosität, Risse oder Entmischungen können zu Schwachstellen oder Spannungskonzentrationen führen. Diese können im Betrieb zu Schlag- oder Ermüdungsbrüchen führen.
• 8. Starker Zylinderlaufbuchsenverschleiß und Stufenbildung
  Am oberen und unteren Totpunkt bilden sich stufenartige Abnutzungserscheinungen (Schultern). Erheblicher Verschleiß am Pleuellager oder Reparaturen am Pleuellager können die ursprünglichen Totpunktpositionen verändern. Unter Trägheitskräften führt dies zu Stoßkräften, die zum Bruch des Ringes führen können.
• 9. Probleme mit der Schmieröl- und Kraftstoffkompatibilität
  Einige Kraftstoffe haben einen hohen Schwefelgehalt. Bei der Verbrennung produzieren sie mehr SO2 und SO3. Diese Gase verursachen bei hohen Temperaturen Gaskorrosion direkt auf Metallen, verhärten Kohlenstoffablagerungen und Gummirückstände und erhöhen den Verschleiß an Laufbuchsen und Ringen. Wenn der Motor ohne Verwendung des für den Kraftstoff geeigneten Zylinderöls läuft oder als Ersatz allgemeines Motoröl verwendet wird, verringert sich die Fähigkeit des Öls, bei der Verbrennung gebildete Säuren zu neutralisieren. Dies führt zu einer stärkeren Säurekorrosion des Kolbens und der Ringe, was häufig zum Bruch der Kolbenringe führt.