DE102010050598B4

DE102010050598B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings sowie danach hergestellter Kolbenring

Info

Publication number: DE102010050598B4
Application number: DE201010050598
Authority: DE
Inventors: Christoph Mix; Dirk Bärenreuter; Jürgen Gillen
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2030-11-06
Also published as: DE102010050598A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings (1), indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper (2) durch mechanische Bearbeitung mit mindestens einem, einen Laufflächenbereich (3) bildenden Steg (7, 8) versehen wird, die Lauffläche (9, 10) des jeweiligen Stegs (7, 8) einem Poliervorgang unterzogen wird und anschließend auf die polierte Lauffläche (9, 10) sowie zumindest die peripheren Randbereiche (15, 16) des Stegs (7, 8) mindestens eine PVD-Schicht (14) aufgebracht wird, wobei das jeweilige Profil des mindestens einen Stegs (7, 8) vollständig mechanisch, insbesondere durch eine Außendrehbearbeitung, vorgearbeitet wird, ehe die jeweilige Lauffläche (9, 10) dem Poliervorgang unterzogen wird und die Kanten des jeweiligen Laufstegs (7, 8) verrundet, insbesondere mit einem Radius von ca. 0,02 mm, ausgebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings.
Die US 2,614,899 offenbart einen Ölabstreifkolbenring, bestehend aus einem Grundkörper aus Gusseisen mit mindestens einem, eine Lauffläche bildenden Steg sowie einer verschleißfesten Schicht auf der Lauffläche. Die verschleißfeste Schicht soll hier insbesondere als Chromschicht ausgebildet sein. Zur Aufbringung der verschleißfesten Schicht muss der Grundkörper eine bestimmte Form aufweisen. Im vorliegenden Fall soll der Steg des Grundkörpers mit einer trapezförmigen Querschnittskontur versehen werden, wobei die an den Endbereichen der Lauffläche entstehenden Kanten angefast oder schwach gerundet sind, damit die Chromschicht den Kanten folgen kann. Dennoch entstehen beim Verchromen in diesem Bereich Chromüberhänge, da die Stromdichte in diesem Bereich beim Verchromen größer ist. Aufgrund dieser Chromüberhänge werden nach dem Verchromen die Laufflächen geschliffen. Die Folge dieser Maßnahme ist, dass, über den Umfang gesehen, sich eine unterschiedliche Laufstegbreite einstellt, die eine so genannte Girlandenform bewirkt. Da die Abstreifwirkung des Ölabstreifrings unter anderem von seiner spezifischen Anpresskraft abhängig ist, sollte die Stegbreite über den Umfang im engen Toleranzbereich liegen. Zu diesem Zweck ist es bisher notwendig, die Laufstege nach dem Verchromen durch den Arbeitsgang Profilschleifen nachzubearbeiten. Dieser Arbeitsgang ist jedoch vom Arbeitsaufwand her sehr kostspielig, so dass der Kolbenring in der Herstellung teuer wird.
Heutige mit Chromschichten versehene Kolbenringe werden wie folgt hergestellt: Im Bereich der äußeren Umfangsfläche eines Grundkörpers wird ein Vorprofil angebracht, welches die Laufstege der Lauffläche erzeugt. Die gesamte äußere Mantelfläche wird anschließend verchromt. Anschließend wird das endgültige Profil des Ölabstreifrings, insbesondere durch Profilschleifen, hergestellt. Dabei werden nur die Flanken der Ölabstreifringe sowie der Nutgrund geschliffen. Die Lauffläche der Stege bleibt unberührt.
Grundsätzlich wäre dieser Arbeitsablauf auch bei so genannten PVD-Schichten denkbar. Hier besteht allerdings das Problem, dass die PVD-Schichten aufgrund ihrer hohen Eigenspannung beim Profilschleifen abplatzen würden. Daher ist das vorab angesprochene Verfahren zur Erzeugung von Profilen an verchromten Ölabstreifringen für heute bekannte PVD-Schichten nicht geeignet.
Der DE 197 52 720 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings zu entnehmen, beinhaltend mindestens einen Steg. Auf der äußeren Umfangsfläche des Stegs wird zunächst einmal eine verschleißfeste und danach eine weitere Schicht aufgebracht. Zur Bildung scharfer Kanten werden die Schichten an den Stegen abgeschliffen. Die verschleißfeste Schicht soll durch eine galvanische Hartchromschicht mit eingelagerten Feststoffpartikeln gebildet sein. Die Deckschicht soll ebenfalls galvanisch aufgebracht werden und aus Metall bestehen, wobei bevorzugt auf Kupfer, Zinn, Nickel, Chrom und Legierungen aus diesen Metallen verwiesen wird.
Durch die DE 196 21 721 A1 ist einerseits ein Kolbenring und andererseits ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Kolbenrings bekannt geworden. Verfahrensgemäß soll auf einem Basiskörper laufflächenseitig eine Unterschicht aus elektroplatiertem Chrom respektive einer Gasnitrierschicht abgeschieden werden. Im Anschluss an eine Oberflächenbearbeitung dieser Laufflächenschicht soll eine metallische nitrierte Oberflächenschicht unter Verwendung eines Chromnitrids oder eines Titannitrids auf der Unterschicht aufgebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings bereitzustellen, mit welchem es möglich ist, eine profilierte Lauffläche mit mindestens einer PVD-Schicht zu versehen, ohne dass es zu den angesprochenen Abplatzungen kommt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings, indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper durch mechanische Bearbeitung mit mindestens einem, einen Laufflächenbereich bildenden Steg versehen wird, die Lauffläche des jeweiligen Stegs einem Poliervorgang unterzogen wird und anschließend auf die polierte Lauffläche sowie zumindest die peripheren Randbereiche des Stegs mindestens eine PVD-Schicht aufgebracht wird, wobei das jeweilige Profil des mindestens einen Stegs vollständig mechanisch, insbesondere durch eine Außendrehbearbeitung, vorgearbeitet wird, ehe die jeweilige Lauffläche dem Poliervorgang unterzogen wird und die Kanten des jeweiligen Laufstegs verrundet, insbesondere mit einem Radius von ca. 0,02 mm, ausgebildet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese vom Stand der Technik abweichende Bearbeitungsform macht es nun möglich, zumindest auf die Lauffläche, respektive die peripheren Randbereiche des Stegs bzw. der Stege, mit mindestens einer PVD-Schicht zu versehen, ohne dass selbige aufgrund ihrer hohen Eigenspannungen abplatzen kann.
Ebenfalls vorgeschlagen wird ein Ölabstreifkolbenring, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Abweichend vom Stand der Technik wird nun bei dem, insbesondere aus Gusseisen bestehenden, Grundkörper vorzugsweise durch eine Außendrehbarbeitung das jeweils gewünschte Profil (mindestens ein Steg) vollständig vorgearbeitet. Im Anschluss daran wird die Lauffläche des jeweiligen Steges poliert, wobei die Kanten der Laufstege leicht verrundet werden (R = ca. 0,02 mm). Eine geringfügige Kantenverrundung ist sinnvoll, da ansonsten die aufgebrachte zumindest eine PVD-Schicht aufgrund ihrer Eigenspannung zum Abplatzen in diesem Bereich neigen könnte.
Nach derartiger Vorbereitung des Grundkörpers kann dann die zumindest eine PVD-Schicht laufflächenseitig aufgebracht werden.
Bei diesem Arbeitsgang werden neben der Lauffläche auch die Stegflanken und der Nutgrund mit der zumindest einen PVD-Schicht versehen.
Das Bohren von Drainagelöchern zur Erzeugung eines Ölabstreifkolbenrings erfolgt vorteilhafterweise vor dem PVD-Beschichten. Dies ist möglich, da es im Gegensatz zum Verchromen nicht zur bereits angesprochenen Girlandenbildung auf den Laufstegen kommt.
Je nach Einsatzfall kann es sinnvoll sein, auf die jeweilige Lauffläche sowie zumindest deren periphere Stegbereiche, eine Mehrlagen-PVD-Deckschicht aufzubringen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Vollständig vorgearbeiteter Kolbenringgrundkörper;
2 Grundkörper gemäß 1, der laufflächenseitig mit einer PVD-Schicht versehen ist.
1 zeigt einen Ölabstreifkolbenring 1, beinhaltend einen Grundkörper 2, der in diesem Beispiel aus Gusseisen bestehen soll. Der Kolbenringgrundkörper 2 beinhaltet einen Laufflächenbereich 3, eine selbigem radial gegenüberliegende Innenumfangsfläche 4 sowie zwei Flankenflächen 5, 6. Durch ein nicht weiter dargestelltes Außenprofilbearbeitungswerkzeug (Drehwerkzeug) wird der laufflächenseitige Bereich 3 des Kolbenrings 1 dergestalt bearbeitet, dass zwei Laufstege 7, 8 gebildet werden. Die Laufstege 7, 8 bilden jeweils äußere Laufflächen 9, 10. Die Kanten der Laufstege 7, 8 sind mit Radien R in einer Größenordnung von ca. 0,02 mm versehen. Zwischen den Stegen 7, 8 wird eine Umfangsnut 11 gebildet.
Im Anschluss an die komplette, wie in 1 erkennbare Profilierung des laufflächenseitigen Bereichs 3 des Kolbenrings 1, werden ausschließlich die Laufflächen 9, 10 der Laufstege 7, 8 einem Poliervorgang unterzogen. Anschließend werden, zur Erzeugung eines Ölabstreifkolbenrings, in Umfangsrichtung des Kolbenrings 1 gesehen, eine Vielzahl von Drainagebohrungen 12 zwischen dem Nutgrund 13 der Nut 11 und der inneren Umfangsfläche 4 des Kolbenrings 1 eingebracht.
2 zeigt nun den in 1 komplett vorgearbeiteten Kolbenring 1, der im Bereich der Laufflächen 9, 10 der Stege 7, 8 mit einer in diesem Beispiel einlagigen PVD-Deckschicht 14 versehen wurde. Die PVD-Deckschicht 14 wurde erfindungsgemäß nicht nur auf den Laufflächen 9, 10, sondern darüber hinaus auch in den peripheren Randbereichen derselben, nämlich auf den Stegflanken 15, 16 und dem Nutgrund 13 abgeschieden. Infolge der Verrundung der Kanten der Laufstege 7, 8 gelingt es, die unter hoher Eigenspannung stehende jeweilige PVD-Schicht 14 so im laufflächenseitigen Bereich 3 des Kolbenrings 1 abzuscheiden, dass Abplatzungen insbesondere im Bereich der Kanten der Stege 7, 8 vermieden werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings (1), indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper (2) durch mechanische Bearbeitung mit mindestens einem, einen Laufflächenbereich (3) bildenden Steg (7, 8) versehen wird, die Lauffläche (9, 10) des jeweiligen Stegs (7, 8) einem Poliervorgang unterzogen wird und anschließend auf die polierte Lauffläche (9, 10) sowie zumindest die peripheren Randbereiche (15, 16) des Stegs (7, 8) mindestens eine PVD-Schicht (14) aufgebracht wird, wobei das jeweilige Profil des mindestens einen Stegs (7, 8) vollständig mechanisch, insbesondere durch eine Außendrehbearbeitung, vorgearbeitet wird, ehe die jeweilige Lauffläche (9, 10) dem Poliervorgang unterzogen wird und die Kanten des jeweiligen Laufstegs (7, 8) verrundet, insbesondere mit einem Radius von ca. 0,02 mm, ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem PVD-Beschichten radial vom Nutgrund (13) des Kolbenrings (1) in Richtung seiner inneren Umfangsfläche (4) verlaufende Drainagebohrungen (12) in den Kolbenring (1) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die jeweilige Lauffläche (9, 10) sowie zumindest deren periphere Stegbereiche (15, 16) und den Nutgrund (13) eine Mehrlagen-PVD-Deckschicht aufgebracht wird.
Ölabstreifkolbenring hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.