DE2513019A1 - I.C. engine piston ring - has external groove which is filled with chromium - Google Patents

Abstract

The piston ring has a shallow groove in its external surface. The bottom surface of the groove is flat while its sides slope away from one another at an angle of approximately 35 to 80 deg. The width of the groove is between 40 to 90% of the total width of the ring. The groove is filled with electrolytically deposited chromium. The outer surface of the chromium can be either flat, conical or part cylindrical. The piston blank may be of cast iron. Steel or stainless steel. Groove depth of ring may be 0,228 to 0,748 mm.

Description

Kolbenring Die Erfindung bezieht sich, allgemein gesagt, auf Kolbenringe für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf einen Kolbenring, der eine :lift Chrom plattierte Lauffläche besitzt. Piston Ring The invention relates generally to piston rings for internal combustion engines and in particular on a piston ring, the one: lift chrome owns plated tread.

Nach dem Stand der Technik sind mit Chrom plattierte Kolbenringe bekannt. Die Herstellung und die Verwendung von mit Chrom plattierten Kolbenringen haben Jedoch Schwierigkeiten mit sich gebracht. Zum Beispiel gibt die brit.PS 526 707 an, dass wenn eine auf dem Ring niedergeschlagene Schicht von Chrom geschliffen wird, um den endgültigen Aussendurchmesser des Rings hezzustellen,kleine und kleinste Stücke der Schicht abbrechen. In der brit.PS wird vorgeschlagen, diesen Mangel dadurch zu beheben, dass man im Umfang des Rings Vertiefungen anbringt, und das Chrom in diese Vertiefungen niederschlägt. In der US-PS 2,380,654 sucht man das Problem zu lösen, und auch das Einlaufen des Rings dadurch zu erleichtern, dass man das Chrom in eine konkave Oberfläche des Rings niederschlägt und dabei die äusseren Stirnenden des Rings als scharfe Linien des Grundmetalls stehenlässt, um die Zylinderwand abzuschaben und Öl in dem vertieften oder konkaven und mit Chrom plattierten Teil des Rings festzuhalten. Die US-Patentschrift 3 573 874 hat die Praxis dadurch weiterentwickelt, dass eine Vielzahl von mit axialem Abstand sich in Umfangsrichtung erstreckenden und in Abstand voneinander befindlichen Stegen und Rinnen in der mit Chrom plattierten Oberfläche vorgesehen sind, um das Öl zu sammeln und festzuhalten.Piston rings plated with chrome are known in the prior art. Have the manufacture and use of chrome plated piston rings However, it brought difficulties. For example, the British PS 526 707 at that when a layer of chrome deposited on the ring is sanded is small and small to produce the final outer diameter of the ring Break off pieces of the layer. In the brit.PS it is suggested to remedy this deficiency to fix that indentations are made in the circumference of the ring and the chrome in precipitates these depressions. The problem is sought in US Pat. No. 2,380,654 loosen, and also the running-in of the ring thereby facilitate, that the chrome is deposited in a concave surface of the ring and at the same time leaves the outer ends of the ring as sharp lines of the base metal, to scrape off the cylinder wall and oil in the recessed or concave and with chrome clad part of the ring. U.S. Patent 3,573,874 has the Practice further developed by the fact that a large number of axially spaced one another in the circumferential direction and spaced apart webs and grooves are provided in the chrome plated surface for the oil to flow into collect and hold on.

Im allgemeinen sind mit Chrom plattierte Ringe erfolgreich in üblichen Dieselmotoren verwendet worden. Jedoch verursachen die Arbeitsbedingungen, die bei einigen neuzeitlichen hochtourigen und mit hoher Belastung arbeitenden Dieslmotoren- vorliegen, Bruch der Kolbenringe, der selbst in der Garantiezeit des Motors auftreten kann. Bei einem dieser Motoren veranlassten die auf die Kompressions - Ringe ausgeübten Beanspruchungen ein so hohes Ausmass von Ermüdungsbrüchen in den Ringen, dass die Fortsetzung der Produktion des Motors in Frage gestellt war. In general, chrome plated rings are successful in common Diesel engines have been used. However, the working conditions that cause some modern high-speed diesel engines working with high loads present, breakage of the piston rings, which occur even during the warranty period of the engine can. In one of these engines, the forces exerted on the compression rings Stresses such a high degree of fatigue fractures in the rings that the Continuation of production of the engine was in question.

Bevor die Produktion des Motors tatsächlich aufgegeben wurde, wurde ein Not-Versuchsprogramm in die Wege geleitet, das als "beschleunigter Versuch betreffend Ringbruch" bezeichnet wurde und dazu diente, neue Ringkonstruktionen zu sichten. Dieser beschleunigte Versuchsgang wurde dadurch bewerkstelligt, dass der Seitenspielräum zwischen dem oberen Kompressions-Ring und der Kolbennut von nominal 0,101 mm-auf 0,432 mm erhöht -wurde.-Durch diese Änderung wurde die Faserspannung an dem Ring erhöht, indem man dem Ring eine grössere Biegung in der Nut, wie sie sich durch die hin-und hergehende Kolbenbewegung ergibt, erlaubte. Zusätzlich wurden grössere Änderungen in der Belastung und im Wärmekreislauf des Motors dadurch hervorgerufen, dass die Geschwindigkeit des Ttotors periodisch abwechselnd zwischen Leerlaufdrehzahl für einen Zeitraum von 10 Sekunden und nachfolgender Beschleunigung der Drehzahl auf ungefahr -25 % itber die Nenn- Drehzahl geändert wurde und diese Geschwindigkeit für einen Zeitraum von 20 Sekunden aufrechterhalten wurde. Solche Arbeitsperioden wurden während eines Zeitraumes von 100 Stunden wiederholt. Da die Chromplattierung des Grundrings möglich macht, den Grundring aus Werkstoffen verschiedener Art herzustellen, die hohe Festigkeit haben, weil das harte Chrom die Verschleissbelastung aufnimmt, wurde durch Untersuchung der Verwendung verschiedener Grundeisenmetalle für den Körper des Kolbenrings angestrebt, die Verschleissfestigkeit, den Korrosionswiderstand und den geringen Reibungskoeffizienten der Chromplattierung beizubehalten. Eine grosse Zahl von Eisenmetallen, einschliesslich martensitischer duktiler Eisenarten, kaltformbare Eisenarten, rostfreier Stahl, schnellgehämmerte (shotpeened) Ringe, wurden geprüft; aber in allen Fällen kamen die Ringe in Zeiträumen zu Bruch, die kleiner als die vorgesehenen 100 Stunden waren.Before the production of the engine was actually given up initiated an emergency trial program called "Accelerated Trial Ringbruch "and served to sift through new ring constructions. This accelerated test run was accomplished by the fact that the side clearance between the upper compression ring and the piston groove from nominally 0.101 mm-up 0.432 mm increased - This change increased the fiber tension on the ring increased by giving the ring a greater bend in the groove as it moves through the reciprocating piston movement results, allowed. In addition, larger Changes in the load and in the heat cycle of the engine caused by that the speed of the Ttotors periodically alternates between idle speed for a period of 10 seconds and subsequent acceleration of the speed has been changed to approximately -25% above the nominal speed and this speed was maintained for a period of 20 seconds. Such periods of work were repeated over a period of 100 hours. Because the chrome plating of the base ring makes it possible to manufacture the base ring from materials of different types, have high strength, because the hard chrome absorbs the wear and tear, was made by studying the use of various base ferrous metals for the Body of the piston ring aimed at the wear resistance, the corrosion resistance and maintain the low coefficient of friction of the chrome plating. One large number of ferrous metals, including martensitic ductile iron species, cold formable iron types, stainless steel, shotpeened rings, have been checked; but in all cases the rings broke in periods that were shorter than the planned 100 hours.

Es wurde gefunden, dass die Chromplattierung die Ermüdungsgrenzbeanspruchungen (endurance limit - fatigue life) herabsetzt und dass durch c'ie Erzeugung einer von Chrom freien Grundmetallfläche an jeder Seite der Chromplattierung das Chrom aus dem Bereich der maximalen Belastung entfernt wird und Ringe erzeugt werden, die stark erhöhte Ermüdungsgrenzbeanspruchungen besitzen, insbesondere dann, wenn das Verhältnis der Breite der der Belastung ausgesetzten Grundmetallfläche zur Breite der Chromplattierung zwischen 5 und 30 Vo der Ringbreite gehalten wird. Gemäss der Erfindung ist somit ein Kolbenring vorgesehen, der einen massiven, mit einem Spalt versehenen Körper aus Eisenmetall aufweist, welcher in seiner äusseren Umfangsfläche eine Nut besitzt, deren Seitenflanken in radialer Richtung divergieren und die sich vollständig um den Umfang der Lauf fläche herum erstreckt; die Nut hat eine Länge, die mit der Länge des Umfangs der Umfangsfläche übereinstimmt, hat aber eine Breite, die geringer als die Breite der Umfangsfläche ist, so dass die Nut zwischen Plateaubereichen ~ ~ des Grundmetalls liegt. Die Nut ist mit elektrolytisch niedergeschlagenem Chrom gefüllt.The chrome plating was found to reduce the fatigue limit (endurance limit - fatigue life) and that by creating a of chrome-free base metal surface on each side of the chrome plating the chrome is removed from the area of maximum load and rings are created, which have greatly increased fatigue limit stresses, especially when the ratio of the width of the exposed base metal surface to the width the chrome plating is kept between 5 and 30 Vo of the ring width. According to the In accordance with the invention, a piston ring is thus provided which has a massive, with a gap has provided body made of ferrous metal, which in its outer peripheral surface has a groove whose side flanks diverge in the radial direction and which extend extends completely around the circumference of the running surface; the groove has a length which corresponds to the length of the circumference of the peripheral surface, but has a width which is less than the width of the peripheral surface, so that the groove between plateau areas ~ ~ of the base metal lies. The groove is with electrolytically deposited chrome filled.

Nachstehend werden Ausftihrungsformen der Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines gem. der Erfindung hergestellten Rings; Fig. 2 in grösserem Masstab einen Querschnitt nach der Linie II-II des Rings nach Fig.1; Fig.3 in grösserem Maßstab einen Querschnitt ainer Ausfuhrungsform,bei der die Umfangsfläche abgeschrägt ist (und zwar im Bereich von 1/2 bis 40); Fig. 4 in grösserem Maßstab einen Querschnitt einer Ausführungsform, die als Keilstein-Trapez-Ring (Keystone Ring) bezeichnet wird; Fig. 5 in grösserem Maßstab einen Querschnitt einer Ausführungsform, bei der eine ballige Umfangsfläche vorgesehen ist; Fig. 6 in grösserem Maßstab einen Querschnitt einer AusfUhrungsform mit einer balligen Umfangsfläche und einem abgefasten Plateau-Bereich, und Fig. 7 ein Diagramm, in dem die Biegungen des Rings in Abhängigkeit von der Zahl der Lastwechsel (cycles) dargestellt sind0 Gemäss den Zeichnungen ist der erfindungsgemässe Kolbenring aus einem üblichen Metallkolbenring-Rohling 10 hergestellt, der ein mit Spalt versehenes winkliges Ringglied ist. Für lesen Rohling kann -3edes--übl-iche- Kolbenringmaterial verwendet werden, zum Beispiel Gusseisen, Stahlsorten und rostfreie Stähle; wie Fig. 2 zeigt, ist eine winkelige Nut 12 am Umfang oder an der änsseren Umfangsfläche oder Lauffläche des Kolbenring-Rohlings 10 durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Embodiments of the invention are exemplified below is described with reference to the drawings, namely: FIG. 1 is a perspective view View of a ring produced according to the invention; Fig. 2 on a larger scale a cross section along the line II-II of the ring of Figure 1; Fig. 3 in larger Scale shows a cross section of an embodiment in which the peripheral surface is beveled is (ranging from 1/2 to 40); 4 shows a cross-section on a larger scale an embodiment called the Keystone Ring will; Fig. 5 shows, on a larger scale, a cross-section of an embodiment in which a spherical peripheral surface is provided; 6 shows a cross-section on a larger scale an embodiment with a spherical peripheral surface and a chamfered plateau area, and FIG. 7 is a diagram in which the bends of the ring as a function of the Number of load changes (cycles) are shown 0 According to the drawings, the inventive Piston ring made from a conventional metal piston ring blank 10, which has a Split angled ring member is. Anything can be done for reading blank Piston ring material can be used, for example cast iron, steel grades and stainless Steels; as Fig. 2 shows, is an angled groove 12 on the circumference or on the änsseren Circumferential surface or running surface of the piston ring blank 10 by machining manufactured.

Die Nut ist ziemlich flach und besitzt einen flachen Boden oder Nutgrund 13. Die Seitenflanken der Nut sind nrch aussen in einem Winkel A von 35 bis 800 geneigt, vorzugsweise um etwa Die Dicke W des Grundmetalls, die im Bereich der Umfangsfläche nach Einbringen der Nut verbleibt, beträgt 5 bis 30 % der Dicke B des Rings, vorzugsweise ungefähr 27 %.The groove is fairly shallow and has a flat bottom or bottom of the groove 13. The side flanks of the groove are only outside at an angle A of 35 to 800 inclined, preferably by about the thickness W of the base metal, which is in the region of the circumferential surface remains after making the groove, is 5 to 30% of the thickness B of the ring, preferably about 27%.

Bei der Herstellung des Rings wird dieser auf seinen genauen Aussendurchmesser und das gewünschte Profil gebracht, wonach die Nut 12 in dem Ring hergestellt wird. Nuttiefen von 0,228 bis 0,748 mm (0,009 bis 0,0295 Inches) erlauben eine stufenweise Endbearbeitung nach dem Plattieren, derart, dass man eine Pertigplattierung von 0,0508 bis 0,508 mm (0,002 bis 0,020 Inches) erhält. Eine Reihe dieser Ringe werden konzentrisch miteinander zusammen auf eine Plattierspindel aufgebracht und werden so geschlossen, dass lediglich ihre Laufflächen dem Plattierbad ausgesetzt sind. Die Chromfüllung 17 wird dannelektrolytisch niedergeschlagen, bis der Niederschlag einige Tausendstel Inch (einige Hundertstel mm) grösser ist als die Tiefe der Nut. Das Plattieren kann in üblicher Weise vor sich gehen. Ein Beispiel einer typischen Zusammensetzung des Plattierbades sei durch die folgenden Zahlen gegeben: Chromsäure - 90 g/l bis 560 g/l (12 bis 75 oz per gal.), Sulfat -75 g bis 450 g/l (10 bis 60 oz per gal.); die Arbeitsparameter sind: Badtemperatur - 32,5 bis 600C (90 bis 1400F) und Stromdichte - 0,465 bis 0,775 A/cm2 (3t>O bis 5,0 asi.). Das Plattieren bzw. Niederschlagen des Chroms wird über eine Zeitspanne fortgesetzt, die ausreicht, die gewünschte Dicke der Schicht zu erhalten. Die Plattierspinde wird dann aus dem Bad entfernt, und der Ring wird derart geschliffen, dass das Grundmetall 15-ubereicn bzw. eineuf jeder Seite der niedergeschlagenen Chromschicht 17 freigelegt wird. Das Schleifen beseitigt die Oberflächenrauhigkeit und Chromknötchen, so dass die Oberfläche glatt wird und die Ermüdungsgrenzbeanspruchung oder Dauerfestigkeit erhöht wird. Das Schleifen befreit das Chrom von Zugspannungen (Chrom hat geringe Zugfestigkeit), und zwär geschieht dies dadurch, dass das Chrom von den hochbeanspruchten Teilen 15 des Rings entfernt wird.During the production of the ring, it is adjusted to its exact outer diameter and brought the desired profile, after which the groove 12 is made in the ring. Groove depths from 0.228 to 0.748 mm (0.009 to 0.0295 inches) allow a gradual Finishing after plating, such that one can finish plating 0.0508 to 0.508 mm (0.002 to 0.020 inches). A number of these rings will be concentrically with one another and applied together on a plating spindle so closed that only their running surfaces are exposed to the plating bath. The chromium filling 17 is then electrolytically deposited until the precipitate a few thousandths of an inch (a few hundredths of a mm) greater than the depth of the groove. The plating can be done in the usual way. An example of a typical The composition of the plating bath is given by the following numbers: Chromic acid - 90 g / l to 560 g / l (12 to 75 oz per gal.), Sulfate -75 g to 450 g / l (10 to 60 oz per gal.); the working parameters are: bath temperature - 32.5 to 600C (90 to 1400F) and current density - 0.465 to 0.775 A / cm2 (3t> O to 5.0 asi.). The plating or Deposition of the chromium continues for a period of time sufficient to obtain the desired thickness of the layer. The plating locker is then removed from the The bath is removed and the ring is ground to clean the base metal or one on each side of the deposited chromium layer 17 is exposed. The grinding removes the surface roughness and chrome nodules, so that the Surface becomes smooth and the fatigue limit stress or fatigue strength increases will. Grinding frees the chrome from tensile stresses (chrome has low tensile strength), and between happens this is because the chrome is highly stressed Part 15 of the ring is removed.

Die gemäss der Erfindung hergestellten Ringe zeigen im Betrieb überraschende Eigenschaften. Bei dem ersten Versuch mit einem Motor, lief der in Fig. 1 dargestellte Ring 400 Stunden ohne zu versagen. Bei einem Wiederholungsversuch, bei dem neue Ringe verwendet wurden, liefen diese 200 Stunden einwandfrei.The rings produced according to the invention show surprising results in operation Properties. In the first attempt with a motor, the one shown in Fig. 1 ran Ring 400 hours without fail. If you retry the new Rings were used, these 200 hours ran flawlessly.

Bei Abrieb-Verschliessversuchen am Motor (bei solchen Versuchen wird feiner Staub fortlaufend durch das Ansaugrohr in die Zylinder eingeführt) lief der Motor mehr als 200 Stunden, ohne dass Bruch der Ringe auftrat, und der Bruch trat erst nach Abrieb von 25 96 der radialen Wandstärke auf. Manche Motoren haben im tatsächlichen Betrieb mehr als 160.000 km erreicht, ohne dass die Ringe brachen.In the case of abrasion and wear tests on the engine (in such tests, fine dust continuously introduced into the cylinder through the intake pipe) ran the Motor more than 200 hours without breakage of the rings and breakage occurred only after abrasion of 25 96 of the radial wall thickness. Some engines have actual operation reached more than 160,000 km without the rings breaking.

Ein Standard-Kompressionsring bzw. Kolbenring (Fig. 1 und 2) hat einfachen rechteckigen Querschnitt und wird in allen Fällen verwendet, in denen de Arbeitsbedingunger. keine Spezialausführung der Ringe erforderlich machen.A standard compression ring or piston ring (Fig. 1 and 2) has simple rectangular cross-section and is used in all cases where de working conditions. do not require any special design of the rings.

Ein abgeschrägter Ring gemäss Fig. 3 besitzt an seiner äusseren Umfangsfläche eine Abschrägung von 1/2 bis 40, die von der Grösses Rings abhängt. Die Abschrägung hat den Vorteil, dass der Ring sich schneller einläuft is irgendein anderer normaler Kolbenring. Dieser Vorteil macht den abgesc hrägten Ring vor allem zur Verwendung bei gehärteten Zylindern brauchbar. Bei Zylindern, die unrund oder verzogen sind, verhindert die Fähigkeit des abgeschrägten Rings, sich schnell einzulaufen, dass ein Durchblasen eintritt.A beveled ring according to FIG. 3 has on its outer circumferential surface a bevel from 1/2 to 40 depending on the size of the ring. The bevel has the advantage that the ring will break in faster than any other is more normal Piston ring. This advantage makes the beveled ring primarily for use usable with hardened cylinders. For cylinders that are out of round or warped, prevents the beveled ring's ability to break in quickly that blow-through occurs.

Der Trapez-Ring nach Fig. 4 ist dem gewöhnlichen Kolbenring,ähn1ich, mit dem Unterschied, dass seine Stirnseiten nach innen, hin abgeschrägt bzw. abgefast sind. Die Nut im Kolben, in die dieser Ring eingesetzt wird, muss in gleicher Weise abgefaste Seitenflächen haben, deren Abschrägungswinkel der gleiche ist wie derjenige, der an dem Ring verwendet ist. Diese Bauweise erlaubt, den Kolben so auszubilden, dass die Stege zwischen den Nuten des Kolbenerstärkt sind. Während des Arbeitens des Motors bricht die en relative Bewegung zwischen Ring und Kolben die Bildung/von Kohlenstoff auf, so dass der Trapez-Ring dazu tendiert, -ein Verkleben des Kolberrin'ges zu verhindern, Der Ring nach Fig. 5 besitzt eine ballige Umfangsfläche.The trapezoidal ring according to Fig. 4 is similar to the ordinary piston ring, with the difference that its front sides beveled or chamfered inwards are. The groove in the piston into which this ring is inserted must be made in the same way have chamfered sides, whose bevel angle is the same is like the one used on the ring. This design allows the piston designed so that the webs between the grooves of the piston are strong. While the working of the engine breaks the relative movement between ring and piston the formation / of carbon so that the trapezoidal ring tends to stick together of the Kolberring'ges, the ring according to FIG. 5 has a convex circumferential surface.

Der Ring nach Fig. 6 besitzt eine ballige Umfangsfläche und einen abgefasten Kantenbereich.The ring of Fig. 6 has a spherical peripheral surface and a chamfered edge area.

Vorstehend ist ein Kolbenring beschrieben, der die guten Verschleisseigenschaften eines mit Chrom plattierten Ringes besitzt.A piston ring is described above which has good wear properties a chrome plated ring.

Versuche mit üblichen Ringen mit einer verchromten Umfangsfläche, bei denen Bruch auftrat, zeigen, dass der Bruch sich durch Ermüdung ergibt, die an der oberen oder unteren, Aussen--kante des Rings eintritt; diese Kanten sind offenbar die Stellen grösster Spannungskonzentration. Bei üblichen Ringen ist dieser'Bereich mit einem Chromüberzug versehen. Die Chromplattierung eines üblichen Rings setzt die Ermüdungsgrenzbeanspruchung des Kolbenrings herab(diese Grenzbeanspruchung ist die höchste Spannung, die das Metall aufnehmen kann, ohne dass ein Ermüdungsbruch eintritt). Dadurch, dass gemäss der Erfindung die Chromplattierung an einem Teil der Lauffläche des Rings -beibehalten wird,aber äussere Ringschultern aus dem Grundmetall ~bestehen, fl dst es mbglichs dem Ring eine höhere Belastung aufzuerlegen, ohne dass Ermüdungsrisse entstehen. Versuchsresultate zeigen beim Vergleich eines üblichen, mit Chromüberzug versehenen Rings mit einem Ring, der gemäss der Erfindung hergestellt ist, dass, wenn beide Ringe die gleiche Grösse haben, der erfindungsgemässe Ring eine-27 %-höhere Ermüdungsgrenzbeanspruchung als der übliche Ring besitzt, wie es in Bit. 7 gezeigt ist.Tests with conventional rings with a chrome-plated peripheral surface, which fracture occurred indicate that the fracture results from fatigue which enters at the upper or lower, outer edge of the ring; these edges are apparently the places of greatest concentration of tension. In conventional rings, this is the area provided with a chrome coating. The chrome plating of a conventional ring sets reduces the fatigue limit stress on the piston ring (this limit stress is the highest stress that the metal can absorb without fatigue failure entry). In that, according to the invention, the chrome plating on a part the running surface of the ring -is retained, but outer ring shoulders made of the base metal ~ exist, it is possible to impose a higher load on the ring without that fatigue cracks occur. Test results show when comparing a conventional, chrome plated ring with a ring made according to the invention is that when both rings are the same size, the ring according to the invention has a fatigue limit 27% higher than the conventional ring, like it in bit. 7 is shown.

Elektrolytisch niedergeschlagenes Chrom besitzt starke verbleibende Restspannungen. Gemäss der Erfindung hat sich gezeigt, dass diese hohen Restspannungen Ermüdungssprünge oder -brüche verursachen, die einen vorzeitigen Bruch der üblichen, mit Chrom plattierten Kolbenringe verursachen, bei denen die gesamte Umfangsfläche elektrolytisch mit Chrom überzogen ist. Gemäss der Erfindung erhöht sich durch das Weglassen der Chromplattierung in dem Bereich der grössten Spannung die Lebensdauer des Rings, ohne dass die Verschleisseigenschaften des Ringes herabgesetzt werden.Electrolytically precipitated chromium has strong residuals Residual stresses. According to the invention it has been shown that these high residual stresses Fatigue cracks or fractures that cause a premature break of the usual, with chrome plated piston rings cause the entire circumferential surface is electrolytically coated with chromium. According to the invention, the Omitting the chrome plating in the area of greatest stress increases the service life of the ring without reducing the wear properties of the ring.

Es hat sich als erwünscht herausgestellt, vor der Durchführung von Versuchen in einem Dieselmotor, die verschiedenen Kolbenringausführungsarten durch einen Ermüdungsversuch auszuwerten, um die Ermüdungsgrenzbeanspruchung festzustellen. Die Ermüdungsgrenzbeanspruchung ist definiert als die maximale Spannung, der ein Werkstoff unendlich oft unterzogen werden kann, ohne dass Bruch verursacht wird. Es wurde festgestellt, dass eine gute Wechselbeziehung zwischen der Ermüdungsgrenzbeanspruchung und der Arbeitsweise des Kolbenrings im Motor besteht. Die Ermüdungsgrenzbeanspruchungs-Werte erhält man durch Auftragen der Spannung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwechsel (cycles) in Form von Kurven, die gewöhnlich als S-N-Kurven bezeichnet werden.It has been found desirable before performing Try the different piston ring designs in a diesel engine evaluate a fatigue test to determine the fatigue limit stress. The fatigue limit stress is defined as the maximum stress that a Material can be subjected to an infinite number of times without causing breakage. It was found that there is a good correlation between the fatigue limit stress and the operation of the piston ring in the engine. The fatigue limit stress values is obtained by plotting the voltage as a function of the number of load changes (cycles) in the form of curves commonly referred to as S-N curves.

Es ist grundsätzlich bekannt, dass ein im elastischen Bereich beanspruchtes Metall seine ursprünglichen Abmessungen wieder einnimmt, nachdem die Belastung entfernt ist, vorausgesetzt, dass genügend Zeit vergeht. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn das Metall im elastischem Bereich mit grosser Wiederholungsgeschwindigkeit belastet wird. Abhängig von der aufgebrachten Belastung bricht das Metall dann schliesslich durch Ermüdung in einem gewissen Zeitintervall.It is basically known that a stressed in the elastic range Metal returns to its original dimensions after the stress is removed provided that enough time passes. However, this is not the case when the metal is in the elastic range with high repetition speed is charged. Depending on the load applied, the metal will eventually break from fatigue in a certain time interval.

Vor dem Prüfen eines Kolbenrings in einer Ermüdungsprüfmaschine oder Dauerprüfmaschine wird ein Versuch zur Peststellung der Belastung in Abhängigkeit von der Abbiegung oder Biegung an jedem Ring dadurch durchgeführt, dass man auf die Zusammendrükkung aufnehmende Fläche des Rings eine zusammendrückende Belastung aufbringt und das Ausmass der Abbiegung misst. Pür jedes Differential der Abbiegung wird die Belastung (FD) \ aufgezeichnet und die Belastungskurve in Abhängigkeit von der Abbiegung erstellt. Die Spannung in kp/cm² wird dann entweder gemessen oder für verschiedene Abbiegungen gemass der nachstehenden Formel berechnet: 6FD (D-d) (2a + b) S = d2 (a2 + 4ab + b2) wobei: S = Spannung, kp/cm2 FD= - Belastung, kp d = Ringwandung, cm b = Ringdicke, cm a = b-2d tg oc = = Keilstein- bzw. Trapezwinkel des Kolbenringquerschnitts.Before testing a piston ring in a fatigue testing machine or Endurance testing machine is an attempt to plague the load carried out depending on the bend or bend on each ring, that one on the compression-absorbing surface of the ring a compressive Applying load and measuring the extent of the bend. For every differential of the turn, the load (FD) \ is recorded and the load curve in Created depending on the turn. The tension in kp / cm² is then either measured or calculated for different turns according to the following formula: 6FD (D-d) (2a + b) S = d2 (a2 + 4ab + b2) where: S = stress, kp / cm2 FD = - load, kp d = ring wall, cm b = ring thickness, cm a = b-2d tg oc = = wedge or trapezoidal angle of the piston ring cross-section.

Hierauf wird der Ring in die Ermüdungs- oder Dauerprüfmaschine eingebaut, in der ein Ende des Spaltes ortsfest und das andere Ende so abgebogen bzw. so gebogen angebracht ist, dass in den äussersten Fasern des Rings eine hohe Spannung entsteht. Beginnt man die Versuche mit einem hohen Spannungsniveau, so tritt ein Ermüdungsbruch nach einer geringen Anzahl von Lastwechseln ein.The ring is then installed in the fatigue or endurance testing machine, in which one end of the gap is stationary and the other end is bent or bent in this way it is appropriate that a high tension is created in the outermost fibers of the ring. If the tests are started with a high level of stress, a fatigue fracture occurs after a small number of load changes.

Die Versuchsergebnisse werden für jedes Spannungsniveau aufgezeichnet, und hierauf wird das Spannungsniveau gesenkt und der Vorgang wiederholt. Wenn der Ring über 10 Millionen Lastwechsel gebogen wurde, ohne zu brechen-, so wird eine waagrechte Linie in das Diagramm eingezeichnet, das die Abbiegung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwechsel (oder die Spannung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwechsel) zeigt. Die waagrechte Linie stellt die Ermüdungsgrenzbeanspruchung des Materials dar.The test results are recorded for each stress level, and then the tension level is lowered and the process is repeated. If the Ring has been bent over 10 million load cycles without breaking - so becomes a horizontal line drawn in the diagram showing the turn as a function of on the number of load changes (or the voltage depending on the number the load change) shows. The horizontal line represents the fatigue limit stress of the material.

Eineweitere Linie wird durch die Punkte gezogen, bei denen bei je einem geprüften Spannungsniveau Bruch bei dem Minimum von Lastwechseln eintrat. Die abfallende Linie bezeichnet die Ermüdungsgrenzbeanspruchungswerte des Materials bei geringer Lastwechselanzahl. Auf diese Weise wurde das Diagramm nach Fig. 7 entwickelt. Die mit A bezeichnete Linie zeigt die Abbiegung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwechsel oder das Ermüdungsprogramm für einen üblichen Keilstein- oder Trapez-Ring, der über seine gesamte äussere Umfangsfläche mit Chrom plattiert ist. Die s ist Standard-Ausführung. Die mit B bezeichnete Linie zeigt die Ergebnisse für einen Ring, der gemäss der Ausfahrungsform nach Fig. 3 ausgebildet ist.Another line is drawn through the points at which each a tested stress level failure occurred at the minimum of load cycles. The sloping line indicates the fatigue limit stress values of the material with a low number of load changes. In this way the diagram of Fig. 7 was developed. The line labeled A shows the turn as a function of the number of Load change or the fatigue program for a common wedge or trapezoidal ring, which is plated with chrome over its entire outer peripheral surface. This is Standard version. The line labeled B shows the results for one Ring which is designed according to the embodiment according to FIG. 3.

Die vergleichenden trmüdungsversuche zeigen, dass der gemäss der Erfindung hergestellte, mit Chrom plattierte Ring bedeutend bessere Werte ergibt als eine Ausführung des Rings, bei der sich die Chromplattierung über die gesamte äussere Umfangsfläche des Rings erstreckt. Versuche mit Motoren bestätigten nicht nur die verbesserten Ermüdungsversuchsergebnisse, sondern zeigten auch, dass die überlegenen Verschleisseigenschaften der Chromplattierung nicht dadurch beeinträchtigt wurden, dass das Chrom gemäss der Erfindung in einer Nut angebracht wurde.The comparative fatigue tests show that according to the invention manufactured, chrome-plated ring gives significantly better values than one Execution of the ring in which the chrome plating extends over the entire outer Extends circumferential surface of the ring. Tests with engines not only confirmed that improved fatigue test results, but also showed that the superior Wear properties of the chrome plating were not affected by that the chrome was attached in a groove according to the invention.

Claims (6)

Ansprüche: Expectations: Kolbenring mit einem massiven Körper aus Eisenmetall, der einen Spalt besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Umfangsfläche des Rings eine Nut (12) angebracht ist, die einen flachen Nutgrund (13) und Seitenflanken (14) besitzt, die nach außen um einen Winkel (A) von 35 - 800 geneigt sind, daß die Nut sich vollständig über den Umfang der Umfangsfläche erstreckt und eine der Länge des Umfangs der Umfangs fläche entsprechende Länge besitzt, aber eine Breite, die kleiner als die Breite der Umfangsfläche ist, wobei die Nut zwischen Plateaus (15) des Eisenmetallkörpers liegt, deren Breite (W) 5 - 30 % der Breite (B) der Umfangsfläche beträgt, und die Nut mit elektrolytisch niedergeschlagenem Chrom gefüllt ist.Piston ring with a solid body made of ferrous metal that has a gap has, characterized in that in the outer peripheral surface of the ring one Groove (12) is attached, which has a flat groove base (13) and side flanks (14) has, which are inclined outwards at an angle (A) of 35 - 800 that the groove extends completely over the circumference of the peripheral surface and one of the length the circumference of the circumference area has the corresponding length, but a width that is smaller than the width of the circumferential surface, the groove between plateaus (15) of the ferrous metal body, the width (W) of which is 5 - 30% of the width (B) of the peripheral surface and the groove is filled with electrodeposited chromium. 2. Kolbenring nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Neigungswinkel (A) der Seitenflanken (14) der Nut (12) 550 beträgt.2. Piston ring according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the angle of inclination (A) of the side flanks (14) of the groove (12) is 550. 3. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) des Plateaus 27 % der Breite (B) des Ringes beträgt.3. Piston ring according to claim 1 or 2, characterized in that the width (W) of the plateau is 27% of the width (B) of the ring. 4. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Chromoberfläche (17) konvex ist.4. Piston ring according to one of claims 1 - 3, characterized in that that the outer chrome surface (17) is convex. - Anspruch 5 - 5. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche 1/2 - 4° abgeschrägt ist. - Claim 5 - 5. Piston ring according to one of the claims 1 - 3, characterized in that the peripheral surface is beveled 1/2 - 4 °. 6. Kolbenring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenteile des Ringes abgefast sind.6. Piston ring according to claim 4, characterized in that the outer parts of the ring are chamfered. L e e r s e i t eL e r s e i t e