DE2728725C3 - Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung - Google Patents
Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein- oder beidseitig gekammerter AusführungInfo
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- DE2728725C3 DE2728725C3 DE19772728725 DE2728725A DE2728725C3 DE 2728725 C3 DE2728725 C3 DE 2728725C3 DE 19772728725 DE19772728725 DE 19772728725 DE 2728725 A DE2728725 A DE 2728725A DE 2728725 C3 DE2728725 C3 DE 2728725C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
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Description
Die Erfindung betrifft ein auE reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie i. »besondere einen
Kolbenring oder eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer verschleißfesten Beschichtung
auf der Lauffläche, vorzugsweise bestehend aus einer thermischen Spritzschicht aus Molybdän oder Molybdänlegierung,
in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung.
Auf Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, wie insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten von Verbrennungskraf'maschinen,
die hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, werden bekanntlich vor allem zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit,
ihrer Brandspursicherheit und ihrer Gleileigenschaften mit Beschichtungen an ihren Laufflächen
versehen. Vorzugsweise werden diese Schichten dabei durch bekannte thermische Spritzverfahren aufgetragen,
und besonders bewährt haben sich Spritzschichten aus Molybdän oder Molybdänlegierungen.
Gegebenenfalls werden zum Beispiel nach dem DE-GM 18 88 842 auch dem Molybdänspritzpulver
Festschmierstoffe, wie insbesondere Graphit, hinzugefügt, so daß eine Beschichtung mit verbesserten Gleit-
und Verschleißeigenschaften entsteht.
Nachteilig ist es jedoch bei diesen Schichten, daß ihre äußeren Kanten relativ spröde und brüchig sind und
daher abgeschrägt werden müssen. Dadurch fehlt ihnen auch eine scharfe äußere Kante, die eng an ihrer
Gegenfläche anliegt, so daß es gerade in Verbrennungskraftmaschinen zu Abgasleckagen, dem sogenannten
Blow-By, kommen kann. Zur Abhilfe werden daher, wie seit langem bekannt, in den Grundwerkstoff der
Maschinenteile Ausnehmungen oder Nuten eingearbel· tet, die dann mit dem Schichtwerkstoff ausgefüllt
werden, je nachdem, ob nur an einer äußeren Kante ein Steg des Grundwerkstoffes oder an beiden äußeren
Kanten je ein Steg des Grundwerkstoffes belassen wurde, spricht man von Beschichtungen in ein- oder
beidseitig gekammerter Ausführung. In anderen Fällen werden auch mehrere parallel laufende Nuten in den
Grundwerkstoff eingearbeitet, die dann mit dem Schichtwerkstoff ausgefüllt werden.
So werden beispielsweise auch nach der DE-AS 20 36 495 die Nuten in den. Laufflächen von Kolbenringen
mit relativ weichen Gleitmitteln ausgefüllt, während
ίο die Gleitflächen der Stege mit einer verschleißfesten
Beschichtung versehen sind Ebenso sind nach der DE-OS 25 29 384 mit Chrom gefüllte Nuten in den
Laufflächen von Kolbenringen bekannt. In diesem Fall is* die Chromschicht im Bereich der Kammerwände
etwa V-förmig eingekerbt, und diese Kerbe sorgt im motorischen Betrieb für die Aufnahme von Schmierölen
und somit für bessere Gleiteigenschaften.
Die so beschichteten Maschinenteile besitzen zwar scharfe äußere Kanten mit guter Abdichtwirkung und
gleichzeitigen guten Laufeigenschaften, aber insbesondere bei thermischen Spritzschichten, wie gekammerten
molybdän- beziehungsweise molybdänlegierungsbeschichteten Kolbenringen, werden gerade bei hoher
thermischer Belastung im Bereich der Kammerstege Risse entweder in der Schicht selbst oder zwischen
Schicht und Grundwerkstoff beobachtet, die bis in den
Schichtgrund hinunter, von dort entlang der Schichtlamellen und dann abknickend nach oben bis zur
Lauffläche verlaufen. Je nach Laufzeit oder Belastung kann es dann zum Ausbrechen ganzer Schichtbereiche
und dadurch zum vollständigen Versagen der Maschinen kommen.
Bekanntlich ist insbesondere die Festigkeit von thermischen Spritzschichten und ihrer Haftung am
Grundwerkstoff nicht sonderlich hoch. Es wurde daher zunächst zur Abhilfe des oben geschilderten Problems
versucht, Festigkeiten und Haftung der Schichtwerkstoffe zu erhöhen. Mit erheblichem technischem
Aufwand wurden zwar Schichten mit verbesserter Festigkeit und Haftung entwickelt, es kam jedoch
trotzdem noch zu Ausbrüchen der Schichten. Im Prinzip wurde sogar eine Vermehrung der Schichtausbrüche
festgestellt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf reibenden Verschleiß beanspruchte Maschinenteile,
und zwar insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten für Verbrennungskraftmaschinen, mit Beschichtungen,
vorzugsweise in einem thermischen Spritzverfahren, in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung so zu
versehen, daß ein Ausbrechen der Schichtwerkstoffe nicht mehr erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß innere Kammerwand und Schichtwerkstoff ohne
Haftung bindungsfrei zueinander hergestellt sind.
Erstaunlicherweise wurde dabei gerade entgegen der bisherigen Annahme gefunden, daß bei einem bindungsfreien
Nebeneinanderstehen von Schichtwerkstoff und Kammerwand die reibend beanspruchten Maschinenteile
auch bei hoher thermischer und mechanischer Belastung keine Ausbrüche in den Schichtwerkstoffen
mehr zeigten.
Ferner kann eine Trennung von Beschichtung und Kammerwand dadurch erreicht werden, wenn vor der
eigentlichen Beschichtung in Kammerwände mit Zwischenschichten, die zum Schichtwerkstoff keine Haftung
besitzen, abgedeckt Werden.
Zur Vermeidung von insbesondere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen, wie zum Beispiel Kohle, in
den Ausnehmungen können diese zusätzlich noch mit
elastisch oder plastisch leicht verformbaren Materialien auf organischer oder anorganischer Basis ausgefeilt
sein.
Pie auf diese Weise beschichteten Maschinenteile in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung zeigten
auch nach längerem Betrieb unter hoher thermischer und mechanischer Belastung keine Ausbrüche von
Beschichtungen.
Anhand der Abbildungen sei die Erfindung näher erläutert. Und zwar zeigt
F i g. 1 den Querschnitt durch einen einseitig gekamrnerten
Kolbenring mit einef Molybdänspritzschicht
Fig.2 den Querschnitt durch einen beidseitig gekammerten Kolbenring mit einer Molybdänspritzschicht
und zwei Entlastungskerben
Fig.3 den Querschnitt durch einen beidseitig
gekammerten Kolbenring mit einer Molybdänsprizschicht und einer Zwischenschicht aus Kupfer an den
Kammerv/andungen
In F i g. 1 ist 1 der Kolbenring mit einer Mrrlybdärispritzschicht
2 auf der Lauffläche 3, dessen freistehende äußere Kante 4 abgeschrägt ist. Die zweite äußere
Begrenzung des Kolbenringes 1 bildet einen Steg 5 aus dem Grundwerkstoff, der bis zur Lauffläche 3 reicht.
Seine äußere Wandung 6 bildet zur Gegenfläche eine scharfe Begrenzung, während seine innere, in radialer
Richtung nach außen abgeschrägte Wandung 7 die Kammerwand der Spritzschicht 2 bildet. Es ist
wesentlich, daß zumindest ein feiner Spalt innere Kammerwand und Schichtwerkstoff voneinander
trennt. Dies kann durch eine Kerbe geschehen, die beispielsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung,
durch elektrochemische oder elektromechanische Verfahren oder auch durch Abschmelzen, Aufschmelzen
oder Abdampfen mit zum Beispiel einem Laser-, Elektronen- oder Plasmastrahl in den Grundwerkstoff
und/oder den Schichtwerkstoff eingearbeitet wird.
Gegebenenralls kann beim Auftragen der Beschichtung
auch die Kerbe direkt hergestellt werden. Gerade bei Spritzverfahren kann die Spritzpistole so ausgerichtet
sein, daß an der Kammerwand ein Spritzschatten ohne Schichtwerkstoff entsteht. Gegebenenfalls kann
zur Verstärkung des Effektes die Kammerwandung in axialer Richtung nach außen weisend von vorneherein
abgeschrägt sein. Durch ein nachfolgendes Schleifen der Lauffläche wird dann die Bindungsfreiheit von Spritzschicht
und innerer Kammerwandung erreicht. Beim Ausführungsbeispiel ist dvirch schräge Spritzstellung in
angegebener Pfeilrichtung 8 zwischen innerer Kammerwandung 7 und Spritzschicht 2 als Spritzschatten eine
keilförmige Kerbe 9 entstanden. Nach dem Spritzen ist die Lauffläche 3 bis zur gestrichelten Linie 12
abgeschliffen.
In Fig.2 sind 1 der Kolbenring, 2 die Spritzschicht
und 5 die beiden bis auf die Lauffläche 3 reichenden Stege aus dem Grundwerkstoff des Kolbenringes 1.
Nach dem Spritzvorgang sind durch einen Schleifprozeß durch die beiden Entlastungskerben 10 von
keilförmigem Querschnitt Spritzschicht 2 und innere Kammerwand 7 voneinander getrennt
Die Ausnehmung zwischen Beschichtung und Kammerwand kann eine Zwischenschicht enthalten, die zum
Schichtwerkstoff keine Haftung besitzt. Dies kann beispielsweise bei Verwendung von aufgespritztem
Molybdän als Schichtwerkstoff durch eine vorher galvanisch aufgetragene Kupferzwischenschicht geschehen,
da Kupfer zu Spritzschichten aus Molybdän praktisch keine Haftung besitzt. In anderen Fällen
können auch Abdecklacke oder spezielle Kunststoffe als Zwischenbeschichtung eingesetzt werden. Diese Zwischenschichten
können entweder nach dem Aufspritzen belassen oder sie können relativ einfach durch
beispielsweise Ausbrennen entfernt werden.
In Fig.3 sind 1 der Kolbenring, 2 die Spritzschicht
und 5 die beiden bis auf die Lauffläche 3 reichenden Stege aus dem Grundwerkstoff des Kolbenringes 1. Die
in radialer Richtung verlaufenden inneren Wandungen 7 der Stege 5 sind mit einer galvanischen Kupferschicht
11 überzogen, die die Spritzschicht 2 und innere Kammerwandung 7 bindungsfrei voneinander trennen.
Im allgemeinen genügt, wenn zwischen Kammerwand und Schichtwerkstoff keine Bindung besteht und
damit praktisch nur ein sehr feiner Spalt zwischen beiden Werkstoffen vorhanden ist. Es können aber auch
die Spalten als Ausnehmungen von rechteckigem oder dreieckigem Querschnitt in Keilform von einer maximalen
Breite von etwa über 0,2 mm ausgearbeitet werden, die zur Vermeidung von insbesondere Ablagerungen
von Verbrennungsrückständen wie zum Beispiel Kohle zusätzlich noch mit elastisch und plastisch leicht
verformbaren Materialien auf organischer oder anorganischer Basis ausgefüllt sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie insbesondere ein Kolbenring oder
eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer verschleißfesten Beschichtung auf der
Lauffläche, vorzugsweise bestehend aus einer thermischen Spritzschicht aus Molybdän oder
Molybdänlegierung, in ein- oder beidseitig gekammerter
Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtwerkstoff (2) und radial gerichtete
innere Kammerwand (7) bis auf den Kammerboden hin bindungsfrei angeordnet sind.
2. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der inneren Kammerwand (7) und dem Schichtwerkstoff (2) eine Zwischenschicht (11)
ohne Bindung zum Schichtwerkstoff (2) angebracht ist.
3. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen innerer Kammerwand (7) und dem Schichtwerkstoff (2) eine
Ausnehmung (9, 10) in den Grundwerkstoff des Kolbenringes (1) und/oder den Schichtwerkstoff (2)
eingearbeitet ist, die mit elastischem oder plastischem, anorganischem oder organischem Material
ausgefüllt ist
Priority Applications (8)
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IT7824098A IT1095181B (it) | 1977-06-25 | 1978-05-31 | Parte di macchina sollecitata ad usura ad attrito con un rivestimento della superficie di scorrimento in una forma di realizzazione incamerata unilateralmente o bilateralmente |
IT7821992U IT7821992V0 (it) | 1977-06-25 | 1978-05-31 | Parte di macchina sollecitata ad usura ad attrito con un rivestimento della superficie di scorrimento in una forma di realizzazione incamerata unilateralmente o bilateralmente. |
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FR7818733A FR2395438A1 (fr) | 1977-06-25 | 1978-06-22 | Piece de machine exposee a l'usure par frottement recouverte, sur sa surface frottante, d'une couche rapportee, avec interstices uni- ou bi-lateraux |
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