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Kolbenring und Verfahren zu seiner Herstellung
Es ist bekannt, Kolbenringe auf pulvermetallurgischem Wege in der Weise herzustellen, dass das Metallpulver zunächst gepresst, alsdann gesintert und darauf entweder kalt oder heiss nachverdichtet wird.
Die Nachverdichtung kann dabei in der Weise erfolgen, dass die Porosität des bereits gesinterten Werkstückes beträchtlich herabgesetzt, die scheinbare Dichte des Körpers also beträchtlich erhöht wird. Bekannt geworden ist es bereits im Prinzip, die Dichte durch unterschiedliche Ausgangsquerschnitte zonenweise zu erhöhen. Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, einem fertig gedrehten Ring durch Hämmern oder Walzen an bestimmten Stellen eine Spannung zu erteilen. Durch diese Nachbearbeitung tritt aber keine Verdichtung, sondern nur eine Verdrängung des Materials ein. Die weiteren Verfahrensschritte, denen der zunächst geschlossen hergestellte Ring unterworfen wird, bestehen darin, ihn aufzuschneiden, alsdann fertig zu bearbeiten, bestimmten Vergütungsbehandlungen zu unterwerfen, unter Spannung auf den Kolben aufzubringen und in die Kolbennut einzusetzen.
Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, den einzelnen Abschnitten des Ringes unterschiedliche Festigkeitswerte zu geben. Während bei-aus Vollmaterial hergestellten Kolbenringen solche unterschiedlichen Festigkeitswerte nur in sehr umständlicher Weise zu erreichen wären, zeigt die vorliegende Erfindung einen auch für die Massenherstellung gangbaren, verhältnismässig einfachen Weg, bei der pulvermetallurgischen Fertigung zu solchen unterschiedlichen Festigkeitswerten dadurch zu gelangen, dass dem Ring unterschiedliche Werte der Dichte längs des Umfanges gegeben werden.
Gemäss der Erfindung lässt sich ein Kolbenring, der im fertigen Zustande längs des Umfanges den gleichen Querschnitt aufweist, mit unterschiedlicher Dichte in den einzelnen Abschnitten des Ringes, aus Metallpulver durch Pressen, Sintern und Nachverdichten herstellen, indem das Pressen des Rohlings in einer Pressform solcher Formgebung geschieht, dass nach dem Sintern die Ringabschnitte noch unterschiedliche Querschnittswerte aufweisen und der Ring erst beim Nachverdichten auf einen über den ganzen Umfang gleichen Querschnitt gebracht wird. Diejenigen Abschnitte des Ringumfanges, die gegenüber den andern einen grösseren Querschnitt beim gesinterter.
Rohling haben, erfahren demnach beim Nachverdichten eine stärkere Volumenverminderung bzw. eine stärkere Herabsetzung der Porosität ; sie werden also dichter und kommen damit auf höhere Festigkeitswerte.
An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert. Es stellt Fig. 1 eine Draufsicht auf den fertig gesinterten Rohling, Fig. 2 die Seitenansicht des abgewickelten, an der Stelleb zerschnitter gedachten Rohlings dar.
Wie Fig. 2 erkennen lässt, ist r1er Querschnitt des Ringes zwischen den mit d und e bezeichneten Stel- len und ebenso zwischen a und b und c und b dadurch vergrössert, dass der gesinterte Ring hier höher ist. Der beim ersten Pressen des Pulvers angewandte Stempel hat also eine Druckfläche, die der oberen Begrenzung des Ringes entspricht, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist. Die entsprechenden Ausbuchtungen der Pressform können sowohl im Ober- wie im Unterstempel sein. Bei der Nachverdichtung des Ringes werden Stempel verwendet, die eine ebene Druckfläche haben. Dadurch wird in den Abschnitten a b, c b und d e das Material stärker verdichtet als in den dazwischenliegenden Abschnitten a d und c e. Der fertige Ring hat also ungleiche Werte der Dichte in den einzelnen Abschnitten.
Es hat sich zur Erzielung geeigneter Werte der Tangentialspannungen als zweckmässig erwiesen, gerade an der dem Stoss gegenüberliegendenstelle des Ringes eine höhere Dichte anzuwenden. Darüber hin-
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aus kann es zweckmässig sein, auch in der Mhe des Stosses dem Ring eine höhere Dichte zu geben. Die Übergänge zu höheren Dichtewerten können allmählich oder stufenweise erfolgen.
An Hand eines Ausftum ngsbeispiels sei die Herstellung eines Kolbenringes, welcher sowohl in der Nähe des St es als auch ? n der dem Stof gegent herliegenden Stelle eine höhere Dichte aufweist, beschieben.
Als Ausgangsrr Itevriat r die Herstellung des @inges diente eine Pulvermasse folgender Zusammensetzung : 1,-3 Gew. Graphit, 5"Blei,
93, 5"Eisen.
Diese Mischung wurde in eine Pressform gebracht, deren Unterstempel mit Vertiefungen versehen war, die in ihrer Form den Erhöhungen entsprechen, die in der Fig. 2 durch die Abschnitte a b, c b, d e dargestellt sind. Das Pulver wurde mit einem VorpreMruck von zirka 6000 kg/cm2 zu einem Rohling verpresst. Dieser hatte an den Stellen vergrösserten Querschnittes eine Hohe von 4,5 mm, gegenüber einer solchen von 3,4 mm an seinen übrigen Abschnitten.
Anschliessend erfolgte während einer Zeit von zirka 60 Minuten die Sinterung bei einer Temperatur von 11000 C, wobei eine schwachreduzierende Atmosphäre angewendet wurde. Dann wurden die Ringe auf Raumtemperatur abgekühlt und zur Erzielung eines für die weitere Bearbeitung günstigen Gefüges einer Pendelglühung um den Aei-Punkt unterworfen.
Das spez. Gewicht nach der Sinterung betrug 6, 8. Eine Analyse ergab die folgende Zusammenset- zung :
1, 17o Kohlenstoff,
3,6 % Blei und
95,3 % Eisen.
Durch die anschliessende Nachverdichtung, welche bei einem Nachpressdruck von zirka 15 t/cm2 vorgenommen wurde, erhielt der Gesamtring eine gleichmässige Höhe von zirka 3,2 mm.
Die Zonen des Rohlings mit vergrössertem Querschnitt wurden dabei um zirka zo verdichtet, die übrigen Querschnitte nur um etwa 5%. Es ergab sich für die Zonen, die bei dem Rohling einen grösseren Querschnitt hatten, infolge der starken Verdichtung ein spez. Gewicht von 7,8 gegenüber einem solchen von 7,0 fUr den Restquerschnitt des fertigen Ringes.
Nach dieser Behandlung wurde der Kolbenring an der Stelle b (Fig. 1) aufgeschnitten und war nun betriebsfertig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Durch Pressen, Sintern und Nachverdichten eines Metallpulvers, mit über seinen ganzen Umfang einheitlicher Zusammensetzung hergestellter Kolbenring, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring längs seines Umfanges zonenweise unterschiedliche Dichtewerte aufweist.