Verfahren zur Herstellung eines auf Gleitung beanspruchten Maschinenteils. Bei auf Gleitung beanspruchten Ma schinenteilen sollen zwei Forderungen er füllt werden, einmal sollen sie zur Er reichung einer möglichst langen Lebensdauer verschleissfest sein und dann sollen sie gute Lauf- und vor allem gute Einlaufeigenschaf- ten besitzen. Diese beiden Forderungen lassen sich aber, wenn eine möglichst kurze Ein laufzeit gefordert wird, gleichzeitig nur schwer erfüllen.
Bekanntlich kann man die Gleiteigen- schaften von Metallen aufeinander durch die Verwendung von Materialien von hoher 01- absorptionsfähigkeit oder durch Erzeugung poröser, ölaufsaugender Schichten erhöhen, wobei die Wirkung darauf beruht, dass die Metalloberfläche bezw. die porösen Schichten dauernd einen Schmiermittelfilm festhalten und die Reibung auf diese Weise vermindern. Um zu einem möglichst günstigen Ergebnis zu gelangen, hat man Ogydschichten,
oder für Eisen und Zink Phosphatschichten vorge- schlagen, welch letztere durch thermische oder chemische Behandlung des Werkstoffes unter Verwendung desselben als Reaktions teilnehmer erzeugt werden. Der Werkstoff wird aber durch eine solche Behandlung mehr oder weniger angegriffen, wodurch :
s.ich an den behandelten Flächen Erhöhungen und Vertiefungen bilden. Bei einer solchen Be handlung besteht aber ausserdem die Gefahr, dass sich auch an den übrigen Passflächen des Maschinenteils, die nicht auf Gleitung be ansprucht werden, leicht Ansätze der zu bil denden Schicht entwickeln. Die :erzeugten Schichten sollen aber nur den Zweck er füllen, dass die einer gleitenden Reibung unterworfenen Maschinenteile gut mitein- ander einlaufen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines auf Gleitung beanspruchten Maschinenteils, wel ches sich dadurch auszeichnet, dass man von aussen her auf die Gleitfläche des Maschinen- teils eine gut haftende und polierende Eigen schaften aufweisende, sowie ein beschleunig- tes Einlaufen der Gleitfläche auf der Gegen- lauffläche bewirkende Gleitschicht aufbringt..
Dieses Verfahren lässt sich auf verschie dene Weise ausführen, je nach dem zur An wendung gelangenden Mittel. Als Polier- mittel kann man Borate, beispielsweise Na triumborat oder Phosphate verwenden, wo bei dann das Verfahren zweckmässig darin besteht, dass man diese Mittel als feinste Pul ver auf die Gleitfläche aufstäubt und die Maschinenteile dann einer Wärmebehandlung unterwirft.
Diese Wärmebehandlung kann darin bestehen, dass man die bestäubte Gleit fläche rasch mit einer Stichflamme be streicht, wobei die Gleitschicht auf der Gleit fläche anbäekt. Auf diese Weise lassen sich erfahrungsgemäss selbst die empfindlichsten Gefüge behandeln, ohne dass die Gefahr einer Beeinträchtigung für den Aufbau des Ge füges besteht.
Als Poliermittel kann man auch Meta- oder Disilikate oder Wasserglas verwenden. In einem solchen Falle löst man diese Mittel vorerst in bekannter Weise in einem Lö- sungsmittel auf und streicht sie dann mit Hilfe eines weichen Werkzeuges, beispiels weise mittels eines Stoffbausches dünn und gleichmässig auf die zu behandelnde Gleit fläche auf. Das Lösungsmittel verdunstet oder wird durch eine Wärmebehandlung zum Verdunsten gebracht und es bleibt auf der Gleitfläche eine aus dem Poliermittel be stehende, fest haftende Gleitschicht zurück.
Nach leichtem Antrocknen dieser Gleit- schicht kann durch leichtes Überstreichen, beispielsweise mit einer mit Gummi über zogenen Leiste, die oberste, schon angetrock nete Schicht aufgerauht werden, so dass mikroskopisch feine Kristalle an der Ober fläche entstehen, die dann den Einlaufvor- gang noch beschleunigen. Andere spritz- fähige und gute Poliereigenschaften be sitzende Mittel wie Glas werden zweckmässig in flüssigem Zustande auf die zu behan delnde Gleitfläche aufgespritzt.
An Stelle von Glas, das bekanntlich ein Gemisch von Oxyden bezw. Silikaten in, verschiedenen Zusammensetzungen darstellt, könnte auch ; ein zur Bildung der Gleitschicht dienendes Material verwendet werden, das aus einem oder mehreren der wesentlichen Bestandteile des Glases besteht, wie Alkali- oder Erd- alkalisilikate, Silikate von Blei und Alumi nium, Siliziumoxyd, Zinkoxyd, Aluminium oxyd.
Es kann aber auch ein feines Polierpulver verwendet werden, das unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels auf die Gleit fläche aufgetragen wird. Als Bindemittel eignen sieh beispielsweise Kunst- oder Natur harzlösungen. Dieses Auftragen kann wie derum so geschehen, dass entweder erst eine geeignete Harz- oder Lackschicht auf die Gleitfläche aufgetragen und vor dem Trock nen das Poliermittel zugegeben wird, oder aber es wird vor dem Auftragen zuerst ein Gemisch aus dem Binde- und dem Polier mittel hergestellt. Als Poliermittel eignet sich ein feines Schleifpulver, wie es z. B.
für das Polieren von Schliffen für metallo- graphische Untersuchungen verwendet wird. Als Bindemittel für ein solches Schleifpulver und für die Befestigung der Gleitschicht an der Gleitfläche lässt sich ein Harz verwen den, das benzin-, benzol-, öl- und wärmefest ist.
Als Bindemittel eignen sich beispiels weise: Phenolharz, Kresolharz, Galalith, Aminoharz, Zelluloseacetat oder -nitrat, Benzylzellulose, Anilinharz, Phtalsäureharz, Mi,sehpolymerisate oder Polyvinylharze, Akrylsäureharze, Natur- oder Kunstgummi, Chlorkautschuk, Bitumen, verschiedene Na turharze, anorganische Bindemittel, z. B.
Wasserglas..
Versuche haben gezeigt, dass mittels einer polierende Eigenschaften besitzenden Harz schicht, z. B. einer Phenolharzschieht, sehr gut einlaufende Laufflächen erzeut -erden können, ohne dass noch ein besonderes Polier mittel beigefügt werden muss.
Die durch Aufspritzen oder Aufstreichen erzeugte Gleitschicht verankert sich sehr gut in den Poren und Bearbeitungsriefen des Grundwerkstoffes. Wenn nun die in der be- schriebenen Weise behandelte Lauffläche mit ihrer Gegenlauffläche, die aber beide noch nicht aufeinander eingelaufen sind, zu sammenarbeitet, wirkt die Gleitschicht wie ein feines Poliermittel auf die Gegenlauf- fläcIie, so dass beide zusammenwirkenden Flächen beschleunigt einen guten Laufspie gel erhalten,
ohne dass ein sogenanntes Fres sen einer der beiden Flächen zu befürchten ist. Die dünne Gleitschicht wird natürlich während des Einlaufvorganges in feinsten Teilchen abgetragen. Dadurch, dass die Gleit- schicht sehr gut in den Bearbeitungsriefen und in den Poren des Grundwerkstoffes ver ankert ist, werden aber Teile von ihr noch ziemlich lange erhalten bleiben, auch dann noch, wenn bereits der Grundwerkstoff un mittelbar die Gegenlauffläche berührt. Auf diese Weise wird die polierende Wirkung noch über die eigentliche Einlaufzeit hinaus erhalten.
Es kommt aber noch eine weitere vorteil hafte Wirkung hinzu. Kleine, aus dem härte ren Grundwerkstoff ausbrechende Teilchen führen bekanntlich sehr oft zu Beschädigun gen einer oder beider Laufflächen. Die An wesenheit der beschriebenen Gleitschicht macht jedoch solche allfällig aus dem Grund werkstoff ausbrechende Teilchen dadurch un schädlich, indem letztere in die in den Be arbeitungsriefen zurückbleibenden Teile der Gleitschicht eingedrückt, in diesen festgehal ten und nach und nach abgetragen werden, so dass sie nicht zerstörend wirken können. Das Ausbrechen von Teilchen aus dem här teren Grundwerkstoff wird aber durch die Gleitschicht von vornherein weitgehend un terbunden.
Um die zusätzliche polierende Wirkung noch länger über die Einlaufzeit hinaus zu erhalten, können in die Gleitfläche auch Nuten eingearbeitet werden, welche tiefer sind als die normalen Arbeitsriefen.
Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens zeigt es sich, dass sich die Gleit fläche des mit der Gleitschicht versehenen Maschinenteils bereits nach sehr kurzer Zeit der Gegenlauffläche angepasst hat. Diese Er- scheinung ist besonders wünschenswert bei Kolbenringen, von. denen gefordert wird, dass ; sie möglichst von Anfang an gut dichten.
In der Zeichnung sind Anwendungsbei spiele des Verfahrens gemäss der vorliegen den Erfindung an einem Kolbenring darge stellt.
Fig. 1 zeigt einen mit einer Gleitschicht ausgestatteten Ring; Fig. 2 und 3 zeigen einen Ring mit einer andern Gleitschicht, und zwar in urgelaufe nem Zustande und nach kurzer Einlaufzeit, während in Fig. 4 eine weitere Ausführungsform veranschaulicht ist, wobei sämtliche Gleit- schichten zwecks eines besseren Verständ nisses in übertrieben starken Dicken einge- zeichnet sind.
In Fig. 1 ist der Kolbenring mit 1, die aus einem feinen Schleifpulver mit oder ohne Anwendung eines Bindemittels bestehende Gleitschicht mit 2 bezeichnet. Auf der Gleit- schicht 2 kann noch ein nicht gezeichneter dünner Graphitüberzug vorgesehen sein, der sehr gut an den kleinen Unebenheiten der Gleitschicht haftet.
Auch ohne einen solchen Graphitüberzug erzeugt eine solche Lauf fläche innert kürzester Zeit eine einwandfreie Gegenläuffläche; wobei sie sich selbst dieser letzteren sehr gut anpasst. Die Gleitschicht- 2 hat noch den Vorzug, dass sie eine gewisse Porosität besitzt und Öl gut festhält.
Je nach dem Verwendungszweck kann die Körnung und die Härte des Poliermittels ver schieden sein. Diese Eigenschäften richten sich auch nach der Beschaffenheit der Gegen lauffläche, nach der Geschwindigkeit und den Drücken, mit welchen die Gleitbeanspru- chung der miteinander arbeitenden Flächen vor sich geht.
Gemäss Fig. 2 'bis 4 ist der Kolbenring 1 mit einer Gleitschicht 3 aus Kunstharz aus gestattet, welche auch die Drehriefen 4 aus füllt. Diese Gleitschicht muss vor allem ab riebfest sein, jedoch gute Einlauf- und Gleit- eigenschaften besitzen, darf aber anderseits auch nicht zu hart sein. Ist für die Gleit- Schicht ein Phenolharz genommen worden, so muss letzteres natürlich noch gehärtet wer den, indem der mit der Gleitschicht versehene Kolbenring während einer bestimmten Zeit einer vorgeschriebenen Temperatur ausge setzt wird.
In Fig. 3 ist der Kolbenring nach Fig. 2 gezeigt, nachdem er einige Minuten in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine gelaufen ist. Die Gleitschicht 3 ist bereits so weit ab gearbeitet, dass die Kämme der Drehriefen freigelegt sind. Die Gleitschicht ist aber immer noch in den Rillen 4 vorhanden, so dass der Kolbenring auf seiner ganzen Lauf fläche eine glatte, einheitliche Fläche auf weist. Das Ausbrechen von Drehkämmen wird dadurch verhindert, dass diese in der Gleitschicht eingebettet liegen und wirksam abgestützt sind.
Bei den gewöhnlichen Kolbenringen ge nügt es, wenn die Gleitschicht bis zum Grunde der Drehrillen reicht, denn wenn ein Kolbenringwerkstoff bis dahin abgearbeitet worden ist, hat sich ein einwandfreier Lauf spiegel auf beiden Flächen gebildet. Für be sonders schwierige Fälle ist es aber vorteil hafter und zweckmässiger, die feinpolierende Wirkung der Gleitschicht noch länger zu er halten. Um dies zu erreichen, kann, wie Fig. 4 zeigt, eine Nut 5 in der Gleitfläche vorgesehen sein, welche tiefer ist als die Drehriefen 4. An Stelle der einen Nut 5 kön nen auch deren mehrere vorgesehen sein.
Den natürlichen oder künstlichen Harzen oder ähnlichen Stoffen, die als Bindemittel Verwendung finden, können zur Erzielung besonderer Wirkungen auch noch Füllstoffe zugesetzt werden. Einem Phenolharz kann beispielsweise Graphit beigemengt werden, um die Gleit- und Einlaufeigenschaften der Gleitschicht zu erhöhen. Es können aueh Füllstoffe vorgesehen sein, die bei ther misch hochbeanspruchten Maschinenteilen die Hitzebeständigkeit der Einlaufschicht er höhen.
Das beschriebene Verfahren lässt sich vor zugsweise auf Kolben- und Packungsringe für Verbrennungskraftmaschinen anwenden. Es kann aber auch an allen Stellen des Ma- schinenbaues zur Anwendung kommen, wo ein Teil der zusammenarbeitenden Maschi nenteile dem Verschleiss unterliegt. Beim Kolbenring ist es z. B. die ihm innewohnende radiale Spannung, die das Mitgehen mit dem Verschleiss bewirkt. Beim Packungsring ist es die Kraft der Feder, die die Ringe auf der Welle zusammenzieht. Bei Führungen, z. B.
bei einer einseitigen Kreuzkopfführung, kann das Gewicht des Maschinenteils den Aus gleich besorgen. Bei Gelenken ist es z. B. denkbar die Flächen federnd auszubilden, so dass sie ebenfalls dem Masse des Verschleisses zu folgen vermögen.
Method for manufacturing a machine part subject to sliding stress. In the case of machine parts subjected to sliding stress, two requirements should be met: on the one hand, they should be wear-resistant in order to achieve the longest possible service life, and then they should have good running and above all good running-in properties. However, if the shortest possible running time is required, these two requirements can only be met with difficulty at the same time.
It is known that the sliding properties of metals on one another can be increased by using materials with a high oil absorption capacity or by creating porous, oil-absorbent layers, the effect being based on the fact that the metal surface or the porous layers hold a permanent lubricant film and thus reduce friction. In order to achieve the most favorable result possible, one has ogyd layers,
or suggested for iron and zinc phosphate layers, the latter being produced by thermal or chemical treatment of the material using the same as a reaction participant. The material is more or less attacked by such a treatment, whereby:
s. bumps and depressions form on the treated areas. With such a treatment, however, there is also the risk that the layer to be formed can easily develop on the other fitting surfaces of the machine part that are not subjected to sliding stress. The: created layers are only intended to ensure that the machine parts subjected to sliding friction run into one another well.
The present invention relates to a method for producing a machine part subject to sliding stress, which is characterized by the fact that the sliding surface of the machine part is applied from the outside to the sliding surface of the machine part with good adhering and polishing properties and accelerated running-in of the sliding surface applies sliding layer on the counter surface ..
This procedure can be carried out in different ways, depending on the means used. Borates, for example sodium borate or phosphates, can be used as polishing agents, in which case the method expediently consists in dusting these agents as the finest powder onto the sliding surface and then subjecting the machine parts to a heat treatment.
This heat treatment can consist of quickly painting the dusted sliding surface with a jet flame, whereby the sliding layer adheres to the sliding surface. In this way, experience has shown that even the most sensitive structures can be treated without the risk of impairing the structure of the structure.
Meta- or disilicates or water glass can also be used as polishing agents. In such a case, these agents are first dissolved in a known manner in a solvent and then spread thinly and evenly onto the sliding surface to be treated with the aid of a soft tool, for example by means of a swab of fabric. The solvent evaporates or is made to evaporate by means of a heat treatment and a firmly adhering sliding layer is left on the sliding surface from the polishing agent.
After this sliding layer has dried slightly, the uppermost, already dried layer can be roughened by lightly painting over it, for example with a strip covered with rubber, so that microscopically fine crystals develop on the surface, which then accelerate the running-in process . Other sprayable and good polishing properties such as glass are expediently sprayed in a liquid state onto the sliding surface to be treated.
Instead of glass, which is known to be a mixture of oxides. Silicates in different compositions could also be; a material serving to form the sliding layer can be used which consists of one or more of the essential components of the glass, such as alkali or alkaline earth silicates, silicates of lead and aluminum, silicon oxide, zinc oxide, aluminum oxide.
However, a fine polishing powder can also be used, which is applied to the sliding surface using a suitable binder. Synthetic or natural resin solutions, for example, are suitable as binders. This application can in turn be done in such a way that either a suitable resin or lacquer layer is first applied to the sliding surface and the polishing agent is added before drying, or a mixture of the binding agent and the polishing agent is first prepared before application . A fine abrasive powder is suitable as a polishing agent, such as B.
is used for polishing cuts for metallographic examinations. A resin that is gasoline, benzene, oil and heat-resistant can be used as a binder for such a grinding powder and for fastening the sliding layer to the sliding surface.
Suitable binders are, for example: phenolic resin, cresol resin, galalith, amino resin, cellulose acetate or nitrate, benzyl cellulose, aniline resin, phthalic acid resin, micropolymers or polyvinyl resins, acrylic acid resins, natural or synthetic rubber, chlorinated rubber, bitumen, various natural resins z. B.
Water glass ..
Experiments have shown that by means of a resin having polishing properties, e.g. B. a phenolic resin layer, can produce running surfaces very well without a special polishing agent must be added.
The sliding layer created by spraying or brushing is anchored very well in the pores and machining grooves of the base material. If the running surface treated in the manner described works together with its counter-running surface, but both of which have not yet run into each other, the sliding layer acts like a fine polishing agent on the counter-running surface, so that both interacting surfaces accelerate a good running mirror receive,
without fear of so-called fretting of one of the two surfaces. The thin sliding layer is naturally removed in the finest particles during the running-in process. Because the sliding layer is anchored very well in the machining grooves and in the pores of the base material, parts of it will remain in place for quite a long time, even if the base material is already in direct contact with the counter surface. In this way, the polishing effect is retained beyond the actual running-in period.
But there is also another beneficial effect. Small particles breaking out of the harder base material are known to very often lead to damage to one or both of the running surfaces. The presence of the sliding layer described, however, renders any particles breaking out of the base material harmless by pressing the latter into the parts of the sliding layer remaining in the processing grooves, holding them in place and gradually removing them so that they are not destructive can work. The breakout of particles from the harder base material is largely prevented from the outset by the sliding layer.
In order to maintain the additional polishing effect even longer after the running-in period, grooves can be worked into the sliding surface, which are deeper than the normal working grooves.
When using the method described, it is found that the sliding surface of the machine part provided with the sliding layer has already adapted to the counter surface after a very short time. This appearance is particularly desirable for piston rings from. to whom it is required that; if possible, seal them well from the beginning
In the drawing, application examples of the method according to the present invention on a piston ring are Darge provides.
1 shows a ring provided with a sliding layer; 2 and 3 show a ring with another sliding layer, namely in an initial state and after a short run-in period, while a further embodiment is illustrated in FIG. 4, all sliding layers being in exaggerated thicknesses for the purpose of better understanding - are drawn.
In Fig. 1, the piston ring is denoted by 1, the sliding layer consisting of a fine abrasive powder with or without the use of a binder is denoted by 2. On the sliding layer 2, a thin graphite coating (not shown) can also be provided, which adheres very well to the small unevenness of the sliding layer.
Even without such a graphite coating, such a running surface produces a perfect counter-running surface within a very short time; whereby it adapts itself very well to the latter. The sliding layer 2 also has the advantage that it has a certain porosity and holds oil well.
Depending on the intended use, the grain size and hardness of the polishing agent can be different. These properties are also based on the nature of the counter running surface, the speed and the pressures with which the sliding stress of the surfaces that work together takes place.
According to Fig. 2 'to 4, the piston ring 1 is equipped with a sliding layer 3 made of synthetic resin, which also fills the grooves 4 from. This sliding layer must above all be abrasion-resistant, but have good running-in and sliding properties, but on the other hand must not be too hard. If a phenolic resin has been used for the sliding layer, the latter must of course still be hardened by exposing the piston ring provided with the sliding layer to a prescribed temperature for a certain time.
FIG. 3 shows the piston ring according to FIG. 2 after it has run for a few minutes in a cylinder of an internal combustion engine. The sliding layer 3 has already been worked so far that the ridges of the turning grooves are exposed. However, the sliding layer is still present in the grooves 4, so that the piston ring has a smooth, uniform surface over its entire running surface. The breaking out of rotary combs is prevented by the fact that they are embedded in the sliding layer and are effectively supported.
With conventional piston rings, it is sufficient if the sliding layer extends to the bottom of the rotary grooves, because if a piston ring material has been processed by then, a perfect running mirror has formed on both surfaces. For particularly difficult cases, however, it is more advantageous and expedient to keep the fine polishing effect of the sliding layer even longer. In order to achieve this, as FIG. 4 shows, a groove 5 can be provided in the sliding surface which is deeper than the turning grooves 4. Instead of the one groove 5, several of them can also be provided.
Fillers can also be added to the natural or synthetic resins or similar substances that are used as binders to achieve special effects. For example, graphite can be added to a phenolic resin in order to increase the sliding and running-in properties of the sliding layer. Fillers can also be provided which increase the heat resistance of the running-in layer in the case of machine parts subject to high thermal loads.
The method described can be applied preferably to piston and packing rings for internal combustion engines. However, it can also be used in all areas of mechanical engineering where some of the machine parts that work together are subject to wear. When the piston ring it is z. B. the inherent radial tension that causes it to go with the wear. With the packing ring, it is the force of the spring that pulls the rings together on the shaft. For tours, e.g. B.
In the case of a one-sided crosshead guide, the weight of the machine part can compensate for this. For joints it is z. B. conceivable to design the surfaces resilient, so that they are also able to follow the mass of wear.