DE10134736C2 - Großmaschine mit wenigstens einer Gleitfläche sowie Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche - Google Patents
Großmaschine mit wenigstens einer Gleitfläche sowie Verfahren zur Herstellung einer GleitflächeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Erfindungsgedanken eine
Großmaschine, vorzugsweise einen Zweitakt-Großdieselmotor, mit
wenigstens einer Gleitfläche, die gegenüber einem sie enthaltenden
Grundmaterial härtere Bereiche aufweist, und geht gemäß einem
weiteren Erfindungsgedanken auf ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Gleitfläche.
Aus der DE 199 00 385 C2 ergibt sich ein Zweitakt-
Großdieselmotor, dessen Zylinderbüchse laufflächenseitig mit Nuten
versehen ist, die mit einem Material gefüllt sind, das eine gegenüber
dem Grundmaterial größere Härte aufweist. Infolge der geringeren
Härte des Grundmaterials verschleißt dieses schneller als die
Nutfüllungen, wodurch Öltaschen entstehen, die im Betrieb
Schmieröl aufnehmen können. Die Herstellung der bei der
bekannten Anordnung benötigten Nuten erweist sich jedoch
insbesondere bei größeren Nuttiefen als sehr umständlich und
aufwendig. Außerdem ergibt sich hierdurch insbesondere bei aus
Gusseisen bestehenden Bauteilen auch eine erhöhte Bruchgefahr.
Aus US-A 1 784 866 ergibt sich der Vorschlag, Bauteile aus
Mangan-Gußstahl dadurch an der Oberfläche zu härten, dass
mittels eines in das Grundmaterial eindrückbaren,
kugelkopfförmigen Stempels über die Oberfläche verteilte,
kalottenförmige Deformationszonen gebildet werden. Diese
überschneiden sich bei der bekannten Anordnung. Angaben zum
Mittelabstand der Deformationszonen sind nicht angegeben.
In der DE 195 24 066 C2 ist ein aus Gusseisen bestehender
Kolbenring beschrieben, dessen Gleitflächen verformungsgehärtete
Zonen aufweisen. Zur Bildung dieser Zonen werden ungleichmäßig
über die zugeordnete Gleitfläche verteilte Vertiefungen hergestellt.
Diese sind nicht nur ungleichmäßig über die Gleitfläche verteilt,
sondern auch ungleichmäßig groß, was unerwünscht ist.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Gleitfläche eingangs erwähnter Art so zu verbessern,
dass mit einfachen Mitteln eine hohe Zuverlässigkeit und lange
Lebensdauer der Gleitfläche erreicht werden, sowie ein einfaches
und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Gleitfläche anzugeben.
Die auf die Verbesserung der Gleitfläche sich beziehende Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die gegenüber dem
Grundmaterial härteren Bereiche zumindest teilweise als
verformungsgehärtete, über die Gleitfläche verteilte
Deformationszonen ausgebildet sind, deren Mittelabstand zumindest
dem Doppelten der lichten Weite der zugeordneten Vertiefungen
entspricht.
Die auf die Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung einer
derartigen Gleitfläche sich beziehende Aufgabe wird
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Bildung der gegenüber
dem Grundmaterial härteren Bereiche in das Grundmaterial
Vertiefungen mit allseitig abgerundetem Querschnitt eingedrückt
werden, die durch mehrmaliges Abrollen eines das Werkzeug
bildenden, umfangsseitig mit den Erhebungen versehenen Rads auf
der Gleitfläche hergestellt werden.
Das beim Eindrücken der jeweils eine lokale Tiefenverformung
bildenden Vertiefungen verformte Grundmaterial bildet im Bereich
jeder Vertiefung eine diese umgebende Deformationszone, deren
Dicke in etwa der Tiefe der zugeordneten Vertiefung entspricht. Die
Deformationszonen reichen dementsprechend sehr tief in das
Grundmaterial hinein. Die Gesamtdicke der verformten und damit
durch Verformung gehärtetes Material enthaltenden Schicht
entspricht dabei der Dicke der Deformationszonen zuzüglich der
Tiefe der jeweils zugeordneten Vertiefung. Es ergibt sich daher auf
einfache Weise eine sehr große Gesamtdicke der gehärtetes Material
enthaltenden Schicht, die praktisch die Verschleißschicht darstellt.
Es ist daher eine sehr lange Standzeit der Verschleißschicht
gewährleistet. Dadurch, dass der Mittelabstand der zur Bildung der
Deformationszonen vorgesehenen Vertiefungen zumindest dem
Doppelten der lichten Weite der zugeordneten Vertiefungen
entspricht, werden gegenseitige Störungen und Beeinträchtigungen
einander benachbarter Deformationszonen vermieden. Gleichzeitig
ergeben sich im Bereich zwischen einer benachbarten
Deformationszonen ausreichend große, nicht gehärtete Bereiche.
Das nicht gehärtete Material verschleißt zwangsläufig schneller als
das gehärtete Material. Auf diese Weise werden Öltaschen gebildet,
die in erwünschter Weise Schmieröl aufnehmen können, so dass die
betreffende Gleitfläche zuverlässig geschmiert wird. Diese Wirkung
bleibt in vorteilhafter Weise über die ganze Lebensdauer erhalten.
Die Herstellung der Vertiefungen durch Abrollen eines mit
umfangsseitigen Erhebungen versehenen Rads auf der zu härtenden
Gleitfläche ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache
Herstellung der Vertiefungen in mehreren Schritten, da der
Abrollvorgang mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit durchge
führt werden kann. Die Durchführung mehrerer Schritte stellt
wiederum sicher, dass vergleichsweise geringe Anpresskräfte
genügen, wodurch einer Bruchgefahr wirksam vorgebeugt wird.
Dadurch dass die Vertiefungen einen allseitig abgerundeten
Querschnitt aufweisen wird in vorteilhafter Weise auch einer
Kerbwirkung und einer davon ausgehenden Rissbildung etc.
wirksam vorgebeugt. Es ergeben sich daher in vorteilhafter Weise
eine besonders schonende Herstellung der Vertiefungen sowie
vergleichsweise geringe Herstellungszeiten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
So kann eine vorteilhafte Ausführung darin bestehen, dass im
Bereich der neuen Gleitfläche Vertiefungen vorgesehen sind. Diese
Maßnahme erweist sich vor allem dort als zweckmäßig, wo es auf
einen hohen Öltransport ankommt. Die hier nach ihrer Herstellung
beibehaltenen Vertiefungen bilden von Anfang an vergleichsweise
große Öltaschen, die bis zu einer der Tiefe der Vertiefungen
entsprechenden Verschleißdicke zusätzlich zu den durch Verschleiß
des nicht gehärteten Materials sich ausbildenden Öltaschen
vorhanden sind. Danach nimmt die Fläche der ungehärteten
Bereiche zwischen den Deformationszonen stetig zu, was den
Wegfall der Vertiefungen ausgleicht.
Eine andere vorteilhafte Ausführung kann darin bestehen, dass die
Vertiefungen zumindest teilweise mit einer Füllung versehen sind.
Als Füllungsmaterial kann ein Material mit einer gegenüber der
Härte der Deformationszonen größeren Härte oder kleineren Härte
Verwendung finden. Auf diese Weise lassen sich in vorteilhafter
Weise unterschiedliche Härteprofile und damit unterschiedliche
Tragprofile erreichen, so dass für jeden Einzelfall optimale Trag- und
Schmierungsverhältnisse erreichbar sind. Im ersten Fall ergeben
sich aufgrund der vergleichsweise großen Härte des
Füllungsmaterials sehr geringe Verschleißraten und damit eine sehr
lange Standzeit. Im zweiten Fall wird mit Hilfe der Füllung der
Vertiefungen das Fassungsvermögen der sich bildenden Öltaschen
gegenüber der Ausführung mit unverfüllten Vertiefungen verkleinert,
was in manchen Fällen erwünscht ist.
Eine weitere Ausführung kann darin bestehen, dass die die
Vertiefungen enthaltende Schicht entfernt wird, so dass nur die
unterhalb der Sohle der Vertiefungen liegenden Bereiche der
Deformationszonen übrigbleiben. Diese bilden tragende Inseln
zwischen dem weicheren Grundmaterial. Diese Maßnahme kann
dann in Frage kommen, wenn ein vergleichsweise geringer
Öltransport erwünscht ist, auf eine Füllung der Vertiefungen aber
verzichtet werden soll.
Die Vertiefungen können zweckmäßig eine Sohlentiefe von 1,2-
1,5 mm aufweisen. Dies ergibt zusammen mit der Dicke der
Deformationszonen eine vergleichsweise große Mächtigkeit der
Verschleißschicht und führt damit zu sehr hohen Gesamtstand
zeiten.
Bei kleineren Gleitflächen können die Vertiefungen als im
Querschnitt halbkugelförmige Näpfchen ausgebildet sein. Bei
größeren Gleitflächen können die Vertiefungen zweckmäßig als
einen allseits abgerundeten Querschnitt aufweisende, längliche
Furchen ausgebildet sein. Diese Maßnahmen ermöglichen in jedem
Fall eine günstige, gleichmäßige Flächenverteilung der Vertiefungen.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die
Gleitfläche nach dem Eindrücken der Vertiefungen zur Entfernung
eines beim Eindrücken entstandenen, erhöhten Rands der
Vertiefungen geschliffen wird. Auf diese Weise ergibt sich eine ebene
Bezugsfläche.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige
Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den
restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden
Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Gleitfläche,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Gleitfläche mit ungefüllten Vertiefungen mit zugehörigen
Tragprofilen,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Gleitfläche mit mit einer harten Füllung versehenen
Vertiefungen mit zugehörigen Tragprofilen,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Gleitfläche mit mit einer weichen Füllung versehenen
Vertiefungen mit zugehörigen Tragprofilen und
Fig. 5 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Gleitfläche mit
entfernten Vertiefungen anhand eines vergrößerten
Ausschnitts vor und nach Entfernung der Vertiefungen mit
zugehörigem Tragprofil.
Die der Fig. 1 zugrundeliegende Vorrichtung enthält einen Tisch 1, dem
ein Stempel 2 zugeordnet ist. Auf dem Tisch 1 ist das zu bearbeitende
Werkstück 3, hier in Form eines Kolbenrings, aufgespannt. Kolbenringe
gleiten im Betrieb mit ihrer Unterseite auf dem Boden der zugeordneten
Kolbenringnut. Die hier nach oben weisende Unterseite des Kolbenrings
wird daher als Gleitfläche ausgebildet. Hierzu werden in die nach oben
weisende Unterseite des Kolbenrings über die ganze Fläche verteilte, einen
allseitig abgerundeten Querschnitt aufweisende Vertiefungen 4
eingedrückt. Selbstverständlich kann der hier als Beispiel ausgewählte
Kolbenring auch im Bereich seiner umfangsseitigen Gleitfläche mit über
diese gleichmäßig verteilten Vertiefungen 4 oben genannter Art versehen
sein. Ebenso können natürlich auch andere, eine Gleitfläche aufweisende
Maschinenteile zur Bildung der Gleitfläche mit entsprechenden
Vertiefungen versehen werden.
Zur Bildung der Vertiefungen findet ein dem Stempel 2 zugeordnetes
Werkzeug 5 Verwendung, das mit über eine Auflauffläche 6
vorspringenden Erhebungen 7 mit dem Querschnitt der Vertiefungen 4
entsprechendem Querschnitt versehen ist. Im dargestellten Beispiel ist
das Werkzeug 5 als um seine Achse drehbar gelagertes Rad ausgebildet,
das über seine die Auflauffläche 6 bildende Umfangsfläche vorspringende
Erhebungen 7 mit dem Querschnitt der Vertiefungen 4 entsprechendem
Querschnitt aufweist. Das das Werkzeug 5 bildende Rad ist in einer Gabel
des Stempels 2 drehbar gelagert. Der Stempel 2 ist, wie durch einen
Anstellpfeil 8 angedeutet ist, mittels einer nicht näher dargestellten
Anstelleinrichtung an die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 3
anstellbar. Der Tisch 1 und mit diesem das Werkstück 3 ist mittels einer
hier nicht näher dargestellten Rotationseinrichtung rotierbar, wie durch
einen Rotationspfeil 9 angedeutet ist. Das mit dem Tisch 1 rotierende
Werkstück 3 ist koaxial zur Rotationsachse r auf dem Tisch aufgespannt.
Das mit seinen Erhebungen 7 an das rotierende Werkstück 3 angestellte,
das Werkzeug 5 bildende Rad rollt auf dem Werkstück 3 ab, wie durch
den Abrollpfeil 10 angedeutet ist. Dabei werden die Erhebungen zur
Bildung der Vertiefungen 4 in das Werkstück 3 eingedrückt. Das das
Werkzeug 5 bildende Rad rollt hierzu mehrfach auf dem Werkstück 3 ab,
so dass die Vertiefungen 4 in mehreren Schritten eingedrückt werden. Das
Werkzeug 5 kann daher mit vergleichsweise geringer Anpresskraft an das
Werkstück 3 angestellt werden. Der Eindrückvorgang ist beendet, wenn
das Werkzeug 5 mit seiner Auflauffläche 6 auf der gegenüberliegenden
Werkstückoberfläche aufläuft. Dieser Zustand liegt der Fig. 1 zugrunde.
Bei der Unterseite von Kolbenringen handelt es sich um eine
vergleichsweise kleine Gleitfläche. Dasselbe gilt für die umfangsseitige
Gleitfläche von Kolbenringen. In Fällen dieser Art sind die Erhebungen 7
einfach als im Querschnitt halbkugelförmige Noppen ausgebildet, die als
im Querschnitt halbkugelförmige Näpfchen ausgebildete Vertiefungen 4
ergeben. Für größere Gleitflächen können zur Bildung der Erhebungen 7
längliche, einen allseitig abgerundeten Querschnitt aufweisende Leisten
vorgesehen sein, die als längliche, einen allseitig abgerundeten
Querschnitt aufweisende Furchen ausgebildete Vertiefungen 4 ergeben.
Mit Hilfe der Auflauffläche 6 wird auch ein beim Eindrücken der
Erhebungen 7 in das Werkstück 3 entstehender, erhöhter Rand der
Vertiefungen 4 niedergedrückt. Zusätzlich kann die mit Vertiefungen 4
versehene Seite des Werkstücks 3 noch einem nachträglichen, durch das
Bearbeitungszeichen 11 angedeuteten Schleifvorgang unterzogen werden,
durch den ein eventuell erhöhter Rand der Vertiefungen 4 abgeschliffen
wird.
Die in Fig. 2 angegebene Tiefe t der Vertiefungen 4 beträgt bei
Gleitflächen von Elementen von Großmaschinen hier vorliegender Art
mindestens 1 mm, vorzugsweise 1,2-1,5 mm. Diese Tiefe t entspricht der
Höhe der Erhebungen 7, im dargestellten Ausführungsbeispiel dem
Radius der die Erhebungen 7 bildenden Noppen. Die vergleichsweise
große Tiefe der Vertiefungen 4 führt zu einer vergleichsweise starken
Materialverformung in der Umgebung jeder Vertiefung 4. Aufgrund dieser
starken Verformung entsteht im Bereich jeder Vertiefung 4 eine diese
schalenförmig umfassende, in Fig. 2 schraffierte Deformationszone 12,
in der das Material des Werkstücks 3 infolge der durch das Eindrücken
der werkzeugseitigen Erhebungen 7 bewirkten, lokalen Tiefenverformung
verformungsgehärtet wird. Im Bereich der Deformationszonen 12 liegt
dementsprechend eine größere Materialhärte vor als außerhalb hiervon.
Da die Deformationszonen 12 die jeweils zugeordnete Vertiefung 4
schalenförmig umfassen ergibt sich eine vergleichsweise große
Gesamttiefe T der von den Deformationszonen 12 durchdrungenen
Materialschicht. Die Dicke der Deformationszonen 12 nimmt vom Rand
zum unteren Sohlenbereich hin zu. Die größte Dicke entspricht etwa der
Tiefe der jeweils zugeordneten Vertiefung 4. Im dargestellten Beispiel
ergibt sich daher für die Tiefe T ein Maß von 2-3 mm. Die von den
Deformationszonen 12 durchsetzte Schicht stellt praktisch die zur
Verfügung stehende Verschleißschicht dar. Aufgrund der großen
Gesamttiefe T ergibt sich daher eine vergleichsweise dicke
Verschleißschicht, was lange Standzeiten erwarten lässt.
Die Vertiefungen 4 sind, wie aus Fig. 1 erkennbar ist, so angeordnet,
dass sie sich samt der sie schalenförmig umfassenden Deformationszonen
12 innerhalb der Randkanten der zugeordneten Gleitfläche befinden und
gleichmäßig über die zugeordnete Gleitfläche verteilt sind. Der
Mittenabstand der Vertiefungen 4 und der diese umgebenden
Deformationszonen 12 beträgt zumindest das Doppelte der lichten Weite
der Vertiefungen 4, so dass sich keine Überschneidungen der
Deformationszonen 12 ergeben. Die Deformationszonen 12 bilden
dementsprechend gleichmäßig über die zugeordnete Gleitfläche verteilte,
tragende Inseln mit in der Draufsicht kreisringförmiger Konfiguration. Da
sich die Vertiefungen 4 samt zugehöriger Deformationszonen 12 innerhalb
der Randkanten der zugeordneten Gleitfläche befinden, sind eine
weitgehend gleichmäßige Materialverformung und damit Härtung
gewährleistet und eine hiervon ausgehende Bruchgefährdung vermieden.
Bei dem der Fig. 2 zugrundeliegenden Beispiel werden die Vertiefungen 4
nicht verfüllt oder beseitigt, so dass die zugeordnete Gleitfläche im
Neuzustand mit Vertiefungen 4 versehen ist, die im Betrieb als Öltaschen
zur Aufnahme von Schmieröl fungieren können. Das nicht verformte und
dementsprechend nicht verformungsgehärtete Material im Bereich
zwischen den Deformationszonen 12 unterliegt einem schnelleren
Verschleiß als die eine größere Härte aufweisenden Deformationszonen
12, wodurch im Laufe des Betriebs ebenfalls Öltaschen entstehen.
Anfänglich ergibt sich daher bei dieser Ausführung ein Tragprofil, wie in
Fig. 2 rechts oben dargestellt. Die Vertiefungen 4 bilden dabei von
Anfang an vorhandene Öltaschen 13. Diese sind von in der Draufsicht
kreisringförmigen, durch die Deformationszonen 12 gebildeten, tragenden
Inseln umgeben. Zwischen diesen ergeben sich aufgrund des schnelleren
Verschleißes des nicht gehärteten Materials gegenüber dem langsameren
Verschleiß des den Deformationszonen 12 zugrundeliegenden Materials
weitere, flache Öltaschen 14. Die Tiefe der Öltaschen 13 nimmt mit
zunehmendem Verschleiß ab. Die Breite der Öltaschen 14 nimmt mit
zunehmenden Verschleiß zu, so dass sich ein gewisser Ausgleich ergibt.
Sobald eine Schicht mit der Dicke t, das heißt mit einer der Tiefe der
Vertiefungen 4 entsprechenden Dicke, verschlissen ist, sind auch die
Öltaschen 13 verschwunden. Danach ergibt sich ein Tragprofil wie in
Fig. 2 rechts unten dargestellt. Dabei bilden die tiefer als die Sohle der
Vertiefungen 4 liegenden Bereiche der Deformationszonen 12 in der
Draufsicht kreisförmige, tragende Inseln 15 mit vergleichsweise großer
Härte. Zwischen diesen Inseln verbleiben die Öltaschen 14, deren
Ausdehnung mit zunehmenden Verschleiß zunimmt. Sobald eine Schicht
mit der Dicke T verschlissen ist, sind auch die eine größere Härte
aufweisenden Deformationszonen 12 verschlissen. Damit ist die Lebens
dauergrenze des betreffenden Bauteils erreicht. Da die Tiefe T in Fällen
hier vorliegender Art 2-3 mm betragen kann, ergibt sich eine sehr große
Gesamtlebensdauer.
Bei den den Fig. 3 und 4 zugrundeliegenden Ausführungen sind die
zur Bildung der Deformationszonen 12 in das Werkstück-Grundmaterial
eingebrachten Vertiefungen 14 mit einer Füllung 16 bzw. 17 versehen. Bei
der Ausführung gemäß Fig. 3 soll das der Füllung 16 zugrundeliegende
Material eine größere Härte aufweisen als das durch Verformungshärtung
gehärtete Material der Deformationszonen 12. Zur Bildung der Füllung 16
kann dabei beispielsweise eine Keramik-Metall-Mischung (Cermet)
Verwendung finden. Auch Nickelgraphit oder spezielle Aluminiumbronzen
etc. wären denkbar. Bei einer derartigen Ausführung verschleißt die
Füllung 16 langsamer als die sie schalenförmig umfassende
Deformationszone 12 und diese wiederum langsamer als das ungehärtete
Grundmaterial. Da die Härte der Deformationszonen 12 innen größer ist
als radial außen, ergibt sich hier auch ein von innen nach außen
zunehmender Verschleiß.
Bei dieser Ausführung ergibt sich anfänglich das in Fig. 3 rechts oben
dargestellte Tragprofil. Die Füllungen 16 der Vertiefungen 4 bilden dabei
vorstehende, in der Draufsicht kreisförmige, tragende Inseln 18, zwischen
denen infolge des schnelleren Verschleißes des umgebenden Materials
Öltaschen 19 entstehen, deren Tiefe zu den Inseln 18 hin infolge der oben
erwähnten Härteverteilung nahezu kontinuierlich abnimmt. Die große
Härte des die Füllungen 16 bildenden Materials führt zu einer
vergleichsweise geringen Verschleißrate der tragenden Inseln 18 und
damit zu einer langen Standzeit. Nachdem eine Schicht mit der Dicke t
und dementsprechend die Füllungen 16 verschlissen sind, ergibt sich das
in Fig. 3 rechts unten dargestellte Tragprofil, das dem oberen Tragprofil
ähnlich ist. Anstelle der durch Füllungen 16 gebildeten, tragenden Inseln
19 ergeben sich beim unteren Tragprofil durch die unterhalb der Sohle der
Vertiefungen 4 liegenden Bereiche der Deformationszonen 12 gebildete,
tragende Inseln 20, zwischen denen die Öltaschen 19 des oberen
Tragprofils verbleiben, deren Fläche mit zunehmendem Verschleiß
zunimmt. Es liegen hier erkennbar ähnliche Verhältnisse wie in Fig. 2
rechts unten vor.
Das die Füllung 17 der Ausführung gemäß Fig. 4 bildende Material
besitzt eine geringere Härte als das den Deformationszonen 12
zugrundeliegende, durch Verformungshärtung gehärtete Material. Die
Härte des der Füllung 17 zugrundeliegenden Materials kann dabei größer,
gleich oder kleiner als die Härte des Grundmaterials sein. Zur Bildung der
Füllung 17 eignen sich Aluminium, Graphit oder spezielle
Aluminiumbronzen und dergleichen. Bei der Ausführung der der Fig. 4
zugrundeliegenden Art ergibt sich anfänglich das in Figur rechts oben
dargestellte Tragprofil. Dabei bilden die Deformationszonen 12 infolge
ihrer größeren Härte zunächst in der Draufsicht ringförmige, tragende
Inseln 22, die Öltaschen 23 umgeben und zwischen denen sich weitere
Öltaschen 24 ausbilden. Die Öltaschen 24 ergeben sich aufgrund des
schnelleren Verschleißes des ungehärteten Grundmaterials. Die Öltaschen
23 ergeben sich aufgrund des schnelleren Verschleißes des der Füllung 17
zugrundeliegenden Materials. Je nach dem ob das der Füllung 17
zugrundeliegende Material eine größere oder kleinere Härte als das
Grundmaterial aufweist, ergibt sich eine größere oder kleinere Tiefe der
Öltaschen 23 gegenüber der Tiefe der Öltaschen 24. In jedem Fall sind die
Öltaschen 23 jedoch seichter als die Öltaschen 13 der Ausführung gemäß
Fig. 2. Die der Fig. 4 zugrundeliegende Ausführung kommt daher vor
allem dort zum Einsatz, wo anfänglich ein geringerer Öltransport
erwünscht ist, als er von den unverfüllten Vertiefungen 4 der Anordnung
gemäß Fig. 2 bewerkstelligt wird.
Nachdem eine Schicht mit der Dicke t verschlissen ist und die Füllungen
17 verschwunden sind, ergibt sich das in Fig. 4 rechts unten dargestellte
Tragprofil mit in der Draufsicht kreisförmigem, durch die verbleibenden
Bereiche der Deformationszonen 12 gebildeten, tragenden Inseln 25,
zwischen denen Öltaschen 24 verbleiben. Die kreisringförmigen Inseln 22
schmelzen hier praktisch auf die kreisförmigen Inseln 25 zusammen. Die
Öltaschen 24 werden mit zunehmendem Verschleiß immer größer.
Insgesamt liegen ähnliche Verhältnisse vor wie in Fig. 2 und 3 rechts
unten, wobei davon auszugehen ist, dass bei einem Tragprofil dieser Art
ein vergleichsweise geringer Öltransport stattfindet.
In Fällen, in denen von Anfang an ein Tragprofil wie in den Fig. 2 bis 4
rechts unten erwünscht ist, findet eine Ausführung gemäß Fig. 5
Verwendung. Dabei wird das mit den Vertiefungen 4 versehene
Werkstück, wie in Fig. 5 links oben angedeutet ist, bis auf das Niveau N
abgeschliffen, das heißt eine Schicht mit einer der Tiefe der Vertiefungen 4
entsprechenden Dicke t wird entfernt. Nach Durchführung dieses
Arbeitsgangs ergibt sich der in Fig. 5 links unten dargestellte Zustand
mit durch den nicht entfernten, unteren Bereich der Deformationszonen
12 gebildeten, gehärteten Zonen deren Dicke t' der Differenz zwischen der
in Fig. 2 eingezeichneten Gesamttiefe T der Deformationszonen 12 und
der Tiefe t der Vertiefungen 4 entspricht. Bei einer so hergestellten
Gleitfläche ergibt sich das in Fig. 5 rechts dargestellte Tragprofil mit
durch die nicht entfernten Bereiche der Deformationszonen 12 gebildeten,
in der Draufsicht kreisförmigen, tragenden Inseln 27 und zwischen denen
sich ausbildenden Öltaschen 28. Insgesamt liegen, wie oben schon
erwähnt, ähnliche Verhältnisse wie bei den Tragprofilen gemäß Fig. 2,
3, 4 jeweils rechts unten, vor.
Die vorstehenden Ausführungen lassen erkennen, dass die Erfindung
durch entsprechende Variationen an die speziellen Verhältnisse von
verschiedenen Anwendungsfällen anpassbar ist. Der in Fig. 1 zur
Bildung des Werkstücks 3 beispielhaft vorgesehene Kolbenring ist auch
nur eines von vielen Anwendungsbeispielen. So können bei Großmotoren,
insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren, neben den Kolbenring-
Unterseiten auch die Umfangsflächen der Kolbenringe, sowie die
Laufflächen der Zylinderbüchsen und der Kolbenhemden als auch die
Gleitflächen der Kolbenstangen und der diesen zugeordneten Durchführ
büchsen und dergleichen in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltet
sein.
Claims (21)
1. Großmaschine, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotor, mit
wenigstens einer Gleitfläche, die gegenüber einem sie enthaltenden
Grundmaterial härtere Bereiche aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die gegenüber dem Grundmaterial härteren
Bereiche zumindest teilweise als verformungsgehärtete, über die
Gleitfläche verteilte Deformationszonen (12) ausgebildet sind, wobei
der Mittelabstand der Deformationszonen (12) zumindest dem
Doppelten der lichten Weite zugeordneter Vertiefungen (4)
entspricht.
2. Großmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die gegenüber dem Grundmaterial härteren Bereiche jeweils
zumindest als Teil einer eine Vertiefung (4) mit allseitig
abgerundetem Querschnitt schalenförmig umfassenden
Deformationszone (12) ausgebildet sind.
3. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationszonen (12)
innerhalb der Randkanten der zugeordneten Gleitfläche angeordnet
sind.
4. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Gleitfläche durch
die Vertiefungen (4) gebildete Öltaschen (13) vorgesehen sind.
5. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4), vorzugsweise
bei kleineren Gleitflächen, als im Querschnitt halbkugelförmige
Näpfchen ausgebildet sind.
6. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4), vorzugsweise
bei größeren Gleitflächen, als einen allseits abgerundeten
Querschnitt aufweisende, längliche Furchen ausgebildet sind.
7. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) bei
Großmaschinen, wie Zweitakt-Großdieselmotoren, eine Sohlentiefe
von wenigstens 1 mm aufweisen.
8. Großmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vertiefungen (4), bei Großmaschinen wie Zweitakt-
Großdieselmotoren, eine Sohlentiefe von 1,2 bis 1,5 mm aufweisen.
9. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4), zumindest
teilweise mit einer Füllung (16) versehen sind, die aus einem gegenüber
der Härte der Deformationszonen (12) härteren Material besteht.
10. Großmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllung (16) aus einer Keramik-Metall-Mischung und/oder
Nickelgraphit besteht.
11. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) zumindest
teilweise mit einer Füllung (17) versehen sind, die aus einem eine
gegenüber der Härte der Deformationszonen (12) geringere Härte
aufweisenden Material besteht.
12. Großmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllung (17) aus Aluminium besteht.
13. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber dem Grundmaterial
härteren Bereiche als unterhalb der Sohle der jeweils zugeordneten
Vertiefungen (4) sich befindende Bereiche der Deformationszonen
(12) ausgebildet sind.
14. Großmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zweitakt-
Großdieselmotor zumindest die Unterseite der Kolbenringe
und/oder die Umfangsseite der Kolbenringe und/oder die Lauffläche
der Zylinderbüchsen und/oder die Umfangsfläche der
Kolbenhemden und/oder die Umfangsfläche der Kolbenstangen
und/oder die Innenfläche der den Kolbenstangen zugeordneten
Duchführbuchsen als verformungsgehärtete Deformationszonen
(12) aufweisende Gleitflächen ausgebildet sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche der den Ansprüchen 1
bis 14 zugrundeliegenden Art, die gegenüber einem sie
enthaltenden Grundmaterial härtere Bereiche aufweist, wobei zur
Bildung der gegenüber dem Grundmaterial härteren Bereiche in das
Grundmaterial Vertiefungen (4) mit allseitig abgerundetem
Querschnitt eingedrückt werden, die durch mehrmaliges Abrollen
eines ein Werkzeug (5) bildenden, umfangsseitig mit
Erhebungen (7) versehenen Rads auf der Gleitfläche hergestellt
werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vertiefungen (4) in mehreren Schritten eingedrückt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vertiefungen (4) unter Verwendung des Werkzeugs (5)
mit einen dem Querschnitt der Vertiefungen (4) entsprechenden
Querschnitt aufweisenden Erhebungen (7) hergestellt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5) bis zum
Auflaufen einer die Erhebungen (7) tragenden Auflauffläche (6) auf
die Gleitfläche auf diese einwirkt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche nach dem
Eindrücken der Vertiefungen (4) zumindest zur Entfernung eines
beim Eindrücken der Vertiefungen (4) entstandenen, erhöhten
Rands der Vertiefungen (4) abgeschliffen wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfläche nach dem
Eindrücken der Vertiefungen (4) bis auf die Sohlentiefe der
Vertiefungen (4) abgeschliffen wird.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) zumindest
teilweise mit einer Füllung (16 bzw. 17) versehen werden.
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