DE102005023627A1 - Stahlkolbering - Google Patents

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Abstract

Stahlkolbenring mit einer einseitig gekammerten Lauffläche, oberen und unteren Flanken sowie einer inneren Umfangsfläche, wobei die Lauffläche mit einer Mikrorisse aufweisenden Verschleißschutzschicht auf Basis von Chromkeramik überzogen ist und zumindest die Flanken mit einer Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht versehen sind, wobei mindestens einer der Übergangsbereiche der Flanken in die Lauffläche annähernd scharfkantig ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mit einer Beschichtung versehenen Stahlkolbenring.
  • Der DE-A 35 31 410 ist eine galvanische Hartchromschicht zu entnehmen, mit einem durch die gesamte Schichtdicke sich erstreckenden Rissnetzwerk, wobei in den Rissen Feststoffpartikel eingelagert sind. Die Korngröße der Feststoffpartikel soll zwischen 0,0005 und 0,015 mm betragen, wobei die Feststoffpartikel aus Hartstoffpartikeln bestehen. Selbige können durch Wolframcarbid, Chromcarbid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borcarbid oder Diamant gebildet sein. Alternativ können auch duktile Metalle und/oder Metalllegierungen als Feststoffpartikel zum Einsatz gelangen.
  • In der DE-A 199 31 829 ist eine galvanische Hartchromschicht, insbesondere für einen Kolbenring, beschrieben, die im Wesentlichen aus einem 6-wertigen Chrom enthaltenden Elektrolyten gebildet ist, wobei sich in der Schicht Risse befinden und in diese Risse Diamantpartikel eingelagert sind. Je nach Einsatz der galvanischen Hartchromschicht kann es vorteilhaft sein, wenn zusätzlich eine Oberflächenhärtung durchgeführt wird. Hierbei wird bevorzugt auf das Nitrieren verwiesen, wobei entweder die gesamte Oberfläche und nur bestimmte, genau definierte Bereiche nitriert werden.
  • Bisherige praktische Anwendungen haben gezeigt, dass ausschließlich mit Chrom beschichtete Laufflächen bei einer anschließenden Nitrierbehandlung dazu geneigt haben, dass Chrom in unzulässiger Weise abgetragen wurde, wodurch sich die Qualität der Lauffläche verschlechterte.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahlkolbenring dahingehend weiterzubilden, dass neben einer optimalen Laufflächenbeschichtung auch ein gutes Flankenverschleißverhalten gegeben ist, wobei bei vorgebbarer Laufflächenbeschichtung auch eine Nitrierbehandlung möglich sein soll, ohne dass die Qualität der Lauffläche Einbußen erlangt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stahlkolbenring mit einer einseitig gekammerten Lauffläche, oberen und unteren Flanken sowie einer inneren Umfangsfläche, wobei die Lauffläche mit einer Mikrorisse aufweisenden Verschleißschutzschicht auf Basis von Chromkeramik überzogen ist und zumindest die Flanken mit einer Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht versehen sind, dergestalt, dass mindestens einer der Übergangsbereiche der Flanken in die Lauffläche annähernd scharfkantig ausgebildet ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stahlkolbenringes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die Erfindung durch die gezielte Anreicherung der äußeren Randzonen einer Chromkeramik-Beschichtung auf Kolbenringen mit einer gleichzeitigen Verbesserung des Flankenverschleißverhaltens durch eine Nitrierschicht aus. Gegenüber reinen Chromschichten beinhaltet die erfindungsgemäße Laufflächenbeschichtung ein Rissnetzwerk in größerer Breite, wodurch ein tieferes Einbringen von Stickstoff zur Bildung von CrN möglich ist. Hierbei können Eindringtiefen bis etwa 20 μm erreicht werden.
  • Einem besonderen Gedanken der Erfindung gemäß kommt das Gasnitrieren zum Einsatz, das gegenüber andersartigen Nitrierverfahren die besten Eigenschaften hinsichtlich Eindringtiefe des Stickstoffs in das Rissnetzwerk und andererseits hinsichtlich des Flankenverschleißverhaltens mit sich bringt.
  • Der Erfindungsgegenstand kann einen rechteckigen bzw. davon abweichenden, z.B. trapezförmigen, Querschnitt haben, wobei auch unterschiedliche Konturen für die Kammerung der Lauffläche denkbar sind.
    •
  • Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt den Querschnitt durch einen zylindrisch ausgebildeten Stahlkolbenring 1, beinhaltend eine Lauffläche 2, eine obere Flanke 3, eine untere Flanke 4 sowie eine innere Umfangsfläche 5. Die Lauffläche 2 ist mit einer einseitigen Kammerung 6 versehen. Der gekammerte Bereich 6 der Lauffläche 2 ist mit einer Mikrorisse aufweisenden Verschleißschutzschicht 7 auf Basis von Chromkeramik überzogen. In diesem Beispiel sind sowohl die Flanken 3 und 4 als auch die innere Umfangsfläche 5 sowie die Verschleißschutzschicht 7 mit einer Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht 8, 9, 10, 11 versehen. Die laufflächenseitige Verschleißschutzschicht 7 erstreckt sich bis in den Bereich der unteren Flanke 4 und läuft somit auch in die Nitrierschicht 9 ein, dergestalt, dass der Übergangsbereich 12 zwischen unterer Flanke 4, respektive Nitrierschicht 9 und Lauffläche 2, respektive Verschleißschicht 7, annähernd scharfkantig ausgebildet ist.
  • Untersuchungen haben ergeben, dass das Nitriermittel 11 nicht durch die Verschleißschicht 7 hindurch tritt und somit keine Verschlechterung der Laufeigenschaften gegeben ist.

Claims (5)

  1. Stahlkolbenring mit einer einseitig gekammerten Lauffläche (2), oberen und unteren Flanken (3, 4) sowie einer inneren Umfangsfläche (5), wobei die Lauffläche (2) mit einer Mikrorisse aufweisenden Verschleißschutzschicht (7) auf Basis von Chromkeramik überzogen ist und zumindest die Flanken (3, 4) mit einer Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht (8, 9) versehen sind, dergestalt, dass mindestens einer der Übergangsbereiche (12) der Flanke (4, 5) in die Lauffläche (2) annähernd scharfkantig ausgebildet ist.
  2. Stahlkolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (11) der unteren Flanke (4) in die Chromkeramikschutzschicht (7) annähernd scharfkantig ausgebildet ist.
  3. Stahlkolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Lauffläche (2) als auch die Flanken (4, 5) mit einer durch Nitrieren, insbesondere Gasnitrieren, erzeugten Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht (8, 9, 11) versehen sind.
  4. Stahlkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrorisse in der Laufflächenbeschichtung (7) dergestalt ausgebildet sind, dass im Anschluss an die Gasnitrierbehandlung Stickstoff in Form von CrN bis zu einer Tiefe ? 20 μm, zumindest im Bereich der Mikrorisse, gegeben ist.
  5. Stahlkolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (2) geneigt verlaufend oder ballig ausgebildet ist.
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