DE102008038636B4

DE102008038636B4 - Kolbenring

Info

Publication number: DE102008038636B4
Application number: DE200810038636
Authority: DE
Inventors: Etuo TAMEGAI; Hiromi Ishikawa; Tomotaka Kariya; Makoto Tsuruta
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; STT Inc
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd; STT Inc
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: US20090051123A1; DE102008038636A1; US8088496B2

Abstract

Kolbenring umfassend einen Kolbenringkörper (61) und eine Oberflächenbeschichtung (62), welche auf zumindest der oberen oder der unteren Oberfläche (2, 3) des Kolbenringkörpers (61) gebildet ist, wobei die Oberflächenbeschichtung (62) eine äußerste Oberflächenschicht (64) aufweist umfassend ein hitzebeständiges Harz (65) und ein im hitzebeständigen Harz (65) enthaltenes Metallpulver (67), sowie eine untere Grundschicht (63), welche nahe am Kolbenringkörper (61) gebildet ist und ein hitzebeständiges Harz (66) und das im hitzebeständigen Harz (66) enthaltene Metallpulver (67) umfasst, wobei die untere Grundschicht (63) einen Metallpulveranteil nicht größer als in der äußersten Oberflächenschicht (64) aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenring, welcher bei einem Verbrennungsmotor Anwendung findet, und betrifft insbesondere einen Kolbenring, welcher geeignet ist ein Anhaften (Ablagern) von Aluminium an einem Kolbenring wirksam zu verhindern.
Stand der Technik
Üblicherweise werden ein Kompressionsring und ein Ölring als ein Kolbenring-Satz an einem Kolben befestigt, welcher eine Hin- und Herbewegung durchführt. Der Kompressionsring hat eine Funktion zur Verhinderung eines Leck-Gas-Phänomens, bei welchem Abgas unter Hochdruck von einer Brennkammerseite zu einer Kurbelkammerseite ausgeblasen wird. Andererseits wird der Ölring hauptsächlich zum Erreichen einer Funktion zum Unterdrücken eines Verölungs-Phänomens benutzt, bei welchem ein überschüssiges Schmiermittel, welches an einer Oberfläche der Zylinderinnenwand anhaftet, von der Kurbelkammerseite in die Brennkammerseite eindringt und dann verbraucht wird. Bei einer herkömmlichen Standardkombination des Kolbenrings ist eine Kombination von drei Ringen bekannt, umfassend zwei Kompressionsringe einschließlich eines oberen Rings und eines zweiten Rings sowie eines Ölrings.
Entsprechend der aufkommenden Tendenz leichten Gewichts und hoher Leistung eines Verbrennungsmotors, ist es neuerdings für einen Kolbenring höchsterforderlich geworden, eine hoch verbesserte Qualität zu haben. Bei einer herkömmlichen Technologie zum Verbessern der Haltbarkeit des Kolbenrings des Verbrennungsmotors wurde eine Abriebfestigkeitsoberflächenbehandlung vorgeschlagen, wie beispielsweise Nitrier-Behandlung, Ionen-Anlagerungs-Behandlung oder Hartchrom-Anlagerungs-Behandlung.
Bei diesen Oberflächenbehandlungen wurde die Nitrier-Behandlung als Oberflächenbehandlung für den Kolbenring weit entwickelt und weit verbreitet, welcher unter harten Betriebsbedingungen benutzt wird, weil die Nitrier-Behandlung ein exzellentes Abriebfestigkeits-Ergebnis bietet.
Obwohl der einer Nitrier-Behandlung unterzogene Kolbenring bezüglich der Abriebfestigkeit exzellent ist, neigt der Abrieb einer Ringnut des Kolbenrings dazu sich zu vergrößern, wenn er an einem aus Aluminiumlegierung gebildeten Kolben benutzt wird. Weiterhin wird wie in 1A bis 1C gezeigt ein Phänomen begründet (siehe 1C), bei welchem Aluminium an einer unteren Oberfläche 3 eines Kolbenrings 1 von einer unteren Oberfläche einer Nut eines aus Aluminiumlegierung gebildeten Kolbens anhaftet.
2A bis 2C sind Graphiken, welche eine Veränderung von Oberflächensituationen von oberen und unteren Oberflächen 2 und 3 der Ringnut des Kolbens zeigen, aufgenommen durch Benutzen einer Kontaktnadel-Oberflächenrauigkeits-Testmaschine. Wie in 2 gezeigt verändern sich die Oberflächensituationen der oberen und unteren Oberflächen 2 und 3 der Kolbenringnut von einer normalen Situation, gezeigt in 2A, zu einer Aluminium-Anhaftungs-Situation, gezeigt in 2C, über eine Kolbennut-Rau-Situation 2B.
In den 2A bis 2C repräsentiert die Abszisse der Achsen eine Position des Kolbens und die Ordinate der Achsen repräsentiert die Welligkeit der Kolbennut, und in diesen Figuren bezeichnet der Buchstabe F die Vorausrichtung, AT bezeichnet die Antistoßrichtung, R bezeichnet die Rückrichtung und T bezeichnet die Stoßrichtung.
Weiterhin zeigen die 3A bis 3C Aluminium-Anhaftungs-Mechanismen, wobei 3A einen Zustand zeigt, in welchem die untere Oberfläche 3 des Kolbenrings 1 und eine untere Nutoberfläche 11 eines Aluminiumlegierungs-Kolbens 10 über Oxidschichten 8 miteinander kontaktieren, wobei jede eine Dicke von weniger als 0,2 μm hat und auf beiden Oberflächen gebildet ist, 3B einen Zustand zeigt, in welchen die Belastung der kontaktierenden Oxidschichten 8 stellenweise sehr hoch wird, was die Oxidschichten 8 sehr stört und Fe auf der unteren Oberfläche 3 des Kolbenrings 1 und Al auf der unteren Nutoberfläche 11 des Aluminiumlegierungs-Kolbens 10 werden zusammengeführt, und 3C einen Zustand zeigt, in welchem eine Aluminiumlegierung 20 an der unteren Oberfläche 3 des Kolbenrings 1 gesichert ist. Weiterhin zeigt 4 eine vergrößerte Ansicht des Aluminium-Anhaftungs-Bereichs, und in 4 bezeichnet das Bezugszeichen 20 das anhaftende Aluminium und Bezugszeichen 21 bezeichnet einen vermischten Bereich von Al und Fe.
Entsprechend vertikaler Bewegung des Kolbenrings nimmt wie oben erwähnt die Dichtfunktion des Verbrennungsmotors durch das Vorbeiströmen eines Leckgases ab, und daher wird eine Leistungsabgabe reduziert, wenn lokaler Abrieb, der aus diesem Schweißphänomen resultiert, bei einem vorbestimmten Bereich der Kolbennut auftritt. Dieses Phänomen tritt für eine kurze Zeit auf der unteren Seite der Kolbenringnut auf und berührt die Haltbarkeit des Verbrennungsmotors erheblich. Dementsprechend wurden herkömmliche Gegenmaßnahmen gegen den Abrieb der Kolbennut vorgeschlagen.
Zum Beispiel wird um den Kolben und den Kolbenring vor direktem Kontakt miteinander zu bewahren der Kolben als Gegenmaßnahme zum Abrieb der Kolbennut einer Anodenoxidations-Beschichtungs-Behandlung, Plattierungsbehandlung oder Matrix-Stärkungsbehandlung des Kolbens unterzogen, und andererseits wird der Kobenring einer Phosphorsalz-Beschichtungs-Behandlung oder Plattierungsbehandlung unterzogen, oder eine wie in 5A und 5B gezeigte Harzbeschichtungsbehandlung wird auf die Oberflächen des Kolbens 10 und des Kolbenrings 1 angewandt (z. B. Defric)-Beschichtungsbehandlung (hergestellt von KAWAMURA KENKYUSHO).
Um das oben genannte Problem zu lösen wurde weiterhin ein Kolbenring entwickelt und vorgeschlagen, bei welchem eine abriebfest behandelte Schicht, wie beispielsweise eine Nitritschicht oder Chromplattierte-Schicht, auf der oberen und unteren Oberfläche gebildet ist, oder nur auf der unteren Oberfläche des Kolbenrings, und eine Polybenzimidazol-Harz-Schicht enthaltend einen Festschmierstoff auf einer Oberfläche der abriebfest behandelten Schicht gebildet (siehe Patentveröffentlichung 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. JP 7-063266 A ).
Weiterhin wurde durch andere Personen als den Anmelder der vorliegenden Anmeldung auch ein Kolbenring entwickelt und vorgeschlagen, welcher eine Oberfläche hat, die mit einem hitzebeständigen Harz beschichtet ist, umfassend ein Feststoffschmiermittel (siehe Patentveröffentlichungen 2 und 3: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschriften JP 10-246149 A und JP 11-246823 A ).
Wenn auch die oben genannten Gegenmaßnahmen gegen den Abrieb der Kolbennut bei der herkömmlichen Technologie wirkungsvoll sein können zum Verhindern von Anhaftung von Aluminium in einem Anfangsstadium der Benutzung des Kolbens, aber für eine Langzeitnutzung des Kolbens unzureichend sind, so ist eine Verbesserung der Haltbarkeit dennoch erforderlich.
Insbesondere offenbart die obige Patentveröffentlichung 1 dennoch z. B. eine Oberflächenbeschichtung zusammengesetzt aus Polybenzimidazol-Harz und Festschmierstoff (Graphit oder MoS₂). Das Polybenzimidazol-Harz ist verantwortlich für die Oxidation in sein Flüssigharz bei der Bildung der Beschichtung und verschlechtert sich mit der Zeit. Daher ist es notwendig die Abnutzung zu beobachten. Weiterhin ist es manchmal schwierig die Qualität des Polybenzimidazols für lange Zeit stabil zu halten.
Weiterhin offenbart die obige Patentveröffentlichung 2 eine Oberflächenbeschichtung zusammengesetzt aus Polyamidimid-Harz oder Polyimid-Harz und einem Festschmierstoff (Graphit, MoS₂, WS₂ oder Polytetrafluorethylen). Dennoch verhindert eine solche Oberflächenbeschichtung ein Aluminiumanhaften nicht ausreichend und verursacht weiterhin kostenerhöhende Probleme.
Weiterhin offenbart die obige Patentveröffentlichung 3 eine Oberflächenbeschichtung zusammengesetzt aus Polyamidimid-Harz oder Polyimid-Harz und einem Festschmierstoff, wie beispielsweise MoS₂ oder Sb₂O₃. Dennoch kann eine derartige Beschichtung die Aluminiumadhäsion nicht ausreichend verhindern, und es Sb₂O₃ ist umweltschädlich, was die Benutzung erschwert.
Aus der DE 195 24 367 ist eine Kolbenanordnung mit Abrasiv-Beschichtung bekannt, welche beim Betrieb in fluid-geschmierten Zylinderbohrungswänden mit einem Kolbenkörper mit mindestens einer ringförmigen Erhebung, die an die Zylinderwand angepasst ist, zum Einsatz kommt. Die Abrasiv-Beschichtung ist an mindestens einer Erhebung anhaftend, die ein im Wesentlichen Null betragendes Spiel gegenüber der fluid-überzogenen Zylinderwand schafft und aufrechterhält. Die Abrasiv-Beschichtung umfasst Festschmierstoffe, von denen mindestens zwei ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Molybdändisulfid und Bornitrid.
Aus dem Dokument JP 11094084 ist ein Gleitabschnitt-Beschichtungsmaterial und Kolbenring bekannt zur Herstellung von Abrasionssicherheit auch unter harten Einsatzbedingungen, wie beispielsweise hohen Temperaturen und hoher Belastung. Dieses Gleitabschnittsbeschichtungsmaterial weist ein hitzebeständiges Harz als Grundmaterial auf, wobei die Gleitoberfläche in Zwei-Schicht-Struktur gebildet ist, welche durch Laminierung zweier Schichten unterschiedlicher Eigenschaften entsteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer herkömmlichen Technologie zum Verhindern von Abrieb einer Kolbenringnut, d. h. Verhindern von Aluminiumanlagerung, wird eine einen Festschmierstoff enthaltende Oberflächenbeschichtung auf die Kolbenringoberfläche aufgebracht um die Oberfläche des Kolbenringkörpers mit Oberflächen-Schmierfähigkeit auszustatten. Im Gegensatz dazu enthält die Oberflächenbeschichtung der vorliegenden Erfindung das Metallpulver anstatt Festschmierstoff.
Wie erwähnt ist es bei der herkömmlichen Technologie beabsichtigt, die Schmierfähigkeit der Kolbenringoberfläche zu verbessern um den Abrieb der Kolbenringnut zu reduzieren. Dieses Ziel kann durch Ausstattung der Kolbenringoberfläche mit der Schmierfähigkeit erreicht werden. Diese Maßnahme mag zu einem Anfangszustand unproblematisch sein, bei welchem die Oberflächenbeschichtung mit Schmiereigenschaft ausreichend existiert, aber nachdem lange Zeit vergangen ist kann die Oberflächenbeschichtung selbst dennoch verschlissen und abgeschält sein, was in einem Verlust von Schmiereigenschaft resultiert und die Kolbenringkörperoberfläche kann freigelegt werden und die Kolbenringnut kann verschlissen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Beachtung dieser oben genannten Umstände gemacht und ein Ziel davon ist es einen Kolbenring vorzuschlagen, welcher geeignet ist zur Verbesserung von Abnutzbeständigkeitseigenschaften, wirksamen Verhinderung von Aluminiumanhaftungsphänomen am Kolbenring und wirksamen Verhinderung von Abschälen einer Oberflächenbeschichtung von einem Kolbenringkörper.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen ein Kolbenring umfassend einen Kolbenringkörper und eine Oberflächenbeschichtung, welche auf zumindest der oberen oder der unteren Oberfläche des Kolbenringkörpers gebildet ist, wobei die Oberflächenbeschichtung eine äußerste Oberflächenschicht aufweist umfassend ein hitzebeständiges Harz und ein im hitzebeständigen Harz enthaltenes Metallpulver, sowie eine untere Grundschicht, welche nahe am Kolbenringkörper gebildet ist und ein hitzebeständiges Harz und das im hitzebeständigen Harz enthaltene Metallpulver umfasst, wobei die untere Grundschicht einen Metallpulveranteil nicht größer als in der äußersten Oberflächenschicht aufweist.
Dabei kann es erwünscht sein, dass das Metallpulver ein Pulver ist, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Kupfer-System-Pulver, Nickel-Pulver, Nickel-Legierungs-Pulver, Blei-System-Pulver, Zinn-System-Pulver oder Silizium-System-Pulver.
Es kann erwünscht sein, dass die hitzebeständigen Harze, welche die untere Grundschicht und die äußerste Oberflächenschicht bilden, weiterhin ein selbstschmierendes Metall umfassen. Das selbstschmierende Metall kann eines von entweder Molybdän-Disulfid, Wolfram-Disulfid oder Graphit sein. Es ist wünschenswert, dass der Anteil des in der unteren Grundschicht enthaltenen Metallpulvers nicht größer als 40 Massenprozent ist, und der Anteil des in der unteren Grundschicht enthaltenen selbstschmierenden Metalls nicht größer als 5 Massenprozent ist, und wobei der Anteil des in der äußersten Oberflächenschicht enthaltenen Metallpulvers 40 bis 80 Massenprozent ist, und der Anteil des in der äußersten Oberflächenschicht enthaltenen selbstschmierenden Metalls 2 bis 10 Massenprozent ist.
Weiterhin kann es erwünscht sein, dass jedes der Metallpulver und das in der unteren Grundschicht enthaltene selbstschmierende Metall einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm hat, und jedes der Metallpulver und das in der äußersten Oberflächenschicht enthaltene selbstschmierende Metall einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 μm bis 40 μm hat
Das hitzebeständige Harz kann Polyamidimid-Harz oder Polyimid-Harz sein.
Entsprechend des ersten oben genannten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenbeschichtung durch Bilden der äußersten Oberflächenschicht, welche aus dem hitzebeständigen Harz und dem im hitzebeständigen Harz enthaltenen Metallpulver zusammengesetzt ist, auf zumindest der oberen oder der unteren Oberfläche des Kolbenringkörpers ausgestattet mit der abriebbeständigen Funktion, und zusätzlich kann ein Bereich einer Aluminiumlegierungs-Kolbenringnut vor Abschälen und Anhaften am Kolbenring bewahrt werden. Weiterhin kann die Oberflächenbeschichtung vor Abschälen vom Kolbenringkörper bewahrt werden durch festes Anliegen der äußersten Oberflächenschicht am Kolbenringbasismetall über die aus dem hitzebeständigen Harz gebildete untere Grundschicht.
Weiterhin enthält die untere Grundschicht entsprechend des zweiten oben erwähnten Aspekts der vorliegenden Erfindung einen Metallpulveranteil nicht größer als der in der äußersten Oberflächenschicht enthaltene Anteil, so dass das starke Haftvermögen des Kolbenringkörpers und der Oberflächenbeschichtung wirksam erhalten wird und das Abschälen der Oberflächenbeschichtung vom Kolbenringkörper verhindert werden kann. Weiterhin kann die Abriebfestigkeit der Oberflächenbeschichtung durch die Abriebfestigkeitsfunktion der unteren Grundschicht erhalten werden, auch wenn die äußerste Oberflächenschicht durch den Abrieb verschwunden ist und die untere Grundschicht nach außen getreten ist.
Weil entsprechend der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt die die Oberflächenbeschichtung bildende äußerste Oberflächenschicht das hitzebeständige Harz umfasst, die Oberfläche des Kolbenrings mit der Schmierfähigkeit ausgestattet ist, und weiterhin die äußerste Oberflächenschicht auch das Metallpulver umfasst ist die auf der Kolbenringoberfläche gebildete Oberflächenbeschichtung mit der abriebbeständigen Funktion ausgestattet. Die untere Grundschicht ist mit der Haftfähigkeit ausgestattet und zwar durch das hitzebeständige Harz, welches in der unteren Grundschicht enthalten ist, welche die Oberflächenbeschichtung bildet, so dass der anfängliche Abrieb unterdrückt werden kann und die Abriebbeständigkeit für eine lange Zeit erhalten werden kann, um dadurch die Oberflächenbeschichtung vor Abschälen vom Kolbenringkörper zu bewahren, was vorteilhaft ist.
Das Wesen und weitere charakteristische Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit der folgenden Beschreibung mit Bezug zu den beiliegenden Figuren verständlicher gemacht.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den beiliegenden Figuren:
1 umfasst Ansichten, welche das Aluminium-Anhaftungsphänomen zeigen, wobei 1A eine partiell ausgeschnittene perspektivische Ansicht eines Kolbens ist, 1B eine vergrößerte teilweise perspektivische Ansicht ist, welche einen Kolbenring und eine Kolbenringnut zeigt, und 1C eine vergrößerte teilweise perspektivische Ansicht ist, welche eine Aluminiumanhaftung am Kolbenring zeigt;
2 umfasst 2A, 2B und 2C, welche Veränderungen der Oberflächensituationen von oberer und unterer Oberfläche der Kolbenringnut zeigt;
3 umfasst 3A, 3B und 3C, welche Schnittdarstellungen abbilden, die den Aluminiumanhaftungsmechanismus zeigen;
4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche den Anhaftungsteil von Aluminium zeigt;
5 umfasst 5A und 5B, welche Schnittansichten darstellen, die eine herkömmliche Harzbeschichtungsbehandlung zeigen;
6 ist eine Schnittansicht, die einen Kolbenring entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 umfasst 7A, welche eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereichs nahe der Oberflächenbeschichtung des Kolbenrings aus 6 zeigt und umfasst weiterhin 7A, welche eine vergrößerte Frontansicht der Oberfläche der äußersten Oberflächenschicht des Kolbenrings aus 6 zeigt;
8 ist ein Querschnitt, welcher einen Kolbenring entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 umfasst 9A, welche eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereichs nahe der Oberflächenbeschichtung des Kolbenrings aus 8 zeigt, 9B zeigt eine vergrößerte Frontansicht der Oberfläche der äußersten Oberflächenschicht des Kolbenrings aus 8, und 9C zeigt eine Oberfläche einer unteren Grundschicht (innersten Oberflächenschicht) des Kolbenrings aus 8; und
10 ist eine Ansicht, welche ein Hochtemperatur-Ventilsitz-Abriebtestgerät zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine erste Ausführungsform eines Kolbenrings gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun folgend mit Bezug zu 6 und 7 beschrieben.
Bezüglich 6 wird ein Kolbenring 60 der vorliegenden Erfindung mit einem Kolbenringkörper 61 und einer Oberflächenbeschichtung 62 vorgeschlagen, welche auf zumindest der oberen oder der unteren Oberfläche des Kolbenringkörpers 61 gebildet ist (beide Oberflächen in 6). Die Oberflächenbeschichtung 62 ist an einem Abschnitt angeordnet am weitesten entfernt vom Kolbenringkörper 61 an der leitenden Oberflächenseite und ist zusammengesetzt aus einer äußersten Oberflächenschicht 64, welche ein hitzebeständiges Harz 65 umfasst, und einem Metallpulver 67, welches im hitzebeständigen Harz 65 enthalten ist, und einer unteren Grundschicht (innerste) Schicht 63, welche am nahe gelegensten zum Kolbenringkörper 61 angeordnet ist und aus einem hitzebeständigen Harz 66 zusammengesetzt ist.
Der Kolbenringkörper 61 der vorliegenden Erfindung ist bezüglich seines Materials nicht besonders beschränkt und jedes Material kann benutzt werden. Zum Beispiel kann vorzugsweise Stahl (Stahlmaterial) benutzt werden, und als rostfreier Stahl kann SUS440, SUS410, SUS304 oder dergleichen, oder 8Cr Stahl, 10Cr Stahl, SWOSC-V oder SWRH Material benutzt werden.
Der Kolbenring kann benutzt werden als ein oberster Ring, funktionierend als so genannter Kompressionsring, sowie als zweiter Ring, und weiterhin entsprechend der vorliegenden Erfindung kann der Kolbenring einsetzbar sein als ein Ölring.
Die äußerste Oberflächenschicht 64 ist angeordnet zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit der Oberflächenbeschichtung 62 und zur Vermeidung des Aluminiumanhaltungsphänomens an den Kolbenring. Die äußerste Oberflächenschicht 64 ist zusammengesetzt aus dem hitzebeständigen Harz 65 und dem Metallpulver 67, welche im hitzebeständigen Harz 65 enthalten sind.
Das hitzebeständige Harz 65, welches die äußerste Oberflächenschicht 64 bildet, ist hauptsächlich für die Schmierfähigkeit (schmierende Eigenschaft) der Oberfläche des Kolbenrings vorgesehen. Andererseits ist das Metallpulver (Metallpulverpartikel) 67 für die Abriebbeständigkeitsfunktion der äußersten Oberflächenschicht 64 vorgesehen, welche die Oberflächenbeschichtung 62 bildet, um die Schmierfähigkeit des hitzebeständigen Harzes 65 für lange Zeit zu erhalten.
Das hitzebeständige Harz 65, welches die äußerste Oberflächenschicht 64 bildet, ist bezüglich seines Harzmaterials nicht beschränkt, solange wie es einer Umgebung (Temperatur) bei Benutzung des Kolbenrings 60 widerstehen kann, eine Schmierfähigkeit hat und das Metallpulver 67 festhalten kann. Insbesondere können Polyamidimid (PAI) oder Polyimid (PI) als bevorzugte Materialien aufgelistet werden.
Das Metallpulver 67 ist zu Zwecken der Abriebbeständigkeitsfunktion der Oberflächenbeschichtung 62 vorgesehen, welche derartiges Metallpulver 67 enthält. Das Metallpulver 67 ist bezüglich seines Materials nicht beschränkt, solange wie es die obigen Ziele erreicht.
Obwohl es für das Metallpulver 67 notwendig ist, das hitzebeständige Harz vor einer Abnutzung zu bewahren, sollte bei der vorliegenden Erfindung dennoch vermieden werden, dass das Metallpulver 67 die Kolbenringnut als ein Gegenmaterial angreift, und aus dieser Sicht kann es vorteilhaft sein, als Material für das Metallpulver 67 Kupfer-Gruppen(Cu)-Pulver, Nickel(Ni)-Pulver, Nickellegierungspulver, Blei-Gruppen(Pb)-Pulver, Zinn-Gruppen(Sn)-Pulver oder Silizium-Gruppen(Si)-Pulver zu benutzen.
Das Metallpulver 67 ist ebenfalls bezüglich seiner Form nicht beschränkt und es kann eine stabile Form einnehmen wie beispielsweise schuppenförmig, kugelförmig oder polygonal oder eine unbestimmte Form. Weil es erforderlich ist zu verhindern, dass das Metallpulver 67 die Kolbenringnut als Gegenmaterial angreift, ist aus dieser Sicht die polygonale Form dennoch nicht zu bevorzugen und Schuppenform, gezeigt in 7 oder nicht gezeigte Kugelform sollen bevorzugt werden. Durch Anwenden des schuppenförmigen oder kugelförmigen Metallpulvers und dessen Anordnung in der Dickenrichtung der Oberflächenschicht aus 7 kann die Kolbenringnut vor Beschädigung bewahrt werden.
In dem Fall in dem das Metallpulver 67 die Schuppenform oder Kugelform hat, ist deren Größe nicht besonders beschränkt, aber es ist vorteilhaft für das Metallpulver einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 bis 40 μm zu haben. Durch Festlegen des Durchmessers in diesem Bereich kann die Abbiegfestigkeitsfunktion der äußersten Oberflächenschicht 64 weiterhin verbessert werden. Weiterhin soll angemerkt werden, dass der Partikeldurchmesser des Metallpulvers 67 eine Länge „r” ist, gezeigt in 7B, was die Länge in longitudinaler Richtung der schuppenförmigen Stücke bezeichnet.
Bei der äußersten Oberflächenschicht 64, welche die Oberflächenbeschichtung 62 der vorliegenden Erfindung bildet, kann der Anteil des Metallpulvers 67 bezüglich des hitzebeständigen Harzes 65 auf einen Betrag von einer Ausdehnung gesetzt werden, dass das hitzebeständige Harz 65 die Schmierfähigkeit erreicht werden kann, und die Metallpulver 67 die Abriebfestigkeitsfunktion erreichen können. Insbesondere kann es wünschenswert sein den Anteil des Metallpulvers 67 auf 40 bis Massenprozent (%) zu setzen und noch bevorzugter auf 50 bis 60 Massen %. In diesem Fall von weniger als 40 Massen % des Metallpulvers 67 kann die Reduktion oder das Verschwinden der Oberflächenbeschichtung aufgrund von Abrieb nicht ausreichend verhindert werden, und andererseits im Fall von mehr als 80 Massen % ist die Flexibilität der Oberflächenbeschichtung vollständig vermindert, und es wird schwierig die Metallpulver 67 mit dem hitzebeständigen Harz 65 zu verbinden, was in eine Separation der Metallpulver 67 resultieren kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Flächenanteil (siehe 7B), welches durch die Metallpulver 67 belegt wird, in der äußersten Oberflächenschicht 64, welche den Kolbenring gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, in einem Bereich von 6 bis 74% liegt. Bei einem derartigen Flächenanteil des Metallpulvers 67 können das hitzebeständige Harz 65 und die Metallpulver 67 eine gute Balance halten und erzielen ihre vorteilhaften Wirkungen ausreichend.
Wie in 8 gezeigt ist es bevorzugt, dass das hitzebeständige Harz 65 ein selbstschmierendes Metall 68 in einer gleichmäßig verteilten Form umfasst. Es kann bevorzugt sein, dass ein derartig selbstschmierendes Metall 68 eines von Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder Graphit ist. Wie erwähnt kann durch Hinzufügen des selbstschmierenden Metalls 68 ein anfängliches Anlaufen der Aluminiumanhaftung vergrößert werden. Als einen besonderen Anteil ist es wünschenswert den Anteil des selbstschmierenden Metalls 68 auf zwei bis 10 Massen % zu setzen, oder noch bevorzugter auf 3 bis 5 Massen %. (In diesem Fall wenn der Anteil des Metallpulvers 67, welches aus dem vorbestimmten Material gebildet ist, 40 bis 80 Massen % ist, dann ist der Rest das hitzebeständige Harz 65). Durch Bilden der Oberflächenbeschichtung 62 umfassend die Metallpulver 67 aus dem vorbestimmten Material und dem selbstschmierenden Metall 68 auf der oberen und unteren Oberfläche des Kolbenrings kann die anfängliche Übereinstimmung mit dem aus Aluminium hergestellten Kolbenmaterial und der Abriebfestigkeitsfunktion verbessert werden. Im Ergebnis kann die Aluminiumanlagerung verhindert werden, und daher kann der Kolbenring mit verbesserter Haltbarkeit versehen werden.
Weiterhin kann zusätzlich zu den oben erwähnten als das selbstschmierende Metall 68 auch vorgeschlagen werden Wolframselenid, Molybdänselenid, Bornitrid oder Fluororesin (Polytetrafluoroeetylen, PTFE), welche im Wesentlichen die gleichen Wirkungen entfalten wie die oben erwähnten. Die untere Grundschicht (innerste Schicht) 63 wird angeordnet, damit die stramme Eigenschaft der äußersten Oberflächenschicht 64 mit dem Kolbenringkörper 61 verliehen werden kann, und um die Oberflächenbeschichtung 62 vom Abschälen vom Kolbenring zu bewahren.
Das hitzebeständige Harz 65, welches die untere Grundschicht 65 bildet, wird zum Verleihen der straffen Eigenschaft an die untere Grundschicht benutzt, und sobald die oben genannten Wirkungen erreicht sind ist eine Substanz eines hitzebeständigen Harzes 66, welches eine untere Grundschicht 63 bildet, nicht besonders beschränkt und ein konventionelles Material kann wahlweise benutzt werden. Insbesondere können Polyamidimid (PAZ) Harz oder Polyamid (PI) Harz aufgelistet werden. Weil die untere Grundschicht 63, welche aus diesem Harz gebildet ist, und der Kolbenringkörper 61 und die äußerste Oberflächenschicht 64 eine straffe Eigenschaft haben, wird die straffe Eigenschaft zwischen dem Kolbenringkörper 61 und der äußersten Oberflächenschicht 64 verbessert und das Abschälen der Oberflächenbeschichtung 62 vom Kolbenring kann verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist Herstellungsverfahren der Oberflächenbeschichtung 62 nicht besonders beschränkt, und beispielsweise kann ein Verfahren vorgeschlagen werden, bei welchem das hitzebeständige Harz 66 auf die Oberfläche des Kolbenringkörpers 61 beschichtet wird, durch ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Eintauchbeschichtungsverfahren oder ein elektrostatisches Druckverfahren um dadurch die untere Grundschicht 63 zu bilden, und dann wird das hitzebeständige Harz 65, welches die Metallpulver 67 enthält, auf die Oberfläche der unteren Grundschicht 63 beschichtet. Weiterhin kann die Oberflächenbeschichtung 62 in einem nachgeschalteten Prozess hitzefixiert werden, durch Erhitzen je nach Bedarf.
Wünschenswert ist es, dass die äußerste Oberflächenschicht 64, welche auf die beschriebene Weise gebildet wurde, eine Dicke von ungefähr 5,0 bis 11,0 μm hat, und die untere Grundschicht 63 eine Dicke von ungefähr 0,1 bis 2,0 μm hat.
Durch Bilden der äußersten Oberflächenschicht 64 und der unteren Grundschicht 63 mit oben beschriebener Dicke kann die straffe Eigenschaft der unteren Grundschicht 63 und dem Muttermaterial verbessert werden und die geeignete Abriebfestigkeitsfunktion der äußersten Oberflächenschicht 64 kann erhalten werden.
Wie oben bezüglich der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erwähnt kann die Abriebfestigkeitsfunktion der Oberflächenbeschichtung 62 durch die äußerste Oberflächenschicht 64 verbessert werden, um dadurch den Kolbenring vor Aluminiumanlagerung zu bewahren, und zusätzlich kann das Abschälen der Oberflächenbeschichtung 62 vom Kolbenring durch die untere Grundschicht 63 verhindert werden, weil die Oberflächenbeschichtung 62 die äußerste Oberflächenschicht 64 und die untere Grundschicht (innerste Oberflächenschicht) 63 umfasst.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu 8 und 9 beschrieben.
Bezüglich 8 und 9 ist die vorliegende Erfindung dieser zweiten Ausführungsform eine Erfindung, welche dadurch charakterisiert ist, dass der Anteil des in der unteren Grundschicht 63 enthaltenen Metallpulvers 67 kleiner ist als der des in der äußersten Oberflächenschicht 64 enthaltenen Metallpulvers 67. Weiterhin ist das hitzebeständige Harz 66, welches die äußerste Oberflächenschicht 64 und die untere Grundschicht 63 bildet, dasselbe wie das in 6 und 7 gezeigte, so dass doppelte Beschreibungen hier unterlassen werden.
Wenn das in der unteren Grundschicht 63 enthaltene Metallpulver 67 weniger wird, dann verschlechtert sich die Anhaftungsfunktion zwischen der unteren Grundschicht 63 und dem Kolbenringkörper 61 und entsprechend ist es wünschenswert, dass der Anteil des in der unteren Grundschicht 63 enthaltenen Metallpulvers 67 kleiner ist als der des in der äußersten Oberflächenschicht 64 enthaltenen Metallpulvers 67.
Wie oben erwähnt kann durch Reduktion des Anteils des Metallpulvers 67 der unteren Grundschicht 63 die enganliegende Wirkung zwischen dem Kolbenringkörper 61 und der unteren Grundschicht 63 und zwischen der äußersten Oberflächenschicht 64 und der unteren Grundschicht 63 verbessert werden durch die Wirkung des hitzebeständigen Harzes 66, welches die enganliegende Wirkung herbeiführt, und das Abschälen der Oberflächenbeschichtung 62 vom Kolbenring kann wirksam verhindert werden. Weiterhin kann durch Erhöhen des Anteils des Metallpulvers 67 in der äußersten Oberflächenschicht 64 die Abriebbeständigkeitsfunktion der Oberflächenbeschichtung 62 erhalten werden. Zusätzlich kann die untere Grundschicht 63 selbst die Abriebbeständigkeit bieten, durch das in der unteren Grundschicht 64 enthaltene Metallpulver 67, auch wenn die äußerste Oberflächenschicht 64 durch den Abrieb verschwunden ist kann eine konstante Abriebfestigkeitsfunktion im Vergleich zu einer unteren Grundschicht 63 ohne Metallpulver erlangt werden.
Als Metallpulver 67, welches im hitzebeständigen Harz 66 enthalten ist, das die untere Grundschicht 63 bildet, sowie für das Metallpulver 67, was in der äußersten Oberflächenschicht 64 enthalten ist, können aufgelistet werden Kupfer(Cu)-Gruppen-Pulver, Nickel(Ni)-Pulver, Nickellegierungspulver, Blei(Pb)-Gruppen-Pulver, Zinn(Sn)-Gruppen-Pulver und Silizium(Si)-Gruppen-Pulver und die Form und der Oberflächen-Inhalt des Metallpulvers 67 entspricht denen, die bezüglich 6 und 7 erwähnt sind.
In der unteren Grundschicht 63, welche die Oberflächenbeschichtung 62 der vorliegenden Erfindung bildet, kann der Anteil des Metallpulvers 67 bezüglich des hitzebeständigen Harzes 66 vorzugsweise in einem Verhältnis festgesetzt werden zum Erreichen der Anhaftungsfunktion des hitzebeständigen Harzes 66 am Kolbenringkörper 61 und der äußersten Oberflächenschicht 64 und ebenfalls zum Erreichen der Abriebfestigkeitsfunktion des Metallpulvers 67. Dennoch ist es für die untere Grundschicht notwendig an den Kolbenringkörper und die äußerste Schicht angefügt zu sein und in Anbetracht dieser Tatsache ist bevorzugt, dass der Anteil des Metallpulver 67 der unteren Grundschicht 63 kleiner ist als der des Metallpulvers 67 der äußersten Oberflächenschicht 64 und noch bevorzugter ist es, dass der Anteil des Metallpulvers 67, enthalten in der unteren Grundschicht 63, kleiner als 40 Massen % der gesamten unteren Grundschicht 63 ist. Im Falle von mehr als 40 Massen % ist der Anteil der Harzkomponente in der unteren Grundschicht 63 reduziert, und entsprechend ist die enganliegende Wirkung der unteren Grundschicht 63 verschlechtert, was in weniger leistungsfähige Verhinderung des Abschälens der Oberflächenbeschichtung 62 vom Kolbenring resultiert, und in einem bestimmten Fall kann die Oberflächenbeschichtung 62 davon abschälen.
Weiterhin wird bevorzugt, dass das in 8 oder 9 gezeigte selbstschmierende Metall 68 im hitzebeständigen Harz enthalten ist, was die untere Grundschicht 63 bildet und zwar in einer gleichmäßig verteilten Form. Als derartiges selbstschmierendes Metall können Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder Graphit gewählt werden, genauso wie für das in der äußersten Oberflächenschicht 64 wie oben erwähnt enthaltene selbstschmierende Metall 68. Durch Hinzufügen des selbstschmierenden Metalls 68 kann das anfängliche Anlaufen der Aluminiumanhaftung verbessert werden.
Um das selbstschmierende Metall 68 der unteren Grundschicht 63 vor Abscheiden in den Kolbenringkörper 61 zu bewahren und die enganliegende Wirkung der unteren Grundschicht 63 vor Lockerung zu bewahren ist es wünschenswert den Anteil des selbstschmierenden Metalls 68 kleiner zu machen als den Anteil des selbstschmierenden Metalls 68 der äußersten Oberflächenschicht 64, und noch vorteilhafter den Anteil des selbstschmierenden Metalls 68 bezüglich der gesamten unteren Grundschicht 63 kleiner als 5 Massen % zu machen. (In diesem Fall wenn der Anteil des Metallpulvers 67 aus dem vorbestimmten Material kleiner ist als 40 Massen %, dann ist der verbleibende Teil hitzebeständiges Harz 66.) In diesem Fall eines Anteils von mehr als 5 Massen % des selbstschmierenden Metalls kann die anfängliche Formanpassungsfähigkeit an das aus Aluminiummaterial gebildete Kolbenmaterial und die Abriebbeständigkeitsfunktion verbessert werden, aber die enganliegende Wirkung der unteren Grundschicht könnte verschlechtert werden.
Wie oben erwähnt kann durch die Bildung der unteren Grundschicht 63, welche das selbstschmierende Metall 68 zusätzlich zum aus dem vorbestimmten Material gebildete Metallpulver 67, an sowohl der oberen als auch unteren Oberfläche des Kolbenrings, auch in dem Fall wenn die äußerste Oberflächenschicht verschwunden ist, die anfängliche Formanpassungsfähigkeit des aus Aluminiummaterial gebildeten Kolbenmaterials und die Abriebbeständigkeitsfunktion angemessen gehalten werden und zusätzlich kann durch den Bestandteil des Metallpulvers 67 und des selbstschmierenden Metalls 68 in der unteren Grundschicht 63 in einer Länge kleiner als der in der äußeren Oberflächenschicht 64 enthaltenen Anteil des hitzebeständigen Harzes 66 zum Erwirken der enganliegenden Funktion erhalten werden. Im Ergebnis wird es möglich einen Kolbenring zu erhalten, welcher die Aluminiumadhäsion abwendet, eine exzellente Haltbarkeit verleiht und die Oberflächenbeschichtung 62 vor dem Abschälen bewahrt.
Weiterhin kann als selbstschmierendes Metall zusätzlich zu den oben genannten Materialien Wolframselenid, Molybdänselenid, Bornitrid, Fluororesin (Polytetrafluoroethylen, PTFE) oder dergleichen verwendet werden, und durch Benutzung derartiger Materialien können im Wesentlichen die gleichen Wirkungen erreicht werden.
Aus dem Grund, dass die enganliegende Funktion verschlechtert wird wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Metallpulvers 67 und das in der unteren Grundschicht 63 enthaltene selbstschmierende Metall 68 groß wird ist bevorzugt, dass dieser durchschnittliche Partikeldurchmesser kleiner ist als der des Metallpulvers 67 und des selbstschmierenden Metalls 68 in der äußersten Oberflächenschicht 64. In diesem Fall, in dem der durchschnittliche Partikeldurchmesser größer ist als 5 μm, ist die enganliegende Funktion der unteren Grundschicht extrem verschlechtert, so dass es wünschenswert ist, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Metallpulvers 67 und des selbstschmierenden Metalls 68, welches in der unteren Grundschicht 63 enthalten ist, kleiner ist als 5 μm. Durch Verkleinern des durchschnittlichen Partikeldurchmessers auf unter 5 μm kann die enganliegende Funktion der unteren Grundschicht wie oben erwähnt verbessert werden und die enganliegende Funktion des Kolbenringkörpers 61 an der Oberflächenbeschichtung 62 kann weiterhin verbessert werden.
Wie erwähnt kann gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine konstante Wirkung erzielt werden bezüglich der Abriebfestigkeitsfunktion der unteren Grundschicht 63, und zwar dadurch, dass das Metallpulver 67 in der unteren Grundschicht 63 enthalten ist und auch in einer Situation wenn die äußerste Oberflächenschicht 64 verschwunden ist kann die Abriebfestigkeitsfunktion der Oberflächenbeschichtung 62 wirkungsvoll erhalten werden.
Zusätzlich kann durch Wählen des Anteils des Metallpulvers 67 in der unteren Grundschicht 63 kleiner als der in der äußersten Oberflächenschicht 64 enthaltene, die enganliegende Funktion der unteren Grundschicht 63 erhalten werden, und die Oberflächenschicht 62 kann vor Abschälen vom Kolbenring bewahrt werden.
Weiterhin kann die enganliegende Funktion der unteren Grundschicht 63 und die Abriebfestigkeitsfunktion der äußersten Oberflächenschicht 64 weiterhin verbessert werden durch Wählen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers des Metallpulvers 67 und des selbstschmierenden Metalls 68, welches in der unteren Grundschicht 63 enthalten ist, kleiner als das in der äußersten Oberflächenschicht 64 enthaltene.
Der Kolbenring der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den bevorzugten Beispielen genauer erwähnt.
Nun folgend werden die Beispiele 1 bis 29 entsprechend der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsbeispiele 1 bis 6 beschrieben.
Ein Element entsprechend dem Kolbenringkörper wurde durch Benutzung eines Materials entsprechend JIS SWOSC-V erstellt. Der Kolbenring hat die folgenden Dimensionen im äußeren Durchmesser: 71 mm, Breite im Ringdurchmesserrichtung (a1): 2,55 mm, Breite in Ringachsenrichtung (h1): 1,2 mm und das JIS SWOSC-V Material hat eine Zusammensetzung von C: 0,55 Massen %, Si: 1,4 Massen %, Mn: 0,6 Massen %, P: 0,02 Massen %, S: 0,02 Massen %, Cr: 0,65 Massen %, Cu: 0,08 Massen % und der Rest: F und unvermeidbare Unreinheiten.
Kupfer(Cu)-System-Pulver als Metallpulver und Molybdändisulfid als selbstschmierendes Metall ist im Polyamidimid-Harz als hitzebeständiges Harz enthalten und dieses Material wurde auf die obere und untere Oberfläche des oben erwähnten Elements gesprüht, um eine untere Grundschicht mit einer Dicke von 2,0 μm zu bilden. Dann wurde eine äußerste Oberflächenschicht auf der unteren Grundschicht durch Aufsprühen desselben Materials als das zur Bildung der unteren Grundschicht benutzte aufgesprüht, um eine Dicke von 8,0 μm zu erhalten. Weiterhin sind der durchschnittliche Korndurchmesser des Metallpulvers und die Anteile des Metallpulvers und des selbstschmierenden Metalls bezüglich der gesamten unteren Grundschicht und der äußersten Oberflächenschicht in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Ein Vergleichsbeispiel umfasst keine Kupfergruppenpulver und ist aus einer äußersten Oberflächenschicht zusammengesetzt, welche durch Beimengung von Molybdändisulfid (2 Massen %) zu Polyamidimidharz vorbereitet wurde, sowie einer unteren Grundschicht, welche durch Beimengung von Kupfergruppenpulver (20 Massen %) und Molybdändisulfid (2 Massen %) zu Polyamidimidharz vorbereitet wurde. Die derart vorbereitete äußerste Oberflächenschicht und die untere Grundschicht wurden als Teststücke für Abriebtests mit Gleiten benutzt, und nach dem Abriebtest mit Gleiten wurden Abriebbeträge der jeweiligen Teststücke mit Kolbenmaterial-Abriebbetrag und Kolbenringmaterial-Abriebbetrag berechnet und beide auf 100 bezogen.
Die derart gebildeten Kolbenring-Teststücke wurden als Beispiele 1 bis 29 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wie in Tabelle 1 gezeigt hergestellt.
Mit allen Teststücken der Beispiele 1 bis 29 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wurden Abriebtests mit Gleiten durchgeführt.
[Abriebtest mit Gleiten]
Dieser Test wurde durchgeführt durch Benutzung eines Hochtemperatur-Ventilsitz-Abriebtestgeräts 101, welches in 10 gezeigt ist, mit Hub-Testbedingungen: 4 mm; Wiederholgeschwindigkeit: 500/min.; Ring-Drehzahl: 3 rpm; Testdauer: 7 Stunden; Kolbentemperatur: ungefähr 250°C und Material des Kolbens: Aluminiumlegierung (AC8A).
Der Abriebtest mit Gleiten ist ein Test der durchgeführt wird durch Befestigen eines Kolbenmaterials 103 relativ zur Testmaschine 101 auf eine in Axialrichtung davon unbewegliche Weise, sowie durch Befestigen eines Kolbenringteststücks 102 konzentrisch mit dem Kolbenmaterial 103 und Hin- und Herbewegen eines gusseisernen Rundstabs 105, welcher an einer inneren Oberflächenseite des Kolbenringteststücks 102 in axialer Richtung vorgesehen ist, und dann wird das Kolbenmaterial 103 während Rotieren des Kolbenringteststücks 102 geschlagen. Die Testmaschine 101 ist mit einer Heizung 104 zum Beheizen eines zu testenden Materials versehen und eine Hochtemperatursituation zu einem Brennzyklus in einem Motor kann realisiert werden ohne Treibstoff zu verbrennen, und Veränderungen der Situationen des Kolbenmaterials können beobachtet werden.
Entsprechend des oben genannten Abriebtests mit Gleiten werden der Abriebbetrag auf der Kolbenseite und der Abriebbetrag auf der Kolbenringseite evaluiert. Weiterhin wird der Abriebbetrag durch Messen der Höhendifferenz ermittelt, und zwar durch Benutzen eines Oberflächen-Rauigkeit-Messgerätes. Während der Messung werden die entsprechenden Abriebbeträge durch Setzen des Abriebbetrags des Vergleichsbeispiels auf ”100” berechnet, und falls sowohl der Kolbenmaterial-Abriebbetrag als auch der Kolbenringmaterial-Abriebbetrag kleiner sind als „90” wurde die Evaluation mit „☐” bezeichnet, und falls die obigen Abriebbeträge beide nicht kleiner sind als 95 bis 90 wurde die Evaluation mit „O” bezeichnet und falls die obigen Abriebbeträge beide nicht kleiner sind als 95 wurde die Evaluation mit „X” bezeichnet.

Diese Evaluationsergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

		Metallpulver		Selbstschmierendes Metall	Abriebtest mit Gleiten
		Kupfer System Pulver Anteil (Massen %)	durchschnittlicher Partikeldurchmesser (μm )	MoS₂ Anteil (Massen %)	Testergebnis		Gesamt beurteilung
					Kolbenmaterial Abriebverhältnis	Kolbenringmaterial Abriebverhältnis
Beispiel 1	Untere Grundschicht	0	-	2	82	94	o
	Äusserste Oberflächenschicht	20	10	2
Beispiel 2	Untere Grundschicht	0	-	5	80	93	o
	Äusserste Oberflächenschicht	20	10	10
Beispiel 3	Untere Grundschicht	0	-	2	59	94	o
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	2
Beispiel 4	Untere Grundschicht	5	3	2	62	75	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	2
Beispiel 5	Untere Grundschicht	0	-	2	79	72	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	2
Beispiel 6	Untere Grundschicht	5	10	2	61	89	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	2
Beispiel 7	Untere Grundschicht	5	10	2	81	69	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	2
Beispiel 8	Untere Grundschicht	20	5	2	78	92	o
	Äusserste Oberflächenschicht	30	10	2
Beispiel 9	Untere Grundschicht	20	5	5	79	92	o
	Äusserste Oberflächenschicht	30	10	10
Beispiel 10	Untere Grundschicht	40	10	2	84	67	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	50	10	2
Beispiel 11	Untere Grundschicht	40	10	2	94	52	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	2
Beispiel 12	Untere Grundschicht	0	-	5	59	91	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	10
Beispiel 13	Untere Grundschicht	0	-	5	79	71	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 14	Untere Grundschicht	5	10	5	62	88	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	0	10	10
Beispiel 15	Untere Grundschicht	5	10	5	82	68	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 16	Untere Grundschicht	40	10	5	84	66	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	50	10	10
Beispiel 17	Untere Grundschicht	40	10	5	89	51	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	0	10	10
Beispiel 18	Untere Grundschicht	0	-	5	59	91	o
	Äusserste Oberflächenschicht	0	10	10
Beispiel 19	Untere Grundschicht	0	-	5	79	71	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 20	Untere Grundschicht	5	3	5	62	88	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	10
Beispiel 21	Untere Grundschicht	5	3	5	82	68	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 22	Untere Grundschicht	40	3	5	84	66	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	50	10	10
Beispiel 23	Untere Grundschicht	40	3	5	89	51	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 24	Untere Grundschicht	0	-	5	59	91	o
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	10
Beispiel 25	Untere Grundschicht	0	-	5	79	71	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 26	Untere Grundschicht	5	3	5	62	88	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	10
Beispiel 27	Untere Grundschicht	5	3	5	82	68	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Beispiel 28	Untere Grundschicht	40	3	5	84	66	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	50	10	10
Beispiel 29	Untere Grundschicht	40	3	5	90	51	☐
	Äusserste Oberflächenschicht	80	10	10
Vergleichs Beispiel 1	Untere Grundschicht	20	3	2	100	100	x
	Äusserste Oberflächenschicht	0	-	2
Vergleichs Beispiel 2	Untere Grundschicht	20	10	5	89	97	x
	Äusserste Oberflächenschicht	0	-	10
Vergleichs Beispiel 3	Untere Grundschicht	40	3	5	57	97	x
	Äusserste Oberflächenschicht	0	-	10
Vergleichs Beispiel 4	Untere Grundschicht	40	3	5	69	95	x
	Äusserste Oberflächenschicht	20	10	10
Vergleichs Beispiel 5	Untere Grundschicht	60	3	5	79	95	x
	Äusserste Oberflächenschicht	20	10	10
Vergleichs Beispiel 6	Untere Grundschicht	60	3	5	95	95	x
	Äusserste Oberflächenschicht	40	10	10

Im Vergleich der Beispiele 1 bis 5 mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, beide in Tabelle 1 gezeigt, soll bekräftigt werden, dass die Beispiele der vorliegenden Erfindung, bei welchen die äußerste Oberflächenschicht das Metallpulver enthält, exzellente Abriebfestigkeitsfunktion aufweist und weiterhin im Vergleich der Beispiele 6 bis 29 mit den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 die Beispiele der vorliegenden Erfindung, in welchen der Anteil des Metallpulvers, welcher in der unteren Grundschicht enthalten ist, kleiner ist als der in der äußersten Oberflächenschicht enthaltene, die exzellente Abriebfestigkeitsfunktion aufwiesen. Diese Tatsache wird aus den Werten für die Abriebbetragsverhältnisse des Kolbenmaterials und des Kolbenringmaterials augenscheinlich.
Weiterhin soll angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und viele andere Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können ohne vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Kolbenring umfassend einen Kolbenringkörper (61) und eine Oberflächenbeschichtung (62), welche auf zumindest der oberen oder der unteren Oberfläche (2, 3) des Kolbenringkörpers (61) gebildet ist, wobei die Oberflächenbeschichtung (62) eine äußerste Oberflächenschicht (64) aufweist umfassend ein hitzebeständiges Harz (65) und ein im hitzebeständigen Harz (65) enthaltenes Metallpulver (67), sowie eine untere Grundschicht (63), welche nahe am Kolbenringkörper (61) gebildet ist und ein hitzebeständiges Harz (66) und das im hitzebeständigen Harz (66) enthaltene Metallpulver (67) umfasst, wobei die untere Grundschicht (63) einen Metallpulveranteil nicht größer als in der äußersten Oberflächenschicht (64) aufweist.
Kolbenring nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver (67) ein Pulver ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Kupfer-System-Pulver, Nickel-Pulver, Nickel-Legierungs-Pulver, Blei-System-Pulver, Zinn-System-Pulver oder Silizium-System-Pulver.
Kolbenring nach Anspruch 1, wobei die hitzebeständigen Harze (65, 66), welche die untere Grundschicht (63) und die äußerste Oberflächenschicht (64) bilden, weiterhin ein selbstschmierendes Metall (68) umfassen.
Kolbenring nach Anspruch 3, wobei das selbstschmierende Metall (68) eines von entweder Molybdän-Disulfid, Wolfram-Disulfid oder Graphit ist.
Kolbenring nach Anspruch 3, wobei der Anteil des in der unteren Grundschicht (63) enthaltenen Metallpulvers (67) nicht größer als 40 Massenprozent ist, und der Anteil des in der unteren Grundschicht (63) enthaltenen selbstschmierenden Metalls (68) nicht größer als 5 Massenprozent ist, und wobei der Anteil des in der äußersten Oberflächenschicht (64) enthaltenen Metallpulvers (67) 40 bis 80 Massenprozent ist, und der Anteil des in der äußersten Oberflächenschicht (64) enthaltenen selbstschmierenden Metalls (68) 2 bis 10 Massenprozent ist.
Kolbenring nach Anspruch 3, wobei jedes der Metallpulver (67) und das in der unteren Grundschicht enthaltene selbstschmierende Metall (68) einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 5 μm hat, und jedes der Metallpulver (67) und das in der äußersten Oberflächenschicht enthaltene selbstschmierende Metall (68) einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 μm bis 40 μm hat.
Kolbenring nach Anspruch 1, wobei das hitzebeständige Harz (65, 66) Polyamidimid-Harz oder Polyimid-Harz ist.