DE102011015155B4

DE102011015155B4 - Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings

Info

Publication number: DE102011015155B4
Application number: DE201110015155
Authority: DE
Inventors: Dirk Bärenreuter
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2011-03-26
Filing date: 2011-03-26
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-03-27
Also published as: WO2012130195A2; DE102011015155A1; WO2012130195A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings (1'), indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper (1) durch mechanische Bearbeitung mit mindestens zwei, Laufflächenbereiche bildende, Stegen (2) versehen wird, dergestalt, dass der jeweilige Steg (2) einerseits einen konischen Abschnitt (3) und andererseits einen radial vorstehenden höckerartigen Ansatz (4) aufweist, zumindest auf die Laufflächenbereiche mindestens eine PVD-Schicht (8) aufgebracht wird und der höckerartige Ansatz (4) anschließend radial bis auf das Material des Grundkörpers (1) abgetragen wird, bis sich zwischen dem jeweiligen Laufflächenbereich und einer der Kolbenringflanken (6), respektive einem Übergangsbereich (7), eine scharfe Kante (9) einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings, einsetzbar in Brennkraftmaschinen.
Die EP 1 409 896 B1 betrifft einen Ölabstreifkolbenring sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Der Ölabstreifring beinhaltet mindestens einen, mit einem verschleißfesten Überzug versehenen Laufsteg, wobei vor dem Aufbringen des verschleißfesten Überzugs laufflächenseitig ein Profil erzeugt wird, das im die äußere Umfangsfläche und zugleich Lauffläche des Laufstegs bildenden konischen Bereich eine aus dieser konischen Ringebene radial nach außen hervorstehende, radiale Erhebung aufweist, wobei zumindest dieses Profil mit dem verschleißfesten Überzug versehen wird. Zur Einstellung eines über den Ringumfang im Wesentlichen gleichmäßigen Laufflächenprofils wird, zumindest im Bereich der radialen Erhebung, ein vorgebbarer Materialabtrag des Überzugs vorgenommen. Zumindest der Bereich des Laufstegs soll hierbei verchromt werden.
Durch die DE 103 59 802 B3 ist ein Kolbenring sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bekannt geworden. Der Kolbenring beinhaltet eine, mit einem Laufflächenprofil versehene Lauffläche sowie eine obere und eine untere Flankenfläche, wobei zumindest die Lauffläche mit einer Aufdampfschicht versehen ist, dergestalt, dass ein Teilbereich der Lauffläche mit einer entfernbaren Abdeckung versehen ist, so dass nach Erzeugung der Aufdampfschicht und Entfernung der Abdeckung eine im Wesentlichen scharfkantige Laufkante zwischen der Lauffläche und zumindest einer der Flankenflächen gegeben ist. Die Aufdampfschicht wird durch eine PVD- oder CVD-Schicht in Stärken zwischen 5 und 70 μm gebildet.
Der Erfindungsgegenstand geht aus von einem Kolbenring, wie er in der EP 1 409 896 B1 beschrieben ist. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die sich im Stegbereich jeweils einstellende Abstreifkante nicht ideal scharf, vielmehr mit einem, wenn auch sehr geringen Radius versehen ist. Durch diese Maßnahme kann noch keine optimale Abstreifung des Öls, beispielsweise von einer radial gegenüberliegenden Zylinderwand, herbeigeführt werden.
PVD-Schichten, wie sie beispielsweise in der DE 103 59 802 beschrieben werden, sind mit dem Mangel behaftet, dass der Verbund zwischen der PVD-Schicht und dem Kolbenring-Grundwerkstoff unter sehr hohen Spannungen steht und mechanische Bearbeitungen dieser sehr harten Schicht vielfach zu Kantenabplatzern führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings bereitzustellen, mittels welchem eine weitere nicht unerhebliche Reduzierung des Ölverbrauchs, insbesondere einer Brennkraftmaschine, herbeigeführt werden kann. Darüber hinaus soll ein Ölabstreifkolbenring vorgestellt werden, bei welchem eine profilierte Lauffläche mit mindestens einer PVD-Schicht versehen ist, die nach erfolgter Bearbeitung keine Abplatzungen aufweist.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper durch mechanische Bearbeitung mit mindestens zwei, Laufflächenbereiche bildende, Stegen versehen wird, dergestalt, dass der jeweilige Steg einerseits einen konischen Abschnitt und andererseits einen radial vorstehenden höckerartigen Ansatz aufweist, zumindest auf die Laufflächenbereiche mindestens eine PVD-Schicht aufgebracht wird und der höckerartige Ansatz anschließend radial bis auf das Material des Grundkörpers abgetragen wird, bis sich zwischen dem jeweiligen Laufflächenbereich und einer der Kolbenringflanken, respektive einem Übergangsbereich, eine scharfe Kante einstellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Ebenfalls vorgeschlagen wird ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Ölabstreifkolbenring, der zwei laufflächenseitig vorgesehene Stege, eine innere Umfangsfläche, eine obere und eine untere Flanke, sowie bedarfsweise einen Übergangsbereich zwischen einem Steg und einer zugehörigen Flanke aufweist.
Stegseitig ist ein mit der PVD-Schicht versehener konisch verlaufender Abschnitt sowie ein axial daneben angeordneter PVD-Schicht freier höckerartiger Ansatz vorgesehen, wobei zwischen der Mantelfläche des Ansatzes und einem sich radial nach innen erstreckenden Übergangsbereich, respektive einer zugehörigen Flanke, eine scharfe Kante gebildet ist.
Vorteilhafterweise wird der höckerförmige Ansatz bis auf das Material, insbesondere das Gusseisenmaterial, des Grundkörpers abgetragen. Damit ist der Vorteil verbunden, dass das wesentlich weichere Gusseisen so bearbeitet werden kann, dass die gewollte scharfe Kante zwischen dem Laufflächensteg und einem Übergangsbereich oder aber einer der Kolbenringflanken entsteht.
Das Abtragen zumindest der PVD-Schicht des höckerförmigen Ansatzes wird vorteilhafterweise durch Schleifen oder Läppen, insbesondere Rundläppen mit Diamant, herbeigeführt.
Diese vom Stand der Technik abweichende Bearbeitungsform macht es nun möglich, zumindest auf die Laufflächenbereiche, respektive auf die peripheren Randbereiche des jeweiligen Stegs, mindestens eine PVD-Schicht aufzubringen, ohne dass selbige aufgrund ihrer hohen Eigenspannungen abplatzen kann.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Teildarstellung eines mit einem Profil versehenen Ölabstreifkolbenring-Grundkörpers;
2 Teildarstellung des Kolbenringgrundkörpers gemäß 1, jedoch mit einer Laufflächenschicht versehen;
3 Prinzipskizze eines fertig bearbeiteten Ölabstreifkolbenrings.
1 zeigt als Teildarstellung einen Grundkörper 1 für einen in 3 abgebildeten Ölabstreifkolbenring 1'. Dargestellt ist lediglich ein Teilbereich des Grundkörpers 1, wobei die andere Hälfte spiegelsymetrisch zur Darstellung vorzusehen ist. Der Grundkörper 1 soll in diesem Beispiel aus Gusseisen bestehen. Beispielsweise durch Profil Schleifen oder eine Drehbearbeitung kann ein Laufflächensteg 2 am Grundkörper 1 angeformt werden, der einerseits einen unter einem Winkel α konisch verlaufenden Abschnitt 3 und einen axial daneben angeordneten höckerartig ausgebildeten Ansatz 4 vorgebbarer Höhe h aufweist. Die äußere Mantelfläche 5 ist in diesem Beispiel ebenfalls leicht konisch ausgebildet, was jedoch lediglich eine Ausführungsform darstellt. Zwischen der Mantelfläche 5 und einer Flanke 6 des Grundkörpers 1 erstreckt sich in diesem Beispiel ein Übergangsbereich 7.
2 zeigt den Grundkörper 1 gemäß 1. Auf den jeweiligen Laufflächensteg 2 wurde eine verschleißfeste PVD-Schicht 8 aufgebracht, die sich einerseits auf dem konischen Abschnitt 3, auf der Mantelfläche 5 und andererseits zumindest teilweise auf dem Übergangsbereich 7 abgeschieden hat.
3 zeigt als Prinzipskizze einen Schnitt durch einen fertigen Ölabstreifkolbenring 1', beinhaltend zwei Stege 2. Erkennbar ist der jeweils konisch verlaufende Abschnitt 3 sowie der jeweilige höckerartige Ansatz 4. Der Grundkörper 1 gemäß 2 wurde beispielsweise durch Rundläppen mit Diamant so weit abgetragen, dass die in 2 erkennbare PVD-Schicht nicht mehr gegeben ist. Die Schicht 8 ist somit ausschließlich im konisch verlaufenden Abschnitt 3 des jeweiligen Stegs 2 vorhanden. Da Gusseisen weicher ist als eine PVD-Schicht, kann am jeweiligen Steg 2 eine extrem scharfe Kante 9 in Folge des mechanischen Bearbeitungsvorgangs herbeigeführt werden. Die jeweilige Kante 9 verläuft somit von der Mantelfläche 5 des jeweiligen höckerartigen Ansatzes 4 in den Übergangsbereich 7 des jeweiligen Stegs 2. Ist ein Übergangsbereich ausführungsbedingt nicht notwendig, ist die scharfe Kante 9 unmittelbar im Übergangsbereich der Mantelfläche 5 in die zugehörige Flanke 6 gegeben. Im Übergangsbereich 7 noch gegebene Schichtanteile stören hierbei die Scharfkantigkeit der jeweiligen Kante 9 nicht.
Im Einbauzustand des Ölabstreifkolbenrings 1' weist die Flanke 6 zu einem nicht weiter dargestellten Zylinderkurbelgehäuse, während die gegenüber liegende Flanke 6' zu einem ebenfalls nicht dargestellten Brennraum gerichtet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings (1'), indem ein, insbesondere aus Gusseisen bestehender, Grundkörper (1) durch mechanische Bearbeitung mit mindestens zwei, Laufflächenbereiche bildende, Stegen (2) versehen wird, dergestalt, dass der jeweilige Steg (2) einerseits einen konischen Abschnitt (3) und andererseits einen radial vorstehenden höckerartigen Ansatz (4) aufweist, zumindest auf die Laufflächenbereiche mindestens eine PVD-Schicht (8) aufgebracht wird und der höckerartige Ansatz (4) anschließend radial bis auf das Material des Grundkörpers (1) abgetragen wird, bis sich zwischen dem jeweiligen Laufflächenbereich und einer der Kolbenringflanken (6), respektive einem Übergangsbereich (7), eine scharfe Kante (9) einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen des höckerartigen Ansatzes (4) durch Schleifen oder Läppen, insbesondere Rundläppen mit Diamant, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf die Laufflächenbereiche eine Mehrlagen-PVD-Deckschicht (8) aufgebracht wird.
Ölabstreifkolbenring, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.
Ölabstreifkolbenring nach Anspruch 4, beinhaltend zwei laufflächenseitig vorgesehene Stege (2), eine innere Umfangsfläche, eine obere und eine untere Flanke (6, 6') sowie gegebenenfalls Übergangsbereiche (7) vom jeweiligen Steg (2) in die zugehörige Flanke (6), dadurch gekennzeichnet, dass stegseitig ein mit der PVD-Schicht (8) versehener konisch verlaufender Abschnitt (3) sowie ein axial daneben angeordneter beschichtungsfreier höckerartiger Ansatz (4) vorgesehen ist, wobei zwischen der Mantelfläche (5) des jeweiligen Ansatzes und einem sich radial nach innen erstreckenden Übergangsbereich (7), respektive einer zugehörigen Flanke (6), eine scharfe Kante (9) gebildet ist.
Ölabstreifkolbenring nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke (6) im Einbauzustand des Kolbenrings (1') in Richtung eines Zylinderkurbelgehäuses weist.