DE102013010749B3

DE102013010749B3 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit reduziertem Stoßdruck, sowie Kolbenring mit reduziertem Stoßdruck

Info

Publication number: DE102013010749B3
Application number: DE102013010749.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schulte-Sasse
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: WO2014206386A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit reduziertem Stoßdruck, indem ein im Querschnitt rechteckiger Grundkörper im Bereich sämtlicher seiner äußeren Flächen einem Nitriervorgang unterzogen wird und anschließend im Bereich der inneren Umfangsfläche des Grundkörpers mindestens eine Querschnittsstörung herbeigeführt wird, dergestalt, dass die jeweilige Querschnittsstörung keine Nitrierschicht aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit reduziertem Stoßdruck.
Die WO 2007/025533 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für Verbrennungsmotoren mit folgenden Verfahrensschritten:

– Bearbeiten eines Metallbands, so dass es mindestens eine abgeschrägte Fläche erhält, die mindestens einen Teil einer Ringflanke des herzustellenden Kolbenrings darstellt,
– Bilden eines Kolbenrings aus dem so bearbeiteten Metallband, dessen Oberfläche eine innere und eine äußere Umfangsfläche sowie eine obere und eine untere Ringflanke bildet,
– Härten der Oberfläche des Kolbenrings.

Zum Härten der Oberfläche des Kolbenrings wird ein Nitrier- oder ein Chromnitrierverfahren eingesetzt.
Der DE 10 2010 046 551 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines, mit einem Stoß versehenen Kolbenrings zu entnehmen, indem ein ringförmiger metallischer Grundkörper zumindest im Bereich seiner äußeren Umfangsfläche mit mindestens einer harten Schicht versehen wird, wobei im Anschluss an diese Beschichtung die innere Umfangsfläche des Kolbenrings zumindest partiell in wandstärkenreduzierender Weise durch Materialabtrag bearbeitet wird. Die innere Umfangsfläche des Kolbenrings kann hierbei mit einer Nitrierschicht versehen werden, die im Anschluss an die Beschichtung der äußeren Umfangsfläche des Kolbenrings dem Materialabtrag unterzogen wird.
Durch die DE 100 41 802 C1 ist ein mit einem Stoßbereich versehener Kompressionskolbenring bekannt geworden, der am Ringumfang Querschnittsschwächungen aufweist, wobei der Ringumfang des Kompressionskolbenrings in vier Quadranten aufgeteilt ist. Bei Positionierung der einen Stoßkante im ersten und der anderen Stoßkante im vierten der gedachten Quadranten ist die jeweilige Querschnittsschwächung ausschließlich im ersten und vierten Quadranten beiderseits des Stoßes, und zwar im stoßnahen Umfangsbereich, über die gesamte Ringhöhe vorgesehen, wobei im Stoßbereich wieder die gleiche radiale Wandstärke wie im Bereich des Ringrückens gegeben ist.
Kolbenringe, die mit einer Nitrierschicht versehen werden, neigen dazu, die Umfangslänge des jeweiligen Kolbenrings zu vergrößern. Im Einbauzustand dieser Kolbenringe findet durch diese Längenänderung eine Erhöhung des Stoßdrucks im motorischen Betrieb statt. Durch diese unerwünschte Begleiterscheinung wird der Verschleiß des nitrierten Kolbenrings, insbesondere im Bereich seines Stoßes, erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei nitrierten Kolbenringen den Stoßdruck im motorischen Betrieb zu reduzieren, um auf diese Art und Weise den Verschleiß zu senken und die Standzeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings mit reduziertem Stoßdruck, indem ein im Querschnitt rechteckiger Grundkörper im Bereich sämtlicher seiner äußeren Flächen einem Nitriervorgang unterzogen wird und anschließend im Bereich der inneren Umfangsfläche des Grundkörpers mindestens eine umlaufend ausgebildete Querschnittsstörung in Form von Innenkanten, Innenfasen und/oder Innenwinkeln herbeigeführt wird, dergestalt, dass die jeweilige Querschnittsstörung keine Nitrierschicht aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch einen Kolbenring mit reduziertem Stoßdruck, beinhaltend einen Grundkörper mit einer Lauffläche, einer inneren Umfangsfläche sowie radial dazwischen sich erstreckenden Flankenflächen, wobei der Grundkörper im Bereich seiner inneren Umfangsfläche mit mindestens einer Querschnittsstörung versehen ist, wobei der Grundkörper in seinem fertigen Zustand, mit Ausnahme des Bereichs der umlaufend ausgebildeten, als Innenkante, Innenfase, und/oder Innenwinkel ausgebildeten Querschnittsstörung, in sämtlichen Flächenbereichen mit einer Nitrierschicht versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbenrings sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Infolge dieser definierten Innenprofilierung im Anschluss an den Nitriervorgang kann die erforderliche Stoßdruckreduzierung für die motorische Anwendung herbeigeführt werden. Dies bedeutet, dass unabhängig von der unvermeidbaren Längenänderung des jeweiligen Kolbenrings aufgrund des Nitriervorgangs infolge dieser gezielten Nachbearbeitung des Grundkörpers dennoch die für den jeweiligen motorischen Betrieb notwendige Stoßdruckreduzierung herbeigeführt werden kann. Durch diese Maßnahme kann dem Verschleiß, insbesondere im Stoßbereich des jeweiligen Kolbenrings, gezielt entgegengetreten und somit eine Standzeiterhöhung des Kolbenrings herbeigeführt werden.
Querschnittsstörungen im Sinne der Erfindung sind als Innenkanten, Innenfasen und/oder Innenwinkel anzusehen. Die jeweilige Querschnittsstörung kann vorteilhafterweise durch mechanischen Materialabtrag im Bereich der inneren Umfangsfläche des Grundkörpers herbeigeführt werden. Alternative Verfahren, wie beispielsweise Abtrag durch Lasern oder dergleichen, sind hier natürlich ebenfalls denkbar.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 Nitrierte Kolbenringe mit unterschiedlichen Querschnittsstörungen im Bereich der inneren Umfangsfläche.
Die 1 bis 3 zeigen nitrierte Kolbenringe 1 mit unterschiedlich ausgebildeten Querschnittsstörungen 2. Der Grundkörper 1' des jeweiligen Kolbenrings 1 kann sowohl als Stahl als auch aus Gusseisen bestehen. In den Beispielen gemäß 1 bis 3 weist der Grundkörper 1' des Kolbenrings 1 einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Grundkörper 1 des Kolbenrings 1 weist eine Lauffläche 3, eine innere Umfangsfläche 4 sowie dazwischen sich erstreckende obere 5 und untere Flankenflächen 6 auf. Verfahrensgemäß wird der im Ursprungszustand rechteckig ausgebildete Kolbenringgrundkörper 1' im Bereich sämtlicher seiner Flächen 3, 4, 5, 6 mit einer Nitrierschicht 7, 8, 9, 10 versehen.
Der so erzeugte Grundkörper 1' des Kolbenrings 1 wird im Anschluss an den Nitriervorgang einem Materialabtrag im Bereich der inneren Umfangsfläche 4 unterzogen, wobei dieser Materialabtrag mechanisch, z. B. durch Schleifen, durch Lasern oder dergleichen Bearbeitung, z. B. durch Erodieren, herbeigeführt werden kann.
Wie bereits ausgeführt, kommt es bei nitrierten Kolbenringen 1 zu einer Längenänderung im Umfangsrichtung, die dazu beiträgt, den Stoßdruck im motorischen Betrieb zu erhöhen, so dass insbesondere in diesem Bereich ein erhöhter Verschleiß gegeben ist. Um dem entgegenzuwirken, werden gezielte Querschnittsstörungen 2 im Bereich der inneren Umfangsfläche 4 des jeweiligen Kolbenrings 1 vorgenommen.
1 zeigt den Grundkörper 1' eines Kolbenrings 1, der im Bereich seiner inneren Umfangsfläche 4 mit zwei Innenkanten 11, 12 versehen ist, die nach dem Materialabtrag frei von Nitriermaterial sind.
2 zeigt den Grundkörper 1' eines Kolbenrings 1, der im Anschluss an den Nitriervorgang mit einer oberen Innenfase 13 versehen wurde, wobei auch die Innenfase 13 frei von Nitriermaterial ist.
3 zeigt den Grundkörper 1' eines Kolbenrings 1, der mit einem oberen Innenwinkel 14 versehen ist, wobei auch dieser Innenwinkel 14 frei von Nitriermaterial ist.
Die Schichtdicke der jeweiligen in den 1 bis 3 dargestellten Nitrierschichten 7 bis 10 betragen durchmesserabhängig zwischen 25 und 150 μm.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings (1) mit reduziertem Stoßdruck, indem ein im Querschnitt rechteckiger Grundkörper (1') im Bereich sämtlicher seiner äußeren Flächen (3, 4, 5, 6) einem Nitriervorgang unterzogen wird und anschließend im Bereich der inneren Umfangsfläche (4) des Grundkörpers (1') mindestens eine umlaufend ausgebildete Querschnittsstörung (2) in Form von Innenkanten (11, 12), Innenfasen (13) und/oder Innenwinkeln (14) herbeigeführt wird, dergestalt, dass die jeweilige Querschnittsstörung (2) keine Nitrierschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Querschnittsstörung (2) durch mechanischen Materialabtrag im Bereich der inneren Umfangsfläche (4) des Grundkörpers (1') herbeigeführt wird.
Kolbenring mit reduziertem Stoßdruck, beinhaltend einen Grundkörper (1') mit einer Lauffläche (3'), einer inneren Umfangsfläche (4) sowie radial dazwischen sich erstreckenden Flankenflächen (5, 6), wobei der Grundkörper (1') im Bereich seiner inneren Umfangsfläche (4) mit mindestens einer Querschnittsstörung (2) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1') in seinem fertigen Zustand, mit Ausnahme des Bereichs der umlaufend ausgebildeten, als Innenkante (11, 12), Innenfase (13), und/oder Innenwinkel (14) ausgebildeten Querschnittsstörung (2), in sämtlichen Flächenbereichen (3–6) mit einer Nitrierschicht versehen ist.
Kolbenring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsstörung (2) im Anschluss an eine Nitrierbehandlung des Grundkörpers (1') erzeugt ist, so dass nach Erzeugung der Querschnittsstörung selbige frei von Nitriermaterial ist.
Kolbenring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierschicht, abhängig vom Kolbenringdurchmesser, zwischen 25 und 150 μm aufweist.