DE102017210559A1 - Piston ring for a piston of an internal combustion engine - Google Patents

Piston ring for a piston of an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE102017210559A1
DE102017210559A1 DE102017210559.3A DE102017210559A DE102017210559A1 DE 102017210559 A1 DE102017210559 A1 DE 102017210559A1 DE 102017210559 A DE102017210559 A DE 102017210559A DE 102017210559 A1 DE102017210559 A1 DE 102017210559A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston ring
carbon
bond
ring body
protective coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017210559.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Nuno Miguel Costa
Daniel Lopez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Priority to DE102017210559.3A priority Critical patent/DE102017210559A1/en
Publication of DE102017210559A1 publication Critical patent/DE102017210559A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0605—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring (1) für einen Kolben einer Brennkraftmaschine,
- mit einem zwei Stoßenden (3a, 3b) aufweisenden Kolbenringkörper (2), die einen Kolbenringstoß (4) begrenzen,
- mit einer auf dem Kolbenringkörper (2) vorhandenen DLC-Schutzbeschichtung (5) aus amorphem Kohlenstoff,
- wobei ein Verhältnis (V) von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung der DLC-Schutzbeschichtung (5) im Bereich (7) der beiden Stoßenden (3a, 3b) einen höheren Wert aufweist als in einem weiter von den Stoßenden (3a, 3b) entfernten Bereich (8).

Figure DE102017210559A1_0000
The invention relates to a piston ring (1) for a piston of an internal combustion engine,
with a piston ring body (2) having two butt ends (3a, 3b) which delimit a piston ring impact (4),
with an amorphous carbon DLC protective coating (5) on the piston ring body (2),
wherein a ratio (V) of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond of the DLC protective coating (5) in the area (7) of the two butt ends (3a, 3b) has a higher value than in one of the butting (3a, 3b) remote area (8).
Figure DE102017210559A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring für einen Kolben einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer Schutzbeschichtung auf einen solchen Kolbenring.The invention relates to a piston ring for a piston of an internal combustion engine and to a method for applying a protective coating to such a piston ring.

Die Laufflächen von Kolbenringen werden für den Einsatz in modernen Brennkraftmaschinen mithilfe harter Schutzbeschichtungen armiert, die zusätzlich zu ihrer hohen Härte auch sehr gute Reibungseigenschaften aufweisen. Insbesondere bei hoch beanspruchten Brennkraftmaschinen sowie bei Brennkraftmaschinen, die im „Heavy-Duty-Bereich“ eingesetzt werden und somit eine besonders hohe Lebensdauer besitzen müssen, kommen zur Härtung der Laufflächen der Kolbenringe besonders harte und abriebfeste, sogenannte DLC-Schichten („diamond-like carbon“, „diamant-ähnlicher Kohlenstoff“) aus amorphem Kohlenstoff zum Einsatz. Solche DLC-Schichten besitzen nicht nur eine sehr hohe Härte, sondern darüber hinaus auch einen besonders niedrigen Reibkoeffizienten, was sich für den Betrieb des Kolbenrings in einer Brennkraftmaschine als besonders vorteilhaft erweist, z.B. durch eine erhöhte Fresssicherheit. DLC-Beschichtungen mit amorphem Kohlenstoff werden üblicherweise mit zwei Bindungsarten verwendet:

  • - Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten, a-C, bestehen überwiegend aus sp2-hybridisierten Bindungen und werden deshalb auch als graphitartige Kohlenstoffschichten bezeichnet.
  • - Tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten, ta-C, bestehen überwiegend aus sp3-hybridisierten Bindungen, weshalb ihre mechanischen Eigenschaften diamantähnlich sind.
The running surfaces of piston rings are reinforced for use in modern internal combustion engines with the aid of hard protective coatings which, in addition to their high hardness, also have very good frictional properties. Especially in highly stressed internal combustion engines and in internal combustion engines, which are used in the "heavy-duty" and thus have a particularly high life, come to harden the running surfaces of the piston rings particularly hard and abrasion resistant, so-called DLC layers ("diamond-like carbon, diamond-like carbon) of amorphous carbon. Such DLC layers not only have a very high hardness, but also a particularly low coefficient of friction, which proves to be particularly advantageous for the operation of the piston ring in an internal combustion engine, for example by increased seizure safety. Amorphous carbon DLC coatings are commonly used with two types of bonds:
  • - Hydrogen-free amorphous carbon layers, aC, consist predominantly of sp 2 -hybridized bonds and are therefore also referred to as graphitic carbon layers.
  • - Tetrahedral hydrogen-free amorphous carbon films, ta-C, consist predominantly of sp 3 -hybridized bonds, which is why their mechanical properties are diamond-like.

In herkömmlichen Kolbenringen werden DLC-Schutzbeschichtungen mit entlang dem Umfang des Kolbenrings gleichbleibendem sp3/sp2-Verhältnis auf die Lauffläche des Kolbenrings aufgebracht, wobei in der Regel ein sp2-Anteil von mehr als 50% vorliegt. Mit steigendem sp3/sp2-Verhältnis nimmt auch die Härte der DLC-Schutzbeschichtung zu.In conventional piston rings DLC protective coatings are applied with the same sp 3 / sp 2 ratio along the circumference of the piston ring on the tread of the piston ring, with an sp 2 content of more than 50% is usually present. As the sp 3 / sp 2 ratio increases, so does the hardness of the DLC protective coating.

Es hat sich gezeigt, dass auch bei Kolbenringen mit DLC-Schutzbeschichtung auf deren Lauffläche der Abrieb im Bereich des Kolbenringstoßes immer noch deutlich höher ist als im dazu komplementären Bereich. Dies führt zu einer reduzierten Lebensdauer des gesamten Kolbenrings, da nach dem vollständigen Abrieb der Schutzbeschichtung im Bereich ein weiterer Betrieb des Kolbenrings zur Beschädigung des eigentlichen Kolbenring-Materials führen kann.It has been shown that even with piston rings with DLC protective coating on the running surface of the abrasion in the region of the piston ring butt is still much higher than in the complementary area. This leads to a reduced life of the entire piston ring, since after complete abrasion of the protective coating in the area further operation of the piston ring can lead to damage of the actual piston ring material.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine verbesserte Ausführungsform für einen Kolbenring zu schaffen, bei welcher ein möglichst gleichmäßiger Abrieb einer DLC-Schutzbeschichtung über die gesamte Lauffläche des Kolbenrings - den Bereich nahe der Stoßenden eingeschlossen - hinweg sichergestellt werden kann.The present invention therefore addresses the problem of providing an improved embodiment of a piston ring in which the most uniform possible abrasion of a DLC protective coating over the entire tread of the piston ring - the area enclosed near the butt ends - can be ensured.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Grundidee der Erfindung ist demnach, in einer auf eine Kolbenringlauffläche aufgebrachten DLC-Schutzbeschichtung aus amorphem Kohlenstoff das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung im Bereich des Kolbenringstoßes zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Lauffläche des Kolbenrings im Bereich des Kolbenringstoßes mit einer besonders hohen Härte versehen. Da die Lauffläche im Bereich des Kolbenringstoßes im Betrieb des Kolbenrings in einer Brennkraftmaschine besonders hohen tribologischen Belastungen ausgesetzt ist, kann auf diese Weise einem erhöhten Abrieb der DLC-Schutzbeschichtung auf einer Lauffläche im Bereich des Kolbenringstoßes entgegengewirkt werden. Im Ergebnis kann also durch eine DLC-Schutzbeschichtung mit einem erhöhten sp3/sp2- Verhältnis im Bereich des Kolbenringstoßes ein gleichmäßiger Abrieb der Schutzbeschichtung erreicht werden. Dies führt zu einem entlang des Umfangs des Kolbenrings gleichmäßigen Verschleiß und im Ergebnis somit zu einer erhöhten Lebensdauer des Kolbenrings.The basic idea of the invention is therefore to increase the ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond in the region of the piston ring impact in a DLC protective coating of amorphous carbon applied to a piston ring race. In this way, the running surface of the piston ring is provided in the region of the piston ring impact with a particularly high hardness. Since the running surface is subjected to particularly high tribological loads in the region of the piston ring impact during operation of the piston ring in an internal combustion engine, an increased abrasion of the DLC protective coating on a running surface in the region of the piston ring impact can be counteracted in this way. As a result, a uniform abrasion of the protective coating can thus be achieved by a DLC protective coating with an increased sp 3 / sp 2 ratio in the region of the piston ring impact. This results in a uniform wear along the circumference of the piston ring and, as a result, thus an increased service life of the piston ring.

Ein erfindungsgemäßer Kolbenring umfasst einen Kolbenringkörper, der zwei Stoßenden aufweist, die wiederum einen Kolbenringstoß begrenzen. Auf dem Kolbenringkörper, insbesondere auf dessen Lauffläche, ist eine DLC-Schutzbeschichtung aus amorphem Kohlenstoff angeordnet. Erfindungsgemäß weist das Verhältnis von Kohlenstoff mit einer sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit einer sp2-Bindung der Schutzbeschichtung im Bereich der beiden Stoßenden einen höheren Wert auf als in einem weiter von den beiden Stoßenden entfernten Bereich.A piston ring according to the invention comprises a piston ring body having two butt ends which in turn define a piston ring butt. On the piston ring body, in particular on its tread, a DLC protective coating of amorphous carbon is arranged. According to the invention, the ratio of carbon with an sp 3 bond to carbon with an sp 2 bond of the protective coating has a higher value in the region of the two butt ends than in a region further away from the two butt ends.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die DLC-Schutzbeschichtung nur im Bereich einer Ringlauffläche des Kolbenrings aufgebracht.According to a preferred embodiment, the DLC protective coating is applied only in the region of a ring running surface of the piston ring.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung der Schutzbeschichtung entlang der Umfangsrichtung des Kolbenringkörpers zumindest abschnittsweise zu den beiden Stoßenden hin zu. Auch diese Variante sorgt dafür, dass die Härte der Schutzbeschichtung im Bereich der beiden Stoßenden und somit im Bereich des Kolbenringstoßes erhöht wird. Bevorzugt beginnt besagte Zunahme beidseitig in einem Winkelabstand von 90° vom Kolbenringstoß oder von den beiden Stoßenden.According to a further preferred embodiment, the ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond of the protective coating increases along the circumferential direction of the piston ring body at least in sections to the two butt ends. This variant also ensures that the hardness of the protective coating in the region of the two butt ends and thus in the region of the piston ring impact is increased. Preferably, said increase begins on both sides in one Angular distance of 90 ° from the piston ring butt or from the two butt ends.

Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich ein gleichmäßiger Abrieb der Schutzbeschichtung über dessen Umfang hinweg erzielen lässt, wenn das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung in bzw. entgegen der Umfangsrichtung in einem Winkelbereich von 0° bis +/-90°, gemessen vom Kolbenringstoß weg, einen erhöhten Wert aufweist. Besonders gute Ergebnisse werden erreicht, wenn besagter Winkelbereich 0° bis +/-30° beträgt.Experimental investigations have shown that a uniform wear of the protective coating can be achieved over its circumference when the ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond in or counter to the circumferential direction in an angle range of 0 ° to + / -90 °, measured away from the piston ring butt, has an increased value. Particularly good results are achieved when said angle range is 0 ° to +/- 30 °.

Experimentelle Untersuchungen haben weiterhin gezeigt, dass sich ein gleichmäßiger Abrieb der Schutzbeschichtung über dessen Umfang hinweg erzielen lässt, wenn das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung im Bereich der Stoßenden, vorzugsweise im Winkelbereich von 0° bis +/-90° in bzw. entgegen der Umfangsrichtung, höchst vorzugsweise im Winkelbereich von 0° bis +/-30° in bzw. entgegen der Umfangsrichtung, einen Wert > 1/1, vorzugsweise von > 6/4, höchst vorzugsweise von > 7/3, aufweist. Gegebenenfalls kann es auch ausreichend sein, wenn besagter Winkelbereich 0° bis +/- 15° beträgt.Experimental investigations have further shown that a uniform abrasion of the protective coating over its circumference can be achieved if the ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond in the region of the butt ends, preferably in the range of 0 ° to + / -90 ° in or counter to the circumferential direction, most preferably in the angular range of 0 ° to +/- 30 ° in or against the circumferential direction, a value> 1/1, preferably of> 6/4, most preferably of> 7 / 3, has. If necessary, it may also be sufficient if said angular range is 0 ° to +/- 15 °.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Schutzbeschichtung eine entlang der Umfangsrichtung des Kolbenringkörpers konstante Schichtdicke auf. Da die tribologische Belastung im Bereich des Kolbenrings erhöht ist und in ebendiesem Bereich die DLC-Schutzbeschichtung mit einer erhöhten Härte ausgestattet ist, kann auf diese Weise entlang der Umfangsrichtung des Kolbenringkörpers ein gleichmäßiger Abrieb der Schutzbriefschichtung gewährleistet werden.In an advantageous development, the protective coating has a constant layer thickness along the circumferential direction of the piston ring body. Since the tribological load in the region of the piston ring is increased and in this area the DLC protective coating is provided with an increased hardness, a uniform abrasion of the protective coating layer can be ensured in this way along the circumferential direction of the piston ring body.

Zweckmäßig kann die Schutzbeschichtung mittels eines PVD- oder CVD-Verfahrens aufgebracht sein. Diese Verfahren erlauben eine präzise Einstellung der Schichtdicke der DLC-Schutzbeschichtung.Suitably, the protective coating can be applied by means of a PVD or CVD method. These methods allow a precise adjustment of the layer thickness of the DLC protective coating.

Bevorzugt beträgt eine Härte der DLC- Schutzbeschichtung mehr als 20 GPa, besonders bevorzugt zwischen 20 GPa und 70 GPa, höchst bevorzugt zwischen 20 und 50GPa. Es lässt sich also eine Schutzbeschichtung mit besonders großer Härte erzeugen.Preferably, a hardness of the DLC protective coating is more than 20 GPa, more preferably between 20 GPa and 70 GPa, most preferably between 20 and 50GPa. It can therefore produce a protective coating with very high hardness.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbringen einer Schutzbeschichtung aus amorphem Kohlenstoff auf einen Kolbenring, der einen Kolbenringkörper mit zwei Stoßenden aufweist, die einen Kolbenringstoß begrenzen. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine DLC-Schutzbeschichtung aus amorphem Kohlenstoff mittels PVD- oder CVD-Verfahren auf den Kolbenringkörper derart aufgebracht, dass das Verhältnis von Kohlenstoff mit einer sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit einer sp2-Bindung der Schutzbeschichtung im Bereich der beiden Stoßenden einen höheren Wert aufweist als in einem weiter von den Stoßenden entfernten Bereich.The invention further relates to a method for applying an amorphous carbon protective coating to a piston ring having a piston ring body with two butt ends defining a piston ring butt. According to the inventive method, a DLC protective coating of amorphous carbon by PVD or CVD method is applied to the piston ring body such that the ratio of carbon with a sp 3 - bond to carbon with an sp 2 bond of the protective coating in the region of the two Butt ends are higher in value than in a part farther from the butt ends.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Kolbenring zum Aufbringen der DLC-Schutzbeschichtung in eine drehbare Aufnahme einer Beschichtungseinrichtung, insbesondere einer PVD- oder CVD-Anlage, eingebracht. Dies geschieht bevorzugt derart, dass eine Drehbewegung der Aufnahme eine Drehbewegung des Kolbenringkörpers entlang seiner Umfangsrichtung bewirkt. Erfindungsgemäß wird die Aufnahme mit dem Kolbenringkörper in einer ersten Beschichtungsphase des Verfahrens in Rotation versetzt. Während der Drehung der Aufnahme und somit des Kolbenringkörpers entlang seiner Umfangsrichtung wird ein erstes Schichtmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sp3- bzw. sp2-Bindung aus einer Materialquelle emittiert und auf den Kolbenringkörper aufgebracht. Das auf den Kolbenringkörper aufgebrachte erste Schichtmaterial weist dabei ein vorbestimmtes erstes Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung auf. Während der ersten Beschichtungsphase wird die Rotationsgeschwindigkeit von Aufnahme und Kolbenringkörper während einer vollständigen Drehung vorübergehend erhöht, solange die beiden Stoßenden der Materialquelle zugewandt sind. Dies hat zur Folge, dass pro Umdrehung des Kolbenringkörpers im Bereich der beiden Stoßenden und somit des Kolbenringstoßes weniger Schichtmaterial auf den Kolbenringkörper aufgetragen wird als in den entlang der Umfangsrichtung komplementären Bereichen.In an advantageous development of the method, the piston ring for applying the DLC protective coating is introduced into a rotatable receptacle of a coating device, in particular a PVD or CVD system. This is preferably done such that a rotational movement of the receptacle causes a rotational movement of the piston ring body along its circumferential direction. According to the invention, the receptacle is set in rotation with the piston ring body in a first coating phase of the process. During the rotation of the receptacle and thus of the piston ring body along its circumferential direction, a first layer material made of amorphous carbon with sp 3 or sp 2 bond is emitted from a material source and applied to the piston ring body. The first layer material applied to the piston ring body has a predetermined first ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond. During the first coating phase, the rotational speed of the receptacle and piston ring body is temporarily increased during one complete rotation as long as the two butt ends face the material source. As a result, less layer material is applied to the piston ring body per revolution of the piston ring body in the region of the two butt ends and thus of the piston ring impact than in the regions which are complementary along the circumferential direction.

Für eine zweite Beschichtungsphase des Verfahrens wird die Drehbewegung von Aufnahme und Kolbenringkörper gestoppt. Dies geschieht derart, dass nach dem Anhalten der Drehbewegung die beiden Stoßenden der Materialquelle zugewandt sind.For a second coating phase of the process, the rotational movement of the receptacle and piston ring body is stopped. This is done in such a way that after stopping the rotary movement, the two butt ends face the material source.

Nach Beendigung der ersten Beschichtungsphase wird im Zuge der zweiten Beschichtungsphase zweites Schichtmaterial von der Materialquelle emittiert und im Bereich der beiden Stoßenden auf den Kolbenringkörper aufgebracht. Das von der Materialquelle emittierte zweite Schichtmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sp3- bzw. sp2-Bindung weist dabei ein anderes Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3-Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung auf als das erste Schichtmaterial: Bei der Beschichtung im Bereich der beiden Stoßenden weist ein vorbestimmtes zweites Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung einen größeren Wert auf als das vorbestimmte erste Verhältnis des Schichtmaterials während der ersten Beschichtungsphase. Dies bedeutet, dass die DLC-Schutzbeschichtung im Bereich des Kolbenringstoßes eine höhere Härte aufweist als im entlang der Umfangsrichtung dazu komplementären Bereich des Kolbenringkörpers.After completion of the first coating phase, second layer material is emitted from the material source in the course of the second coating phase and applied to the piston ring body in the region of the two butt ends. The second layer material of amorphous carbon with sp 3 or sp 2 bond emitted by the material source has a different ratio of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond than the first layer material: In the coating in the range of the two butt ends, a predetermined second ratio of sp 3 carbon to carbon sp 2 bonded carbon has a larger value than the predetermined first ratio of the bed material during the first Coating phase. This means that the DLC protective coating has a higher hardness in the region of the piston ring impact than in the region of the piston ring body which is complementary thereto along the circumferential direction.

Besonders bevorzugt wird die zweite Beschichtungsphase des Beschichtungsverfahrens beendet, wenn die Schichtdicke der Beschichtung im Bereich der Stoßenden denselben Wert angenommen hat wie die Schichtdicke in dem weiter von den Stoßenden entfernten Bereich des Kolbenringkörpers. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auf den Kolbenringkörper aufgebrachte DLC-Schutzbeschichtung nach Beendigung der zweiten Beschichtungsphase entlang der Umfangsrichtung eine einheitliche Schichtdicke aufweist.Particularly preferably, the second coating phase of the coating process is terminated when the layer thickness of the coating in the area of the butt ends has assumed the same value as the layer thickness in the region of the piston ring body further away from the butt ends. In this way it can be achieved that on the piston ring body applied DLC protective coating after completion of the second coating phase along the circumferential direction has a uniform layer thickness.

Die Erfindung betrifft schließlich eine Beschichtungseinrichtung mit einer drehbar gelagerten Aufnahme, an oder in welcher der zu beschichtende Kolbenring aufgenommen wird. Mit einer Drehbewegung der Aufnahme geht somit auch eine Drehbewegung des Kolbenringkörpers des Kolbenrings einher.Finally, the invention relates to a coating device with a rotatably mounted receptacle on or in which the piston ring to be coated is received. With a rotational movement of the recording is thus accompanied by a rotational movement of the piston ring body of the piston ring.

Die Beschichtungseinrichtung umfasst ferner eine, vorzugsweise auf die drehbare Aufnahme gerichtete, Materialquelle zum Emittieren von Schichtmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sp3- sowie sp2-Bindung. Die Materialquelle und die Aufnahme mit dem Kolbenring sind dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass durch eine Drehung der Aufnahme und somit des Kolbenrings die Außenseite des Kolbenringkörpers, also dessen Lauffläche, entlang seiner Umfangsrichtung sukzessive mit der aus der Materialquelle emittiertem Schichtmaterial beschichtet wird. Erfindungsgemäß umfasst die Beschichtungseinrichtung eine Steuerungs- /Regelungseinrichtung, die zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet/programmiert ist.The coating device further comprises a, preferably directed to the rotatable receptacle, material source for emitting layer material made of amorphous carbon with sp 3 - and sp 2 bond. The material source and the receptacle with the piston ring are preferably arranged such that by rotation of the receptacle and thus of the piston ring, the outside of the piston ring body, so its tread, is successively coated along its circumferential direction with the layer material emitted from the material source. According to the invention, the coating device comprises a control / regulation device which is set up / programmed to carry out the method described above.

Hierzu ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung zum Steuern der Drehbewegung der Aufnahme und zum Steuern der Emission des Schichtmaterials aus der Materialquelle ausgebildet. Auf diese Weise kann insbesondere die Drehgeschwindigkeit der Aufnahme und somit des Kolbenringkörpers gesteuert werden. Ebenso kann in dem aus der Materialquelle emittierten Schichtmaterial das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung eingestellt bzw. variiert werden, was zur vorteilhaften Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich ist.For this purpose, the control / regulating device is designed for controlling the rotational movement of the receptacle and for controlling the emission of the layer material from the material source. In this way, in particular, the rotational speed of the receptacle and thus the piston ring body can be controlled. Likewise, in the layer material emitted from the material source, the ratio of carbon with sp 3 bond to carbon can be adjusted or varied with sp 2 bond, which is necessary for the advantageous implementation of the method according to the invention described above.

Zweckmäßig kann die Beschichtungseinrichtung eine PVD-Anlage oder CVD-Anlage umfassen oder als PVD-Anlage oder CVD-Anlage ausgebildet sein.Suitably, the coating device may comprise a PVD system or CVD system or be designed as a PVD system or CVD system.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:

  • 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenrings,
  • 2a, 2b die Aufbringung der DLC-Schutzbeschichtung auf den Kolbenring illustrierende Darstellungen.
It show, each schematically:
  • 1 an example of a piston ring according to the invention,
  • 2a . 2 B the application of the DLC protective coating on the piston ring illustrative representations.

1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenrings 1 für einen Kolben (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine. Der Kolbenring 1 umfasst einen Kolbenringkörper 2, der die geometrische Formgebung eines offenen Rings besitzt. Der Kolbenringkörper 2 weist zwei Stoßenden 3a, 3b auf, die einen Kolbenringstoß 4 begrenzen. Auf einer Außenseite 6 des Kolbenringkörpers 2, die die Lauffläche des Kolbenrings 1 bildet, ist eine DLC-Schutzbeschichtung 5 aus amorphem Kohlenstoff- im Folgenden der Einfachkeit halber auch als „Schutzbeschichtung“ bezeichnet - angeordnet. Das Verhältnis V von Kohlenstoff mit sp3-Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung weist in der Schutzbeschichtung 5 in einem ersten Bereich 7 nahe der beiden Stoßenden 3a, 3b einen höheren Wert auf als in einem weiter von den Stoßenden 3a, 3b entfernten, zweiten Bereich 8. Dies bedeutet, dass das Verhältnis V von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung der Schutzbeschichtung 7 entlang der Umfangsrichtung U des Kolbenringkörpers 2 zumindest abschnittsweise zu den beiden Stoßenden 3a, 3b, also vom Bereich 8 zum Bereich 7 hin zunimmt. Bevorzugt beginnt die Zunahme des Verhältnisses V entlang der Umfangsrichtung U in einem Winkelabstand von 90° vom Kolbenringstoß oder von den beiden Stoßenden 3a, 3b. 1 shows an example of a piston ring according to the invention 1 for a piston (not shown) of an internal combustion engine. The piston ring 1 comprises a piston ring body 2 which has the geometric shape of an open ring. The piston ring body 2 has two butt ends 3a . 3b put on a piston ring butt 4 limit. On an outside 6 of the piston ring body 2 that the tread of the piston ring 1 is a DLC protective coating 5 of amorphous carbon, hereinafter also referred to as "protective coating" for the sake of simplicity. The ratio V of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond in the protective coating 5 in a first area 7 near the two butt ends 3a . 3b a higher value than in one further from the butt ends 3a . 3b distant, second area 8th , This means that the ratio V of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond of the protective coating 7 along the circumferential direction U of the piston ring body 2 at least in sections to the two butt ends 3a . 3b So from the area 8th to the area 7 increases. Preferably, the increase in the ratio V along the circumferential direction U begins at an angular distance of 90 ° from the piston ring butt or from the two butt ends 3a . 3b ,

Im Beispielszenario der 1 weist das Verhältnis V von Kohlenstoff mit sp3-Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung zumindest in einem Winkelbereich α1 entgegen der Umfangsrichtung U von 0° bis +/-90°, vorzugsweise in einem Winkelbereich α1 von 0° bis +/-30°, höchst vorzugsweise von 0 bis +/-15°, jeweils gemessen vom Kolbenringstoß 4 weg in bzw. entgegen der Umfangsrichtung einen erhöhten Wert auf. Mit anderen Worten der erste Bereich 7 erstreckt sich entlang eines Winkelbereich α von 0° bis +/-90°, vorzugsweise von 0° bis +/-30°, höchst vorzugsweise von 0 bis +/-15° in bzw. entgegen der Umfangsrichtung U weg. Der zweite Bereich 8 kann durch einen bzgl. der Umfangsrichtung U zum ersten Bereich 7 komplementären Winkelbereich definiert sein.In the example scenario of 1 has the ratio V of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond at least in an angular range α 1 against the circumferential direction U from 0 ° to +/- 90 °, preferably in an angular range α 1 from 0 ° to +/- 30 °, most preferably from 0 to +/- 15 °, each measured from the piston ring impact 4 away in or against the circumferential direction to an increased value. In other words, the first area 7 extends along an angular range α from 0 ° to +/- 90 °, preferably from 0 ° to +/- 30 °, most preferably from 0 to +/- 15 ° in or counter to the circumferential direction U away. The second area 8th can by a respect to the circumferential direction U to the first area 7 be defined complementary angle range.

Das Verhältnis V von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung kann im ersten Bereich 7 nahe der beiden Stoßenden 3a, 3b vorzugsweise im Winkelbereich α1 von 0° bis +/-15° oder, besonders bevorzugt, im Winkelbereich α1 von 0° bis +/-30° einen Wert > 1/1, vorzugsweise von mehr als 6/4, höchst vorzugsweise von mehr als 7/3, aufweisen. Die voranstehend genannten Maßnahmen führen zu einem gleichmäßigen Abrieb der Schutzbeschichtung 5 entlang der Umfangsrichtung U im Betrieb des Kolbenrings 2 in einer Brennkraftmaschine.The ratio V of carbon with sp 3 bond to carbon with sp 2 bond may be in the first range 7 near the two butt ends 3a . 3b preferably in the angular range α 1 from 0 ° to +/- 15 ° or, more preferably, in the angular range α 1 from 0 ° to +/- 30 ° have a value> 1/1, preferably more than 6/4, most preferably more than 7/3. The above measures lead to a uniform abrasion of the protective coating 5 along the circumferential direction U during operation of the piston ring 2 in an internal combustion engine.

Zweckmäßig kann die Schutzbeschichtung 5 - unabhängig von dem entlang der Umfangsrichtung U variierenden Verhältnis V von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung - eine entlang der Umfangsrichtung U des Kolbenringkörpers 2 konstante Schichtdicke d aufweisen, die in radialer Richtung des Kolbenringkörper 2 gemessen wird.Suitably, the protective coating 5 - Whatever the along the circumferential direction U varying ratio V of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 bond - one along the circumferential direction U of the piston ring body 2 have constant layer thickness d, in the radial direction of the piston ring body 2 is measured.

Im Folgenden wird anhand der 2 beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen der oben beschriebenen DLC-Schutzbeschichtung 5 auf den Kolbenringkörper 2 des Kolbenrings 1 erläutert.The following is based on the 2 exemplifies the inventive method for applying the DLC protective coating described above 5 on the piston ring body 2 of the piston ring 1 explained.

Die DLC-Schutzbeschichtung 5 kann mittels einer in 2 nur schematisch dargestellten Beschichtungseinrichtung 10, die eine dem einschlägigen Fachmann bekannte PVD-Anlage oder CVD-Anlage umfasst, ausgebildet sein.The DLC protective coating 5 can by means of a in 2 only schematically illustrated coating device 10 formed by a PVD system or CVD system known to the person skilled in the art.

Zum Aufbringen der DLC-Schutzbeschichtung 5 auf den Kolbenring 1 kann die Beschichtungseinrichtung 10 mit einer drehbaren Aufnahme 11 ausgestattet sein, auf welcher der zu beschichtende Kolbenringkörper 2 angeordnet wird. Die Aufnahme 11 kann Teil der bereits erwähnten PVD- oder CVD-Anlage, sein. Die Anordnung des Kolbenringkörpers 2 erfolgt relativ zur Aufnahme 11 derart, dass mit einer Drehbewegung der Aufnahme 11 eine Drehbewegung des Kolbenringkörpers 2 entlang seiner Umfangsrichtung U - und vorzugsweise um seine Mittellängsachse - bewirkt. In einer ersten Beschichtungsphase wird die Aufnahme 11 mit dem Kolbenringkörper 2 in Rotation versetzt wird. Während der Rotation wird ein erstes Schichtmaterial 9a aus amorphem Kohlenstoff von einer auf den Kolbenringkörper 2 gerichteten Materialquelle 12 emittiert und auf den Kolbenringkörper 2 aufgebracht. Dabei weist das erste Schichtmaterial 9a ein vorbestimmtes erstes Verhältnis V1 von amorphem Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu amorphem Kohlenstoff mit sp2-Bindung auf. Während der ersten Beschichtungsphase wird die Rotationsgeschwindigkeit v von Aufnahme 11 und Kolbenringkörper 2 während einer vollständigen Drehung vorübergehend erhöht, solange die beiden Stoßenden 3a, 3b der Materialquelle 12 zugewandt sind. Dies bewirkt, dass im Bereich der beiden Stoßenden 3a, 3b pro Umdrehung weniger erstes Schichtmaterial 9a auf den Kolbenringkörper 2 aufgebracht wird als in dem dazu komplementären Bereich. Nach einer bestimmten Anzahl an Umdrehungen wird die Drehbewegung von Aufnahme 11 und Kolbenringkörper 2 zur Durchführung einer zweiten Beschichtungsphase gestoppt, wenn die beiden Stoßenden 3a, 3b der Materialquelle 12 zugewandt sind. Die Schichtdicke d der DLC-Beschichtung 5 aus dem ersten Schichtmaterial 9a ist nach Abschluss der ersten Beschichtungsphase im Bereich der beiden Stoßenden 3a, 3b mit einem Schichtdickenwert d1 geringer als im dazu komplementären Bereich, in welchem der Schichtdickenwert d2 beträgt, also d1 < d2. Dieser Bereich 7 mit reduzierter Schichtdicke wird im Zuge einer zweiten Beschichtungsphase um weiteres, zweites Beschichtungsmaterial 9b ergänzt. Dabei wird angestrebt, dass die DLC-Schutzbeschichtung 5 nach Abschluss der zweiten Beschichtungsphase entlang der Umfangsrichtung U eine einheitliche Schichtdicke d aufweist.For applying the DLC protective coating 5 on the piston ring 1 can the coating device 10 with a rotatable holder 11 be equipped on which the piston ring body to be coated 2 is arranged. The recording 11 can be part of the already mentioned PVD or CVD system. The arrangement of the piston ring body 2 takes place relative to the recording 11 such that with a rotational movement of the recording 11 a rotational movement of the piston ring body 2 along its circumferential direction U - And preferably about its central longitudinal axis - causes. In a first coating phase, the recording 11 with the piston ring body 2 is set in rotation. During rotation, a first layer material 9a of amorphous carbon from one to the piston ring body 2 directed material source 12 emitted and on the piston ring body 2 applied. In this case, the first layer material 9a a predetermined first ratio V 1 of amorphous carbon with sp 3 - bond to sp 2 bonded amorphous carbon. During the first coating phase, the rotational speed v of recording 11 and piston ring body 2 temporarily increased during a full turn, as long as the two butt ends 3a . 3b the material source 12 are facing. This causes in the area of the two butt ends 3a . 3b less first layer material per revolution 9a on the piston ring body 2 is applied as in the complementary area. After a certain number of revolutions, the rotational movement of recording 11 and piston ring body 2 stopped to perform a second coating phase when the two butt ends 3a . 3b the material source 12 are facing. The layer thickness d of the DLC coating 5 from the first layer material 9a is at the end of the first coating phase in the area of the two butt ends 3a . 3b with a layer thickness value d 1 less than in the complementary area, in which the layer thickness value d 2 is, ie d 1 <d 2 . This area 7 with a reduced layer thickness becomes in the course of a second coating phase to further, second coating material 9b added. The aim is that the DLC protective coating 5 after completing the second coating phase along the circumferential direction U has a uniform layer thickness d.

Hierzu wird während der zweiten Beschichtungsphase ein zweites DLC-Schichtmaterial 9b aus amorphem Kohlenstoff von der Materialquelle 12 emittiert und auf den Kolbenringkörper 2 im Bereich der beiden Stoßenden 3a, 3b aufgebracht. Dieses zweite Schichtmaterial 9b aus amorphem Kohlenstoff besitzt ein vorbestimmtes zweites Verhältnis V2 von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung, das einen größere Wert aufweist als das vorbestimmte erste Verhältnis V1 .For this purpose, during the second coating phase, a second DLC layer material 9b of amorphous carbon from the material source 12 emitted and on the piston ring body 2 in the area of the two butt ends 3a . 3b applied. This second layer material 9b amorphous carbon has a predetermined second ratio V 2 of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 bond, which has a value greater than the predetermined first ratio V 1 ,

Die zweite Beschichtungsphase wird beendet, wenn die Schichtdicke d1 der DLC-Schutzbeschichtung 5 im Bereich 7 der Stoßenden 3a, 3b denselben Wert Schichtdickenwert d1 ' angenommen hat wie in dem weiter von den Stoßenden 3a, 3b entfernten Bereich 8 des Kolbenringkörpers 2, also d1 ' = d2 '. Somit ist die Schichtdicke der DLC-Schutzbeschichtung 5 über die gesamte Umfangsrichtung U des Kolbenringkörpers 2 konstant. Zur Durchführung des Verfahrens kann die Beschichtungseinrichtung 10 mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung 13 ausgestattet sein. Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 13 kann die Drehbewegung einschließlich der Drehgeschwindigkeit v der Aufnahme 11 gesteuert werden. Außerdem kann von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 13 die Emission des ersten und zweiten Schichtmaterials 9a, 9b aus der Materialquelle 12 gesteuert werden. Die erzielbare Härte der DLC-Schutzbeschichtung 5 kann mehr als 20 GPa, bevorzugt zwischen 20 GPa und 70 GPa, besonders bevorzugt zwischen 20 und 50GPa, betragen.The second coating phase is terminated when the layer thickness d 1 the DLC protective coating 5 in the area 7 the butt ends 3a . 3b the same value layer thickness value d 1 'as in the farther from the buttocks 3a . 3b distant area 8th of the piston ring body 2 , so d 1 '= d 2 '. Thus, the layer thickness of the DLC protective coating 5 over the entire circumferential direction U of the piston ring body 2 constant. For carrying out the method, the coating device 10 with a control / regulation device 13 be equipped. From the control / regulation device 13 can the rotational movement including the rotational speed v of the recording 11 to be controlled. In addition, from the control / regulating device 13 the emission of the first and second layer material 9a . 9b from the material source 12 to be controlled. The achievable hardness of the DLC protective coating 5 may be more than 20 GPa, preferably between 20 GPa and 70 GPa, more preferably between 20 and 50 GPa.

Claims (12)

Kolbenring (1) für einen Kolben einer Brennkraftmaschine, - mit einem zwei Stoßenden (3a, 3b) aufweisenden Kolbenringkörper (2), die einen Kolbenringstoß (4) begrenzen, - mit einer auf dem Kolbenringkörper (2) vorhandenen DLC-Schutzbeschichtung (5) aus amorphem Kohlenstoff, - wobei ein Verhältnis (V) von Kohlenstoff mit einer sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit einer sp2-Bindung der DLC-Schutzbeschichtung (5) im Bereich (7) der beiden Stoßenden (3a, 3b) einen höheren Wert aufweist als in einem weiter von den Stoßenden (3a, 3b) entfernten Bereich (8).Piston ring (1) for a piston of an internal combustion engine, - having a piston ring body (2) having two butt ends (3a, 3b) which delimit a piston ring impact (4), - having a DLC protective coating (5) present on the piston ring body (2) of amorphous carbon, wherein a ratio (V) of carbon having an sp 3 bond to carbon with an sp 2 bond of the DLC protective coating (5) in the region (7) of the two butt ends (3a, 3b) has a higher value as in a further from the abutting ends (3a, 3b) remote area (8). Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die DLC-Schutzbeschichtung (5) nur im Bereich einer Ringlauffläche des Kolbenrings (1) aufgebracht ist.Piston ring after Claim 1 , characterized in that the DLC protective coating (5) is applied only in the region of a ring running surface of the piston ring (1). Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung der DLC-Schutzbeschichtung (5) entlang der Umfangsrichtung (U) des Kolbenringkörpers (2) zumindest abschnittsweise zu den beiden Stoßenden (3a, 3b) hin zunimmt, vorzugsweise beidseitig in einem Winkelabstand von 90° vom Kolbenringstoß (4) beginnend.Piston ring after Claim 1 or 2 , characterized in that the ratio (V) of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 bond of the DLC protective coating (5) along the circumferential direction (U) of the piston ring body (2) at least in sections to the two butt ends (3a , 3b) increases, preferably starting on both sides at an angular distance of 90 ° from the piston ring butt (4). Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (V) von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung in einem Winkelbereich (α1) von 0° bis +/-90°, vorzugsweise von 0° bis +/-30°, höchst vorzugsweise von 0 bis +/-15° gemessen vom Kolbenringstoß (4) weg in bzw. entgegen der Umfangsrichtung (U) des Kolbenringkörpers (2), einen erhöhten Wert aufweist.Piston ring after one of Claims 1 to 3 , characterized in that the ratio (V) of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 bond in an angular range (α 1 ) of 0 ° to +/- 90 °, preferably from 0 ° to +/- 30 °, most preferably from 0 to +/- 15 ° measured from the piston ring butt (4) away in or against the circumferential direction (U) of the piston ring body (2), an increased value. Kolbenring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung im Bereich der Stoßenden, vorzugsweise im Winkelbereich von 0° bis +/-90°, höchst vorzugsweise im Winkelbereich von 0° bis +/-30°, höchst vorzugsweise 0 bis +/-15°, einen Wert > 1/1, vorzugsweise von > 6/4, (höchst vorzugsweise von > 7/3), aufweist.Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 bond in the region of the butt ends, preferably in the angular range of 0 ° to +/- 90 °, most preferably in the angular range of 0 ° to +/- 30 °, most preferably 0 to +/- 15 °, a value> 1/1, preferably of> 6/4, (most preferably of> 7/3). Kolbenring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die DLC-Schutzbeschichtung (5) entlang der Umfangsrichtung (U) des Kolbenringkörpers (2) eine konstante Schichtdicke (d) aufweist.Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that the DLC protective coating (5) along the circumferential direction (U) of the piston ring body (2) has a constant layer thickness (d). Kolbenring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Härte der DLC-Schutzbeschichtung (5) mehr als 20 GPa, bevorzugt zwischen 20 GPa und 70 GPa, besonders bevorzugt zwischen 20 GPa und 50 GPa, beträgt.Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that a hardness of the DLC protective coating (5) is more than 20 GPa, preferably between 20 GPa and 70 GPa, more preferably between 20 GPa and 50 GPa. Verfahren zum Aufbringen einer Schutzbeschichtung (5) aus amorphem Kohlenstoff auf einen Kolbenring (1), der einen Kolbenringkörper (2) mit zwei Stoßenden (3a, 3b) aufweist, welche einen Kolbenringstoß (4) begrenzen, - gemäß welchem mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) auf den Kolbenringkörper (2) eine DLC-Schutzbeschichtung (5) aus amorphem Kohlenstoff derart aufgebracht wird, dass das Verhältnis (V) von Kohlenstoff mit einer sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit einer sp2-Bindung in der DLC-Schutzbeschichtung (5) im Bereich (7) der beiden Stoßenden (3a, 3b) einen höheren Wert aufweist als in einem weiter von den Stoßenden (3a, 3b) entfernten Bereich (8).A method of applying an amorphous carbon protective coating (5) to a piston ring (1) having a piston ring body (2) with two butt ends (3a, 3b) defining a piston ring impact (4), according to which physical vapor deposition (PVD ) or by means of chemical vapor deposition (CVD) on the piston ring body (2) an amorphous carbon DLC protective coating (5) is applied such that the ratio (V) of carbon having a sp 3 - bond to carbon with an sp 2 bond in the DLC protective coating (5) has a higher value in the area (7) of the two butt ends (3a, 3b) than in a region (8) further away from the butt ends (3a, 3b). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass - zum Aufbringen der DLC-Schutzbeschichtung (5) der Kolbenring (1) in eine drehbare Aufnahme (11) einer Beschichtungseinrichtung (10), insbesondere einer PVD- oder CVD-Anlage, eingebracht wird, derart, dass eine Drehbewegung der Aufnahme (11) eine Drehbewegung des Kolbenringkörpers (2) entlang seiner Umfangsrichtung (U) bewirkt, - die Aufnahme (11) mit dem Kolbenringkörper (2) in einer ersten Beschichtungsphase in Rotation versetzt wird und während der Rotation ein erstes Schichtmaterial (9a) aus amorphem Kohlenstoff aus einer Materialquelle emittiert und auf den Kolbenringkörper (2) aufgebracht, wobei das erste Schichtmaterial (9a) ein vorbestimmtes erstes Verhältnis (V1) von Kohlenstoff mit sp3-Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung aufweist, wobei die Rotationsgeschwindigkeit (v) während einer vollständigen Drehung des Kolbenringkörpers (2) vorübergehend erhöht wird, während die beiden Stoßenden (3a, 3b) der Materialquelle (12) zugewandt sind, - für eine zweite Beschichtungsphase die Drehbewegung von Aufnahme (11) und Kolbenringkörper (2) angehalten wird, so dass die beiden Stoßenden (3a, 3b) nach dem Anhalten der Materialquelle (12) zugewandt sind, - während der zweiten Beschichtungsphase ein zweites Schichtmaterial (9b) aus amorphem Kohlenstoff von der Materialquelle (12) emittiert und auf den Kolbenringkörper (2) im Bereich der beiden Stoßenden (3a, 3b) aufgebracht wird, welches ein vorbestimmtes zweites Verhältnis (V2) von Kohlenstoff mit sp3- Bindung zu Kohlenstoff mit sp2-Bindung besitzt, das einen größere Wert aufweist als das vorbestimmte erste Verhältnis. (eine genaue Beschreibung des Prozesses brauchen wir nicht, diesen Anspruch bitte streichen).Method according to Claim 8 , characterized in that - for applying the DLC protective coating (5) of the piston ring (1) in a rotatable receptacle (11) of a coating device (10), in particular a PVD or CVD system is introduced, such that a rotational movement the receptacle (11) causes a rotational movement of the piston ring body (2) along its circumferential direction (U), - the receptacle (11) is set in rotation with the piston ring body (2) in a first coating phase and during the rotation a first layer material (9a) emitted from amorphous carbon from a material source and applied to the piston ring body (2), wherein the first layer material (9a) has a predetermined first ratio (V 1 ) of carbon with sp 3 - Bonding to carbon having sp 2 bonding, wherein the rotational speed (v) is temporarily increased during one complete rotation of the piston ring body (2) while the two butt ends (3a, 3b) face the material source (12), - for a second one Coating phase, the rotational movement of the receptacle (11) and piston ring body (2) is stopped, so that the two abutment ends (3a, 3b) after stopping the material source (12) are facing, - during the second coating phase, a second layer material (9b) of amorphous Emitted carbon from the material source (12) and applied to the piston ring body (2) in the region of the two abutment ends (3a, 3b), which has a predetermined second ratio (V 2 ) of carbon with sp 3 - bond to carbon with sp 2 - Binding has a greater value than the predetermined first ratio. (we do not need a detailed description of the process, please delete this claim). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtungsphase beendet wird, wenn die Schichtdicke (d1') der DLC- Schutzbeschichtung (5) im Bereich der beiden Stoßenden (3a, 3b) denselben Wert angenommen hat wie eine Schichtdicke (d2') in einem weiter von den Stoßenden (3a, 3b) entfernten Bereich (8) des Kolbenringkörpers (2). (Entsprechend obiger Erklärung bitte streichen).Method according to Claim 8 or 9 , characterized in that the second coating phase is terminated when the layer thickness (d 1 ') of the DLC protective coating (5) in the region of the two abutment ends (3a, 3b) has assumed the same value as a layer thickness (d 2 ') in one further from the abutting ends (3a, 3b) remote area (8) of the piston ring body (2). (Please delete according to above explanation). Beschichtungseinrichtung (10), - mit einer drehbar gelagerten Aufnahme (11), in welcher der zu beschichtende Kolbenring (1) aufnehmbar ist, - mit einer Materialquelle (12) zum Emittieren von erstem und zweitem Schichtmaterial (9a, 9b) aus amorphem Kohlenstoff, - mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung (13) zum Steuern der Drehbewegung der Aufnahme (11) und zum Steuern der Emission des ersten und zweiten Schichtmaterials (9a, 9b) aus der Materialquelle (12), wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung (13) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 eingerichtet/programmiert ist.Coating device (10), - with a rotatably mounted receptacle (11) in which the piston ring (1) to be coated is receivable, - with a material source (12) for emitting first and second layer material (9a, 9b) of amorphous carbon, - with a control device (13) for controlling the rotational movement of the receptacle (11) and for controlling the emission of the first and second layer material (9a, 9b) from the material source (12), wherein the control device (13) to carry out the method according to one of Claims 8 to 10 is set up / programmed. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass, die Beschichtungseinrichtung (10) eine PVD-Anlage oder CVD-Anlage umfasst oder als PVD-Anlage oder CVD-Anlage ausgebildet ist.Coating device according to Claim 11 , characterized in that the coating device (10) comprises a PVD system or CVD system or is designed as a PVD system or CVD system.
DE102017210559.3A 2017-06-22 2017-06-22 Piston ring for a piston of an internal combustion engine Withdrawn DE102017210559A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017210559.3A DE102017210559A1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Piston ring for a piston of an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017210559.3A DE102017210559A1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Piston ring for a piston of an internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017210559A1 true DE102017210559A1 (en) 2018-12-27

Family

ID=64567575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017210559.3A Withdrawn DE102017210559A1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Piston ring for a piston of an internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017210559A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11365806B2 (en) * 2019-09-09 2022-06-21 Tenneco Inc. Coated piston ring for an internal combustion engine

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1222748B (en) * 1962-08-04 1966-08-11 Goetzewerke Piston ring
JP2001295699A (en) * 2000-04-14 2001-10-26 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston ring
EP1359351B1 (en) * 2000-12-26 2009-03-04 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring and method of producing the same
DE102009052587A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Federal-Mogul Burscheid Gmbh piston ring
DE102012219930A1 (en) * 2012-10-31 2014-04-30 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring, with a coating
DE102013009369A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Method for producing a piston ring
DE102014200607A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring
DE112014002451T5 (en) * 2013-05-15 2016-02-25 Mahle International Gmbh piston ring
US20160245407A1 (en) * 2013-09-30 2016-08-25 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring
DE102016217557A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Mahle International Gmbh Slide
DE112015004608T5 (en) * 2014-10-09 2017-06-22 Mahle International Gmbh Combustor piston ring, method of obtaining a piston ring and internal combustion engine

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1222748B (en) * 1962-08-04 1966-08-11 Goetzewerke Piston ring
JP2001295699A (en) * 2000-04-14 2001-10-26 Nippon Piston Ring Co Ltd Piston ring
EP1359351B1 (en) * 2000-12-26 2009-03-04 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring and method of producing the same
DE102009052587A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Federal-Mogul Burscheid Gmbh piston ring
DE102012219930A1 (en) * 2012-10-31 2014-04-30 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring, with a coating
DE112014002451T5 (en) * 2013-05-15 2016-02-25 Mahle International Gmbh piston ring
DE102013009369A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Method for producing a piston ring
US20160245407A1 (en) * 2013-09-30 2016-08-25 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring
DE102014200607A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-16 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Sliding element, in particular piston ring
DE112015004608T5 (en) * 2014-10-09 2017-06-22 Mahle International Gmbh Combustor piston ring, method of obtaining a piston ring and internal combustion engine
DE102016217557A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Mahle International Gmbh Slide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11365806B2 (en) * 2019-09-09 2022-06-21 Tenneco Inc. Coated piston ring for an internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2464761B1 (en) Piston ring with a coating.
EP2603618B1 (en) Slip ring with improved run-in properties
DE102007007963B4 (en) piston ring
DE102013009369A1 (en) Method for producing a piston ring
DE112014002000T5 (en) Ball joint and method for its production
DE60318018T2 (en) WHEEL BEARINGS AND CRANKSHAFT BEARINGS
DE102010023647A1 (en) Slide bearing component e.g. radial universal joint bearing, has sliding surface and sliding coating formed of sliding material, where sliding coating and support structure are mechanically connected with each other
DE102017210559A1 (en) Piston ring for a piston of an internal combustion engine
WO2009059344A2 (en) Bearing element
EP2971718B1 (en) Coated pistons and method for the production thereof
DE2943770A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A TIRE BEAD FROM WIRE
DE102013206192A1 (en) Piston unit and hydrostatic radial piston machine
DE102005019500B4 (en) Helical compression spring for oil control piston rings
DE102008045168A1 (en) Bearing for e.g. crankshaft, has bearing halves surrounding shaft and lying together against separation plane, where transition of one of bearing halves is formed in chamfered back and/or rounded off manner
EP3390683B1 (en) Coated piston ring having a protective layer
DE102015211470A1 (en) The axial bearing
EP1570102B1 (en) Method for coating piston rings for internal combustion engines
DE102020207484A1 (en) Contact layer on a surface of a metallic element in relative movement to another metallic element, and articulated connection which is provided with such a contact layer
EP0430207A1 (en) Contact roller for belt grinding machine
DE102016116815A1 (en) Process for coating a cylinder of an internal combustion engine and cylinder for an internal combustion engine
DE102015200310A1 (en) Piston unit and hydrostatic radial piston machine
WO2006087072A1 (en) Pivot pin for a ball joint and method for producing the same
EP1686274A2 (en) Bearing
EP3534031A1 (en) Adjuster device for a disc brake
DE10355466B4 (en) Method for processing a bearing point or running surface of a bearing and bearing point or running surface of a bearing

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F16J0009260000

Ipc: F02F0005000000

R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee