DE102018110981B3

DE102018110981B3 - Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings, sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Ölabstreifkolbenring, insbesondere Nasen-Minuten-Kolbenring

Info

Publication number: DE102018110981B3
Application number: DE102018110981.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Esser
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2038-05-09

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings, indem zunächst ein metallischer Grundkörper (1), beinhaltend eine radial äußere Lauffläche (2), eine radial innere Umfangsfläche (3), sowie dazwischen verlaufende obere und untere Flankenflächen (4, 5) erzeugt wird, wobei danach eine etwa zylindrisch ausgebildete Lauffläche (2) des Grundkörpers (1) partiell mit einer definierten Konizität (6) versehen wird, danach zumindest die gesamte Lauffläche (2) mit mindestens einer verschleißfesten Schicht (8) versehen wird und derjenige eine Abstreifkante (10) bildende zylindrische Bereich (7) der Lauffläche (2) bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers (1) abgetragen wird, wobei abschließend im Übergangsbereich des zylindrischen Bereichs (7) der Lauffläche (2) in die zugehörige Flankenfläche (4) eine Nasenkante (9) so eingebracht wird, dass ein beschichtungsfreier Restbereich (a) des zylindrischen Bereichs (7) der Lauffläche (2) verbleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings.
Durch die DE 198 10 309 B4 ist ein zweiteiliger Druckring bzw. Kolbenring aus Eisen ohne Plattierung auf dem Ring zur Verwendung bei Aluminiumzylindern bekannt geworden, wobei die äußere Umfangs- oder Gleitfläche des Rings aufgrund ihrer Neigung nach unten divergiert. Der Kolbenring weist am unteren Ende der äußeren Umfangs- oder Gleitfläche einen bearbeiteten Abschnitt auf, der durch eine entgegengesetzte Neigung nach oben hin divergiert und dessen axiale Ausdehnung kleiner als 0,15 mm ist, wobei der Übergang zwischen der äußeren Umfangsgleitfläche und dem bearbeiteten Abschnitt geläppt ist.
Derartig ausgebildete Ringe werden in der Fachwelt als Nasen-Minuten-Kolbenringe bezeichnet, wobei beim Zusammenspannen des Kolbenrings infolge des asymmetrischen Ringquerschnitts eine Verdrehung desselben erfolgt, so dass die untere Kante der Nase mit erhöhtem Druck gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Die ölabstreifende Wirkung des Rings ist umso größer je spitzer die abstreifende Nasenkante gefertigt werden kann.
Nasen-Minuten-Ringe können in unbeschichteter sowie auch in beschichteter Ausführung hergestellt werden.
Bei einer unbeschichteten Gussvariante kann ein Nasenradius von 0° erreicht werden. Bei unbeschichteten Stahlvarianten kann aufgrund des Herstellverfahrens ein Nasenradius von 75 µm nicht unterschritten werden.
Bei beschichteten Varianten (Guss und Stahl) ist ein minimaler Radius notwendig.
Problematisch ist, dass bei beschichteten Ringen eine stabile Radiusänderung nach dem Beschichten aufgrund des Prozessablaufes nicht mehr möglich ist, da hier eine Ausbruchgefahr der Schicht gegeben ist.
Die DE 10 2010 047 961 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings, indem ein metallischer Grundkörper, zumindest beinhaltend eine radial äußere Lauffläche, eine radial innere Umfangsfläche sowie dazwischen verlaufende obere und untere Flankenflächen, im Bereich einer etwa zylindrisch ausgebildeten Lauffläche mit einer definierten Konizität versehen wird, zumindest die Lauffläche mit einer verschleißfesten Schicht versehen wird und derjenige, eine Abstreifkante bildende Bereich der mindestens einen Verschleißschicht im Wesentlichen zylindrisch, einen Steg vorgebbarer Breite bildend, zumindest partiell abgetragen wird. Die Lauffläche kann mit einem Viellagenschichtsystem beschichtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings bereitzustellen, bei welchem die Ausbruchgefahr am beschichteten Kolbenring nicht mehr gegeben ist und demzufolge jeder gewünschte Radius im Bereich der Abstreifkante generiert werden kann.
Des Weiteren soll ein Kolbenring, insbesondere ein Nasen-Minuten-Kolbenring, hergestellt nach dem Verfahren, bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings, indem zunächst ein metallischer Grundkörper, beinhaltend eine radial äußere Lauffläche, eine radial innere Umfangsfläche, sowie dazwischen verlaufende obere und untere Flankenflächen erzeugt wird, wobei danach eine etwa zylindrisch ausgebildete Lauffläche des Grundkörpers partiell mit einer definierten Konizität ersehen wird, danach zumindest die gesamte Lauffläche mit mindestens einer verschleißfesten Schicht versehen wird und derjenige eine Abstreifkante bildende zylindrische Bereich er Lauffläche bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers abgetragen wird, wobei abschließend im Übergangsbereich des zylindrischen Bereichs er Lauffläche in die zugehörige Flankenfläche eine Nasenkante so eingebracht wird, dass ein beschichtungsfreier Restbereich des zylindrischen Bereichs er Lauffläche verbleibt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Ölabstreifkolbenring, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Grundsätzlich kann die Lauffläche mit jeder beliebigen Beschichtung versehen werden. Bevorzugt beim Erfindungsgegenstand kommt jedoch eine Chromschicht definierter Schichtdicke zum Einsatz, die vorteilhafterweise eine Schichtdicke von 0,001 bis 0,015 mm aufweist.
Die im Bereich des Grundmaterials vorgesehene Abstreifkante kann hierbei scharfkantig ausgebildet werden.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die im Bereich des Grundmaterials vorgesehene Abstreifkante mit einem Radius ≤ 70 µm, insbesondere ≤ 50 µm, auszubilden.
Wie bereits angesprochen, wird die zylindrische Lauffläche des Grundkörpers nur partiell konisch ausgestaltet, so dass im unbeschichteten verbleibenden zylindrischen Restbereich die Nasenkante eingebracht werden kann. Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß beträgt der verbleibende zylindrische Restbereich zwischen Abstreifkante und Übergang in den konischen Bereich der Lauffläche 0,01 bis 0,15 mm.
Der Grundkörper kann vorteilhafterweise aus Gusseisen, Stahlguss oder Stahldraht bestehen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

1 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings;
2 Teildarstellung des Abstreifbereichs des Kolbenrings gemäß 1;
3 alternative Teildarstellung des Abstreifbereichs des Kolbenrings gemäß 1.

1 zeigt den Fertigungsablauf eines so genannten Nasen-Minuten-Kolbenrings, einsetzbar als Ölabstreifkolbenring im Bereich des Kolbens einer Brennkraftmaschine.
Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings ist in diesem Beispiel ein aus Gusseisen bestehender Grundkörper 1, der eine radial äußere Lauffläche 2, eine innere Umfangsfläche 3 sowie dazwischen sich erstreckende obere und untere Flankenbereiche 4,5 aufweist. Der Verfahrensablauf ist in Pfeilrichtung dargestellt. In einem ersten Schritt wird im Bereich der Lauffläche 2 ein konischer Abschnitt 6, beispielsweise durch Schleifen, erzeugt, so dass ein zylindrischer Bereich 7 verbleibt. Die gesamte Lauffläche 2 wird anschließend mit einer Chromschicht 8 einer Schichtdicke von beispielsweise 0,004 mm überzogen. Im Folgenden wird ausschließlich der verbleibende zylindrische Bereich 7 bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers 1 abgetragen. In einem abschließenden Fertigungsschritt wird die Nasenkante 9 im Übergangsbereich von dem zylindrischen Bereich 7 in die zugehörige untere Flankenfläche 4 eingearbeitet. Zwischen der Abstreifkante 10 und dem Einlauf in den konischen Bereich 6 verbleibt ein zylindrischer, aus Grundwerkstoff bestehender, Abschnitt (Restbereich) a von angenommenen 0,10 mm Breite.
2 zeigt einen Teilbereich des Grundkörpers 1. Erkennbar ist die Nasenkante 9. In 2 soll die Ölabstreifkante 10 scharfkantig ausgebildet sein. Der in 1 dargestellte verbleibende beschichtungsfreie zylindrische Abschnitt (Restbereich) a ist ebenfalls angedeutet.
In 3 soll die Ölabstreifkante 10 nicht unmittelbar scharfkantig, sondern vielmehr mit einem geringfügigen Radius R 50 µm ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Grundköper
2: Lauffläche
3: innere Umfangsfläche
4: unterer Flankenbereich
5: oberer Flankenbereich
6: konischer Abschnitt
7: zylindrischer Bereich
8: Chromschicht
9: Nasenkante
10: Abstreifkante
a: Abschnitt (Restbereich)
R: Radius

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Nasen-Minuten-Kolbenrings, indem zunächst ein metallischer Grundkörper (1), beinhaltend eine radial äußere Lauffläche (2), eine radial innere Umfangsfläche (3), sowie dazwischen verlaufende obere und untere Flankenflächen (4, 5) erzeugt wird, wobei danach eine etwa zylindrisch ausgebildete Lauffläche (2) des Grundkörpers (1) partiell mit einer definierten Konizität (6) versehen wird, danach zumindest die gesamte Lauffläche (2) mit mindestens einer verschleißfesten Schicht (8) versehen wird und derjenige eine Abstreifkante (10) bildende zylindrische Bereich (7) der Lauffläche (2) bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers (1) abgetragen wird, wobei abschließend im Übergangsbereich des zylindrischen Bereichs (7) der Lauffläche (2) in die zugehörige Flankenfläche (4) eine Nasenkante (9) so eingebracht wird, dass ein beschichtungsfreier Restbereich (a) des zylindrischen Bereichs (7) der Lauffläche (2) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Schicht (8) der Lauffläche (2) eine Chromschicht (8) definierter Schichtdicke ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich des Grundmaterials vorgesehene Abstreifkante (10) scharfkantig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich des Grundmaterials vorgesehene Abstreifkante (10) mit einem Radius < 70 µm, insbesondere < 50 µm, ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromschicht (8) mit einer Schichtdicke von 0,001 bis 0,015 mm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Restbereich (a) des zylindrische Bereich (7) der Lauffläche (2) 0,01 bis 0,15 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper (1) aus Gusseisen, Stahlguss oder Stahldraht eingesetzt wird.
Ölabstreifkolbenring, insbesondere Nasen-Minuten-Kolbenring, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.