DE10207148A1 - Kolbenring - Google Patents
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Abstract
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Kolbenring vorgesehen, der ein Grundmaterial aus rostfreiem Stahl hat mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche, wobei jede dieser Oberflächen eine darauf ausgebildete Nitridschicht hat, und die Nitridschicht zunächst so ausgebildet ist, dass sie eine Verbundschicht und eine Diffusionsschicht hat, wobei die Diffusionsschicht der äußeren Umfangsfläche dann durch Entfernen der Verbundschicht der äußeren Umfangsfläche freigelegt wird, wobei die freigelegte Diffusionsschicht danach mit einer ion-plating Abscheidungsschicht aus Hartkeramik versehen wird. Der Kolbenring ist dadurch gekennzeichnet, dass die freigelegte Diffusionsschicht an den oberen und unteren Kanten der oberen und unteren Oberflächen und der äußeren Umfangsfläche durch Abschrägen der Kantenbereiche entfernt wird, die um die oberen und unteren Kanten liegen, bevor die ion-plating Abscheidungsschicht ausgebildet wird. Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Kolbenring vorgesehen mit einem Grundmaterial aus rostfreiem Stahl mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche, wobei auf jeder dieser Oberflächen eine Nitridschicht ausgebildet ist, und die Nitridschicht jeweils zuerst so ausgebildet ist, dass sie eine Verbundschicht und eine Diffusionsschicht hat, wobei die ...
Description
Die folgende Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenring aus rostfreiem Stahl
mit ausgezeichneter Abriebfestigkeit.
Konventionelle Kolbenringe aus rostfreiem. Stahl mit ausgezeichneter Abriebfe
stigkeit sind von der Art, bei der die Kolbenringe eine Nitridschicht aufweisen,
die auf der oberen und unteren Oberfläche und den inneren und äußeren Umfangs
flächen des Grundmaterials der Kolbenringe aus rostfreiem Stahl ausgebildet sind,
indem man den Nitrierprozess auf diese Oberflächen anwendet, wobei die Diffu
sionsschicht der Nitridschicht auf der äußeren Umfangsfläche später freigelegt
wird durch Entfernen der Verbundschicht der Nitridschicht auf der äußeren Um
fangsfläche, wonach auf der freigelegten Diffusionsschicht eine ion-plating Ab
scheidungsschicht aus Hartkeramik gebildet wird, indem man darauf Hartkeramik
im Vakuum aufdampft.
Diese Type eines Kolbenrings hat einen Nachteil darin, dass, wenn in der ion-
plating Abscheidungsschicht Sprünge auftreten, diese Sprünge sich bis zur Nitrid
schicht fortsetzen, was im Ergebnis zu einer Verminderung der Dauerfestigkeit
führt.
Um diesen Nachteil zu überwinden, wird in der japanischen Patentveröffentli
chung Nr. 3,090,520 ein Kolbenring vorgeschlagen, wobei der Kolbenring nur
eine ion-plating Abscheidungsschicht aufweist, die direkt auf der äußeren Um
fangsfläche von dem Grundmaterial aus rostfreiem Stahl gebildet wird, wobei die
Nitridschicht nur auf den oberen und unteren Oberflächen und der inneren Um
fangsfläche des Grundmaterials aus rostfreiem Stahl gebildet wird.
Die ion-plating Abscheidungsschicht, die direkt auf dem Grundmaterial aus rost
freiem Stahl ausgebildet wird, hat jedoch insoweit ein Problem, dass es hinsicht
lich der Haftung einer ion-plating Abscheidungsschicht unterlegen ist, die auf der
Diffusionsschicht einer Nitridschicht auf dem Grundmaterial aus rostfreiem Stahl
gebildet wird, die durch Entfernen der Verbundschicht der Nitridschicht freigelegt
wurde. Außerdem besteht ein weiteres Problem darin, dass im Fall der Ausbil
dung einer ion-plating Abscheidungsschicht direkt auf der äußeren Umfangsfläche
des Grundmaterials aus rostfreiem Stahl das Grundmaterial aus rostfreiem Stahl
dazu tendiert, wenn die ion-plating Abscheidungsschicht abgenutzt ist, direkt in
Kontakt mit der Oberfläche eines Zylinders oder einer Zylinderbuchse zu gleiten,
die ansonsten in Kontakt mit der Oberfläche der ion-plating Abscheidungsschicht
gleiten soll, was zu Verschleißerscheinungen oder Verschleißmarken führt, wobei
Gegenmaßnahmen in Form einer Verstärkung der Dicke der Abscheidungsschicht
eine Verminderung der Bruchfestigkeit hervorrufen würden und zugleich zu ei
nem Ansteigen der Herstellungskosten führen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme. Daher ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Kolbenring der Type zur Verfügung zu stellen, bei
der eine Nitridschicht auf den oberen und unteren Oberflächen und den inneren
und äußeren Umfangsflächen des Grundmaterials aus rostfreiem Stahl eines Kol
benrings ausgebildet wird, wobei eine ion-plating Abscheidungsschicht aus Hart
keramik auf der Nitridschicht der äußeren Umfangsfläche ausgebildet wird, wobei
der Kolbenring den Vorteil hat, dass eine Verminderung der Dauerfestigkeit nicht
verursacht würde, selbst wenn in der ion-plating Abscheidungsschicht Sprünge
auftreten.
Die Erfinder haben das Prinzip der vorliegenden Erfindung überdacht und be
stimmt durch die Erkenntnis, dass, obwohl das Auftreten von Sprüngen in der ion-
plating Abscheidungsschicht auf der äußeren Umfangsfläche eines Kolbenrings
nicht verhindert werden kann, da die ion-plating Abscheidungsschicht ungenü
gende Festigkeit hat, doch die Abnahme der Dauerfestigkeit des Kolbenrings, die
durch solche Sprünge verursacht wird, verhütet werden kann durch Begrenzung
der Fortpflanzung der Sprünge, die in der ion-plating Abscheidungsschicht in den
oberen und unteren Eck- oder Kantenbereichen der oberen und unteren Oberflä
chen und der äußeren Umfangsfläche auftreten, da die Sprünge vor allem an die
sen Kanten auftreten.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird ein Kolbenring vorgesehen
gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d. h. ein verbes
serter Kolbenring der Art, die ein Grundmaterial aus rostfreiem Stahl aufweist mit
einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche einer inneren Umfangsfläche
und einer äußeren Umfangsfläche, wobei auf jeder Oberfläche eine Nitridschicht
ausgebildet ist, und jede Nitridschicht zuerst derart gebildet wird, dass sie eine
Verbundschicht und eine Diffusionsschicht aufweist, wobei die Diffusionsschicht
der äußeren Umfangsfläche dann durch Entfernen der Verbundschicht der äußeren
Umfangsfläche freigelegt wird und anschließend auf der freigelegten Diffiuisions
schicht eine ion-plating Abscheidungsschicht aus Hartkeramik gebildet wird, in
dem man darauf im Vakuum Hartkeramik aufdampft. Der oben beschriebene
Kolbenring gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
dann dadurch gekennzeichnet, dass als Verbesserung die freigelegte Diffusions
schicht an den oberen und unteren Ecken oder Kanten der oberen und unteren
Oberflächen und der äußeren Umfangsfläche entfernt wird, indem man die Kan
tenbereiche, die um die oberen und unteren Kanten liegen, abschrägt, bevor die
ion-plating Abscheidungsschicht gebildet wird.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kol
benring vorgesehen, der einen anderen verbesserten Kolbenring der Type darstellt,
die oben mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben
worden ist. Der Kolbenring gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung der oben beschriebenen Type ist dann dadurch gekennzeichnet,
dass als Verbesserung die freigelegte Diffusionsschicht in der Dicke auf 30%
oder weniger der Dicke der Nitridschicht an den oberen und unteren Ecken oder
Kanten der oberen und unteren Oberflächen und der äußeren Umfangsoberfläche
reduziert wird, indem man die Kantenbereiche, die um die oberen und unteren
Kanten liegen, abschrägt, bevor die ion-plating Abscheidungsschicht gebildet
wird.
Wenn der Kolbenring gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist wie oben
beschrieben, tendieren Sprünge in der ion-plating Abscheidungsschicht in dem
oberen und unteren Kantenbereich des rostfreien Grundmaterials des Kolbenrings
aufzutreten, wie in konventionellen Kolbenringen, da die ion-plating Abschei
dungsschicht nicht genügend fest ist. In einem Kolbenring gemäß der vorliegen
den Erfindung jedoch, selbst wenn Sprünge tatsächlich in der ion-plating Ab
scheidungsschicht auftreten, würden solche Sprünge sich nicht in den Bereich
unter der Abscheidungsschicht fortsetzen, da direkt unter der ion-plating Abschei
dungsschicht eine Zone existiert, die es den Sprüngen nicht erlaubt, sich durch sie
hindurch fortzusetzen, d. h. je nach dem vorliegenden Fall entweder der nichtni
trierte Bereich des Grundmaterials aus rostfreiem Stahl oder ein Gebiet, das in der
Diffusionsschicht als tiefstes liegt und nur wenig nitriert ist.
Speziell in dem Fall, dass gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung die oberen und unteren Kantenlbereiche der Nitridschicht des Kolben
rings genügend tief abgeschrägt sind, um die gesamte Nitridschicht zu entfernen,
und das Grundmaterial aus rostfreiem Stahl in den oberen und unteren Kantenbe
reichen freizulegen, ist es sehr unwahrscheinlich, dass Sprünge, die in der ion
plating Abscheidungsschicht auftreten, sich nach unten fortpflanzen können, da
das nicht nitrierte Grundmaterial aus rostfreiem Stahl, das es den Sprüngen nicht
erlauben würde, sich fortzupflanzen, direkt unter der ion-plating Abscheidungs
schicht liegt.
Falls jedoch die axiale Länge oder Dicke des Kolbenrings relativ klein ist, wobei
ein tiefes Abschrägen die Dichtungsfähigkeit des Kolbenrings vermindern würde,
dann wird vorzugsweise der Abschrägungsprozess der Kante nun in einem sol
chen Ausmaß durchgeführt, dass die freigelegte Diffusionsschicht in einer Dicke
gleich 30% oder weniger der Nitridschicht in deren ursprünglicher Dicke in den
oberen und unteren Kantenbereichen der äußeren Umfangsfläche verbleibt, gemäß
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Um die Fähigkeit der ion-plating Abscheidungsschicht, Sprünge zu verhüten, zu
verbessern, wird die Kristallordnung der Schicht vorzugsweise so orientiert, dass
sie eine stängelartige Struktur mit der Kristallorientierung bei [200] hat.
Mit einem Kolbenring, der wie oben beschrieben gestaltet ist, erzielt man den
Vorteil, dass eine Verminderung der Dauerfestigkeit verhindert wird, die anson
sten durch Sprünge verursacht wird, die in der ion-plating Abscheidungsschicht
eines solchen Kolbenrings auftreten.
Fig. 1 zeigt Querschnittsansichten eines Kolbenrings gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Ansicht (a) den Kolbenring vor
dem Abschrägen, Ansicht (b) den Kolbenring nach dem Abschrägen und Ansicht
(c) den Kolbenring zeigt, nachdem eine ion-plating Abscheidungsschicht ausge
bildet ist.
Fig. 2 sind Querschnittsansichten des Kolbenrings ähnlich der Fig. 1 aber gemäß
einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Ansicht (a)
den Kolbenring nach dem Abschrägen und Ansicht (b) den Kolbenring zeigt,
nachdem eine ion-plating Abscheidungsschicht ausgebildet ist.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird nun ein Beispiel eines Kolbenrings gemäß der
vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben. Fig. 1 sind Querschnittsan
sichten eines Kolbenrings 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung, wobei Ansicht (a) den Kolbenring 1 vor dem Abschrägen, Ansicht
(b) den Kolbenring nach dem Abschrägen und Ansicht (c) den Kolbenring 1 zeigt,
nachdem eine ion-plating Abscheidungsschicht 8 gebildet wurde.
Wie in Fig. 1(a) dargestellt, hat der Kolbenring 1 ein Grundmaterial 2 aus rost
freiem Stahl mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, einer inneren
Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche, wobei auf allen Oberflächen
eine Nitridschicht 3 ausgebildet ist und die Nitridschicht 3 eine Dicke von 60 bis
120 µm hat. Der Bereich der Oberfläche und direkt unter der Oberfläche der Ni
tridschicht 3 ist eine Verbundschicht 4 mit einer hohen Stickstoffkonzentration,
unter der eine Diffusionsschicht 5 existiert, wo die Stickstoffkonzentration entlang
der Tiefe der Schicht graduell abnimmt.
Wie in Fig. 1(b) dargestellt, wird die freigelegte Diffusionsschicht 5 des Kolben
rings 1 an den oberen und unteren Kanten 7 der oberen und unteren Oberflächen
und der äußeren Umfangsfläche durch das Abschrägen der Kantenbereiche 6 völ
lig entfernt, die um die oberen und unteren Kantenbereiche der äußeren Umfangs
fläche herum angeordnet sind, und zwar durch Schleifen, wodurch die Nitrid
schicht 3 gänzlich entfernt wird und das Grundmaterial 2 aus rostfreiem Stahl an
den oberen und unteren Kanten 7 freigelegt wird. Vor oder nach solchem Ab
schrägen wird die Verbundschicht 4 der äußeren Umfangsfläche ebenfalls von der
Nitridschicht 3 der oberen und unteren Oberflächen und der äußeren Umfangsflä
che des Kolbenrings 1 entfernt, ebenfalls mithilfe von Abschleifen, wodurch die
Diffusionsschicht 5 der Nitridschicht 3 freigelegt wird.
Dann wird, wie in Fig. 1(c) gezeigt, eine ion-plating Abscheidungsschicht 8 aus
Hartkeramik auf der äußeren Umfangsfläche der Diffusionsschicht 5 des Kolben
rings 1 durch Aufdampfen im Vakuum ausgebildet. Die Dicke der Diffusions
schicht 5. die unter der ion-plating Abscheidungsschicht 8 liegt, ist annähernd
konstant, ausgenommen die oberen und unteren Kantenbereiche 6 der äußeren
Umfangsfläche, wo die Dicke abnimmt, wenn man sich den oberen und unteren
Kanten 7 nähert, und an den oberen und unteren Kanten 7 gleich Null ist.
Wenn dieser Kolbenring 1 gemäß der obigen Anordnung verwendet wird, können
Sprünge in der ion-plating Abscheidungsschicht 8 in den oberen und unteren
Kantenbereiche 6 des Grundmaterials 2 des Kolbenrings aus rostfreiem Stahl auf
treten, da die ion-plating Abscheidungsschicht 8 nicht genügend Festigkeit hat,
und solche Sprünge können auf das Grundmaterial 2 aus rostfreiem Stahl oder auf
die Diffusionsschicht 5 nahe der oberen und unteren Kanten 7 wirken. Da jedoch
das Grundmaterial 2 aus rostfreiem Stahl durch diffundierten Stickstoff, ausge
nommen die Nitridschicht 3, nicht betroffen ist, und da der Bereich der Diffusi
onsschicht 5 auf und nahe den oberen und unteren Kanten 7 am tiefsten in der
Nitridschicht 3 liegt, wo die diffundierte Stickstoffkonzentration relativ niedrig
ist, wodurch der Effekt von diffundiertem Stickstoff relativ klein ist, werden sich
somit Sprünge nicht in das Grundmaterial 2 aus rostfreiem Stahl oder die Diffusi
onsschicht 5 fortsetzen. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Sprünge, die in der
ion-plating Abscheidungsschicht 8 auftreten, in einer Verminderung der Dauerfe
stigkeit des Kolbenrings 1 resultieren.
Im Kolbenring 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird die ion-plating Ab
scheidungsschicht 8 auf der Diffusionsschicht 5 ausgebildet, wodurch man eine
bessere Haftung erhält verglichen mit einer ion-plating Abscheidungsschicht, die
direkt auf Grundmaterial aus rostfreiem Stahl gebildet wird. Somit ist es unwahr
scheinlich, dass die ion-plating Abscheidungsschicht 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung sich abschält. Außerdem würde, selbst wenn die ion-plating Abschei
dungsschicht 8 auf der äußeren Umfangsfläche abgenutzt ist, kein Verschleiß
stattfinden, da die Diffusionsschicht 5 der Nitridschicht 3 direkt unter der ion-
plating Abscheidungsschicht 8 liegt.
Während die Verbundschicht 3 der oberen und unteren Oberfläche dazu vorgese
hen ist, nach dem Nitrierprozess an einem beispielsweisen Kolbenring 1, be
schrieben gemäß Fig. 1, entfernt zu werden, kann diese Verbundschicht 3 der obe
ren und unteren Oberflächen an ihrem Ort belassen werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein anderer beispielsweiser Kol
benring gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 2 zeigt Querschnittsansichten eines Kolbenrings 1a, ähnlich Fig. 1, aber ge
mäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die axiale
Länge im Vergleich zu seiner radialen Länge relativ klein ist, wobei Ansicht (a)
den Kolbenring 1a nach dem Abschrägen und Ansicht (b) den Kolbenring 1a
zeigt, nachdem eine ion-plating Abscheidungsschicht 8a ausgebildet ist.
Zuerst hat der Kolbenring 1a eine Nitridschicht 3a, die auf allen Oberflächen eines
Grundmaterials 2a aus rostfreiem Stahl ausgebildet ist, ähnlich dem Kolbenring
gemäß Fig. 1(a), wobei die Nitridschicht 3a eine Dicke von 60 bis 120 µm hat.
Wie in Fig. 2(a) gezeigt, wird die Verbundschicht 4a der äußeren Umfangsfläche
von der Nitridschicht 3a der äußeren Umfangsfläche des Kolbenrings 1a entfernt,
um die Diffusionsschicht 5a auf der äußeren Umfangsfläche freizulegen, ähnlich
Fig. 1(b). Die freigelegte Diffusionsschicht 5a wird in ihrer Dicke mindestens um
30% oder weniger der Dicke der Nitridschicht 3a an den oberen und unteren
Kanten der äußeren Umfangsfläche reduziert; z. B. ist die Diffusionsschicht 5a
20 µm, wenn die Nitridschicht 3a 100 µm ist, indem man die Kantenbereiche 6a, die
um die oberen und unteren Kanten 7a liegen, abschrägt.
Dann wird, wie in Fig. 2(b) gezeigt, eine ion-plating Abscheidungsschicht 8a aus
Hartkeramik auf der äußeren Umfangsfläche der Diffusionsschicht 5a des Kolben
rings 1a ausgebildet. Auch ist, wie in Fig. 2b gezeigt, die Dicke der Diffusions
schicht 5a, die unter der ion-plating Abscheidungsschicht 8a liegt, annähernd kon
stant mit Ausnahme der oberen und unteren Kantenbereiche 6a der äußeren Um
fangsfläche, wobei die Dicke graduell auf 30% oder weniger der Dicke der Ni
tridschicht 3a abnimmt, wenn man sich den oberen und unteren Kanten 7a nähert.
Wenn ein wie oben ausgebildeter Kolbenring 1a verwendet wird, können Sprünge
in der ion-plating Abscheidungsschicht 5a an den oberen und unteren Kantenbe
reichen 6a nahe den oberen und unteren Kanten 7a des Grundmaterials 2a des
Kolbenrings 1a aus rostfreiem Stahl auftreten, da die ion-plating Abscheidungs
schicht 8a geringe Festigkeit hat, und solche Sprünge können auf die Diffusions
schicht 5a nahe deren oberen und unteren Kanten 7a wirken. Da jedoch der Be
reich der Diffusionsschicht 5a auf und nahe den oberen und unteren Kanten 7a am
tiefsten in der Nitridschicht 3a liegt, wo die diffundierte Stickstoffkonzentration
relativ gering ist, würden sich somit Sprünge nicht weiter fortsetzen. Daher ist es
unwahrscheinlich, dass Sprünge, die in der ion-plating Abscheidungsschicht 8a
auftreten, in einer Verminderung der Dauerfestigkeit des Kolbenrings 1a resultie
ren. Während die Verbundschicht 3a der oberen und unteren Oberflächen so vor
gesehen ist, dass sie nach dem Nitrierprozess bei dem beispielsweisen Kolbenring
1a, beschrieben gemäß Fig. 2, verbleibt, kann die Verbundschicht 3a der oberen
und unteren Oberflächen entfernt werden, wie bei Fig. 1 beschrieben.
Abgesehen von der obigen Beschreibung ist Aufbau und Wirkung dieses bei
spielsweisen Kolbenrings 1a ähnlich dem beispielsweisen Kolbenring 1 gemäß
Fig. 1.
Wie oben beschrieben, hat ein Kolbenring, der gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist, einen ausgezeichneten Vorteil darin, dass es unwahrscheinlich ist,
dass eine Verminderung der Dauerfestigkeit des Kolbenrings von Sprüngen resul
tiert, die zuerst in der ion-plating Abscheidungsschicht auftreten und sich anson
sten in Bereiche fortpflanzen, die unter der Abscheidungsschicht liegen, weil di
rekt unter der ion-plating Abscheidungsschicht eine Zone vorgesehen ist, die es
den Sprüngen nicht erlaubt, sich durch sie hindurch fortzusetzen, wobei je nach
dem vorliegenden Fall, die Zone entweder der nicht nitrierte Bereich des Grund
materials aus rostfreiem Stahl oder ein Bereich ist, der am tiefsten in der Diffusi
onsschicht liegt und nur gering nitriert ist.
Der Kolbenring, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, hat einen
weiteren ausgezeichneten Vorteil darin, dass eine bessere Haftung erzielt wird,
verglichen mit den ion-plating Abscheidungsschichten, die direkt auf dem
Grundmaterial aus rostfreiem Stahl ausgebildet werden wie beim Stand der Tech
nik, da die ion-plating Abscheidungsschicht auf der Diffusionsschicht ausgebildet
wird, wodurch es unwahrscheinlich ist, dass sich die ion-plating Abscheidungs
schicht gemäß der vorliegenden Erfindung abschält.
Ferner hat ein Kolbenring, der gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist,
einen weiteren ausgezeichneten Vorteil darin, dass Verschleiß nicht auftreten
wird, selbst wenn die ion-plating Abscheidungsschicht auf der äußeren Umfangs
fläche abgenutzt ist, da die Diffusionsschicht der Nitridschicht direkt unter der
ion-plating Abscheidungsschicht liegt, wodurch verhindert wird, dass das Grund
material des Kolbenrings aus rostfreiem Stahl direkt in Kontakt mit der inneren
Wand des Zylinders oder der Zylinderbuchse gelangt, auf der der Kolbenring
gleiten soll.
Während grundsätzlich neue Merkmale der Erfindung in ihrer Anwendung auf
bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, versteht
sich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Ausführungsfor
men für Fachleute möglich sind, ohne dass man von der Idee der Erfindung ab
weicht. Es ist daher unsere Absicht, nur durch den Schutzbereich der angefügten
Ansprüche beschränkt zu sein.
Claims (2)
1. Kolbenring (1) mit einem Grundmaterial (2) aus rostfreiem Stahl, wobei
das Grundmaterial (2) eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche, eine
innere Umfangsfläche und eine äußere Umfangsfläche aufweist und jede
dieser Oberflächen eine darauf ausgebildete Nitridschicht (3) hat, wobei
jede Nitridschicht (3) zunächst so ausgebildet ist, dass sie eine Verbund
schicht (4) und eine Diffusionsschicht (5) hat, dann die Diffusionsschicht
(5) der äußeren Umfangsfläche durch Entfernen der Verbundschicht (4)
der äußeren Umfangsfläche freigelegt wird, und danach auf der freigeleg
ten Diffusionsschicht (5) eine ion-plating Abscheidungsschicht (8) aus
Hartkeramik ausgebildet wird, wobei der Kolbenring (1) dadurch ge
kennzeichnet ist, dass
die freigelegte Diffusionsschicht (5) an den oberen und unteren Kanten (7)
der oberen und unteren Oberflächen und der äußeren Umfangsflächen
gänzlich entfernt wird durch Abschrägen der Kantenbereiche (6) der Ni
tridschicht (3), die um die oberen und unteren Kanten (7) herum liegt, be
vor die ion-plating Abscheidungsschicht (8) gebildet wird.
2. Kolbenring (1a) mit einem Grundmaterial (2a) aus rostfreiem Stahl, wobei
das Grundmaterial (2a) eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche, eine
innere Umfangsfläche und eine äußere Umfangsfläche hat und jede dieser
Oberflächen eine darauf ausgebildete Nitridschicht (3a) hat, wobei jede
Nitridschicht (3a) zunächst so ausgebildet ist, dass sie eine Verbundschicht
(4a) und eine Diffusionsschicht (5a) hat, dann die Diffusionsschicht (5a)
der äußeren Umfangsfläche durch Entfernen der Verbundschicht (4a) der
äußeren Umfangsfläche freigelegt wird, und danach auf der freigelegten
Diffusionsschicht (5a) eine ion-plating Abscheidungsschicht (8a) aus
Hartkeramik ausgebildet wird, wobei der Kolbenring (1a) dadurch gekenn
zeichnet ist, dass
die freigelegte Diffusionsschicht (5a) in ihrer Dicke auf 30% oder weniger
der Dicke der Nitridschicht (3a) an den oberen und unteren Kanten (7a)
der oberen und unteren Oberflächen und der äußeren Umfangsfläche redu
ziert wird, indem die Kantenbereiche (6a) der Nitridschicht, die um die
oberen und unteren Kanten (7a) liegen, abgeschrägt werden, bevor die ion-
plating Abscheidungsschicht (8a) gebildet wird.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004028487A1 (de) * | 2004-06-11 | 2006-01-12 | Mahle Gmbh | Verfahren zur Herstellung verschleissfester Flanken für einen Trapezring für Verbrennungsmotoren |
WO2007025533A1 (de) | 2005-09-01 | 2007-03-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur herstellung eines kolbenrings für verbrennungsmotoren sowie einen derartigen kolbenring |
DE102007007961A1 (de) | 2007-02-17 | 2008-08-21 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
WO2013135325A1 (de) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | KOLBENRING MIT CHROM-FESTSTOFFPARTIKEL-VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT UND KORROSIONSBESTÄNDIGER FLANKENFLÄCHE |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090174150A1 (en) * | 2008-01-08 | 2009-07-09 | Thomas Smith | Lateral side protection of a piston ring with a thermally sprayed coating |
DE102008028052A1 (de) * | 2008-06-12 | 2010-01-21 | Man Diesel, Filial Af Man Diesel Se, Tyskland | Verfahren zur Stabilisierung eines Kolbenrings und Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens |
BRPI0903320A2 (pt) * | 2009-09-24 | 2011-05-24 | Mahle Metal Leve Sa | anel de pistão e processo de fabricação de um anel de pistão |
DE102010047836B4 (de) * | 2010-10-07 | 2014-09-04 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings |
BRPI1103935A2 (pt) * | 2011-08-17 | 2013-08-06 | Mahle Metal Leve Sa | anel de pistço |
BR102012033436A2 (pt) * | 2012-12-27 | 2014-09-02 | Mahle Metal Leve Sa | Anel de pistão, processo de fabricação de anel de pistão e êmbolo dotado de anel de pistão |
BR112015015720A2 (pt) * | 2012-12-31 | 2017-07-11 | Mahle Int Gmbh | anel de pistão com revestimento duplo |
JP6313601B2 (ja) * | 2014-01-23 | 2018-04-18 | 株式会社リケン | ピストンリング及びその製造方法 |
BR102014004402B1 (pt) * | 2014-02-25 | 2022-08-09 | Mahle Metal Leve S/A | Anel de pistão e seu processo de fabricação |
BR102015010736B1 (pt) * | 2015-05-05 | 2021-05-25 | Mahle Metal Leve S/A | anel de pistão |
US9829105B2 (en) * | 2015-06-15 | 2017-11-28 | Mahle International Gmbh | Nitride coated piston ring |
BR102015020400A2 (pt) | 2015-08-24 | 2017-03-01 | Mahle Int Gmbh | anel de pistão |
CN106089484A (zh) * | 2016-08-03 | 2016-11-09 | 重庆高金实业有限公司 | 活塞单环及含有该活塞单环的汽油发动机活塞、气缸 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1132351A (en) * | 1965-01-07 | 1968-10-30 | Wellworthy Ltd | Improvements in or relating to sealing rings, particularly piston rings |
US4106782A (en) * | 1977-08-18 | 1978-08-15 | Koppers Company, Inc. | Ceramic coated piston rings |
JPS60188660A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-26 | Nippon Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
US5316321A (en) * | 1991-07-15 | 1994-05-31 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Nonferrous piston ring with hard surface treatment layer |
JP3090520B2 (ja) | 1991-12-25 | 2000-09-25 | 株式会社リケン | ピストンリングとその製造方法 |
JP3350157B2 (ja) * | 1993-06-07 | 2002-11-25 | 帝国ピストンリング株式会社 | 摺動部材およびその製造方法 |
JPH10184914A (ja) * | 1996-12-26 | 1998-07-14 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | ピストンリングとシリンダライナの組合せ |
DE19720779C1 (de) * | 1997-05-17 | 1998-10-01 | Ae Goetze Gmbh | Kolbenring aus Gußeisen |
JP2000120870A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | ピストンリング |
JP2000120869A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 摺動部材及びその製造方法 |
JP3295388B2 (ja) * | 1999-04-07 | 2002-06-24 | 帝国ピストンリング株式会社 | ピストンリング |
-
2001
- 2001-02-27 JP JP2001051581A patent/JP4392485B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-02-06 US US10/066,690 patent/US6698763B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-02-20 DE DE10207148A patent/DE10207148B4/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004028487A1 (de) * | 2004-06-11 | 2006-01-12 | Mahle Gmbh | Verfahren zur Herstellung verschleissfester Flanken für einen Trapezring für Verbrennungsmotoren |
US7572344B2 (en) | 2004-06-11 | 2009-08-11 | Mahle Gmbh | Method for the production of wear-resistant sides for a keystone ring for internal combustion engine |
DE102004028487B4 (de) * | 2004-06-11 | 2018-11-15 | Mahle Gmbh | Verfahren zur Herstellung verschleissfester Flanken für einen Trapezring für Verbrennungsmotoren |
WO2007025533A1 (de) | 2005-09-01 | 2007-03-08 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur herstellung eines kolbenrings für verbrennungsmotoren sowie einen derartigen kolbenring |
DE102007007961A1 (de) | 2007-02-17 | 2008-08-21 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
WO2008098547A1 (de) | 2007-02-17 | 2008-08-21 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
DE102007007961B4 (de) * | 2007-02-17 | 2012-05-16 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
DE102007007961C5 (de) * | 2007-02-17 | 2015-08-13 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Kolbenring |
WO2013135325A1 (de) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | KOLBENRING MIT CHROM-FESTSTOFFPARTIKEL-VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHT UND KORROSIONSBESTÄNDIGER FLANKENFLÄCHE |
US9404578B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-08-02 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Piston ring with chromium solid particle wear-prevention layer and corrosion-resistant flank surface |
RU2613819C2 (ru) * | 2012-03-16 | 2017-03-21 | Федераль-Могуль Буршайд Гмбх | Поршневое кольцо со слоем из хрома и твердых частиц для защиты от износа и коррозионностойкой боковой поверхностью |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4392485B2 (ja) | 2010-01-06 |
US20020117808A1 (en) | 2002-08-29 |
US6698763B2 (en) | 2004-03-02 |
DE10207148B4 (de) | 2008-07-10 |
JP2002257237A (ja) | 2002-09-11 |
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