DE10259717A1

DE10259717A1 - Kombinationsölring

Info

Publication number: DE10259717A1
Application number: DE2002159717
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Takao; Makoto Kajiwara; Mamoru Shimabara
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2003-07-17
Also published as: JP2003194223A

Abstract

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kombinationsölring zu schaffen, welcher exzellent in einem Abrasionswiderstand und einer Festigkeit ist und ferner exzellent im Bruchwiderstand ist ohne irgendwelche Gefahr der Spanerzeugung während des Einbaus. Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist in der vorliegenden Erfindug ein Kominationsölring geschaffen, welcher aufweist: einen Stahl-Ölringkörper (1), welcher im Querschnitt im Wesentlichen I-förmig ausgebildet ist, wobei jeder I-Schenkel in Form einer Dichtlippe mit einem Außenumfangs-Gleitvorsprung (5) ausgebildet ist und die Dichtlippen (2, 3) an den im Querschnitt im Wesentlichen säulenförmigen I-Steg (4) angeformt sind, und einen Expander (12), von dem der Ölringkörper (1) nach außen gedrückt wird, wobei eine Axialbreite (gamma) an der Gleitoberfläche (6) des Außenumfangs-Gleitvorsprungs (5) 0,2 mm bis 0,8 mm beträgt und wenigstens die Gleitoberfläche (6) einen darauf gebildeten Hartfilm (11; 30, 31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche mindestens jenes Gleitvorsprungs (5), welcher zuerst in den Zylinder (20) eingesetzt wird, wenn der Ölring via eines Kolbens in den Zylinder (20) eingesetzt wird, kegelig in einem Winkel (alpha) von 30 DEG +- 15 DEG verläuft.

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kombinationsölring zum Gebrauch in einem Verbrennungsmotor und insbesondere einen Kombinationsölring, der im Kegelwinkel der Außenoberfläche eines Außenumfangs-Gleitvorsprungs charakterisiert ist.

Beschreibung des Standes der Technik

In einem Hubkolbenverbrennungsmotor ist ein Ölringkörper allgemein in einer Ringnut eines Kolbens installiert, um ein adäquates Schmiermittel an die Innenwandoberfläche eines Zylinders gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens zuzuführen und eine zusätzliche Schmiermittelmenge wirksam so abzustreifen, dass das Schmiermittel daran gehindert wird, in eine Verbrennungskammer zu fließen.

Ein solcher Ölringkörper ist aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, und um den Abriebwiderstand und die Festigkeit zu erhöhen und die Funktion zu verbessern, kann der gesamte Umfang des Ölringkörpers einer Nitrierbehandlung unterzogen werden. Obgleich der Abriebwiderstand und die Festigkeit eines Abschnittes, welcher der Nitrierbehandlung unterzogen worden ist, verbessert werden kann, wird jedoch der Abschnitt mit hoher Wahrscheinlichkeit zerbrechlich, wodurch der Bruchwiderstand abnimmt.

Um das oben beschriebene Problem zu lösen, sind zum Beispiel entwickelt worden: Ein Verfahren zum Bilden einer Nitridschicht an einem Abschnitt, welcher Abriebfestigkeit erfordert, und ferner zum Schaffen eines Dickenunterschiedes der Nitridschicht gemäß dem benötigten Abriebwiderstandsgrad, wie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 6-336951 offenbart; ein Verfahren, um während einer Nachbehandlung einen nicht benötigten Abschnitt einer Nitridschicht, welche auf dem gesamten Umfang gebildet ist, zu entfernen, wie in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-115372 offenbart; ein Verfahren zum Bilden einer Nitridschicht auf dem gesamten Umfang, und dann zum Bilden einer Ionen- Plattierschicht nur an einer Außenumfangs-Gleitoberfläche, welche einen Abriebwiderstand besonders erfordert, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 11-190430 offenbart; und andere.

Mit diesen Verfahren ist es jedoch schwierig gewesen, Späne eines Ölringkörpers auf befriedigende Weise zu vermeiden, wenn eine Bearbeitung durchgeführt worden ist, oder wenn ein Kombinationsölring in einen Zylinder eingebaut worden ist, und daher konnte der Bruchwiderstand nicht auf einem ausreichenden Niveau gehalten werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um die oben genannten, beim Stand der Technik beobachteten Probleme zu lösen. Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kombinationsölring zu schaffen, welcher exzellent im Abriebwiderstand und in Festigkeit ist und ferner exzellent im Bruchwiderstand ist, ohne dass eine Gefahr einer Spanbildung während des Einbaus des Ölrings besteht.

Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, ist in der vorliegenden Erfindung ein Kombinationsölring geschaffen, welcher aufweist: einen Stahl-Ölringkörper, welcher im Querschnitt im wesentlichen I-förmig ausgebildet ist, wobei jeder I-Schenkel in Form einer Dichtlippe mit einem Außenumfangs-Gleitvorsprung ausgebildet ist und die Dichtlippen an den im Querschnitt im wesentlichen säulenförmigen I-Steg angeformt sind, und einen Expander, von dem der Ölringkörper nach außen gedrückt wird, wobei eine Axialbreite an der Gleitoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges 0,2 mm bis 0,8 mm beträgt, und wenigstens die Gleitoberfläche einen darauf gebildeten Hartfilm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche mindestens jenes Gleitvorsprungs, welcher zuerst in den Zylinder eingesetzt wird, wenn der Ölring via eines Kolbens in den Zylinder eingesetzt wird, kegelig in einem Winkel von 30° ± 15° verläuft.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat mindestens eine Außenoberfläche der Außenumfangs-Gleitvorsprünge einen Kegelwinkel innerhalb des oben beschriebenen Bereiches, wobei der Ölringkörper in die Ringnut des Kolbens eingesetzt werden kann, und ferner, wenn der Ölringkörper in den Zylinder eingesetzt wird, eine Spanbildung während des Einbaus vermieden werden kann. Dies liegt darin begründet, dass, wenn mindestens eine Außenoberfläche der ausgebildeten Außenumfangs-Gleitvorsprünge beider Dichtlippen in Kontakt mit dem Ende oder ähnlichem einer Zylinderöffnung gebracht wird, wenn der Kombinationsölring in den Zylinder eingebaut wird, es möglich ist, den Bruchwiderstand zu erhöhen, indem der Kegelwinkel dieses Abschnittes innerhalb des oben beschriebenen Bereiches gesetzt ist, womit der in Bruchwiderstand exzellente Kombinationsölring geschaffen ist, so dass jede Spanbildung im Falle des Kontaktes vermieden wird.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die beiden Dichtlippen symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Weil die beiden Dichtlippen symmetrisch zueinander ausgebildet sind, wird der Druck gleichförmig auf jede der Außenumfangs- Gleitoberflächen aufgebracht, womit es schwierig gemacht wird, eine Unannehmlichkeit wie zum Beispiel Torsion zu verursachen.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass der Hartfilm mindestens auf dem gesamten Umfang (das heißt der Außenoberfläche, der Gleitoberfläche und einer Innenoberfläche) des Außenumfangs-Gleitvorsprunges gebildet ist.

Weil der Hartfilm mindestens an der oben beschriebenen Position gebildet ist, ist es somit möglich, einen Abschälwiderstand des Hartfilms an der Gleitoberfläche zu erhöhen.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass die Innenoberfläche beider Außenumfangs-Gleitvorsprünge einen Kegelwinkel von 15° ± 15° haben sollte. Dies liegt darin gegründet, dass in dem Fall, in dem die Innenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges einen Kegelwinkel kleiner als im oben beschriebenen Bereich aufweist, ist, obgleich es aufgrund der durch den Abrieb verursachten Zunahme des Außenumfangs- Gleitoberflächen-Bereiches eine Abnahme des Oberflächendruckes gibt, die Herstellung in einem technischen Aspekt schwierig, welches aus der Sicht der Fertigungseffizienz nicht wünschenswert ist. Wenn im Gegensatz dazu der Kegelwinkel größer als im oben beschriebenen Bereich ist, kann aufgrund der durch den Abrieb verursachten Zunahme des Außenumfangs- Gleitvorsprung-Bereiches die Abnahme des Kontaktoberflächendruckes des Ölringkörpers nicht vernachlässigt werden.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass der Hartfilm aus einer Nitridschicht bestehen sollte.

Weil die Nitridschicht exzellent in Abriebwiderstand und in Festigkeit ist, ist die Nitridschicht auf der Außenurnfangs- Gleitoberfläche gebildet, an welcher der Abriebwiderstand und die Festigkeit am Kombinationsölring am meisten benötigt werden, so dass der Kombinationsölring den Einsatz unter ernsten Bedingungen übersteht.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass der Hartfilm eine Ionen-metallisierte Schicht ist.

Weil auch die Ionen-metallisierte Schicht exzellent in Abriebwiderstand und Festigkeit ist, ist die Ionenmetallisierte Schicht auf der Außenumfangs-Gleitoberfläche gebildet, an welcher der Abriebwiderstand im Ölringkörper besonders erforderlich ist, so dass der Kombinationsölring den Einsatz unter ernsten Bedingungen überstehen kann.

In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, dass der Hartfilm eine Nitridschicht und eine Ionen-metallisierte Schicht, welche auf der Nitridschicht laminiert ist, aufweist. Mit dem Hartfilm, welcher die Nitridschicht und die auf der Nitridschicht laminierte Ionen-metallisierte Schicht aufweist, kann die Haftfähigkeit der Ionen-metallisierten Schicht zusätzlich zum Abriebwiderstand und der Festigkeit erhöht werden, welche für den Hartfilm erforderlich sind.

Weil gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine Außenoberflächenseite der beiden Außenumfangs-Gleitvorsprünge in Kontakt mit dem Ende oder ähnlichem einer Zylinderöffnung gebracht ist, wenn der Kombinationsölring in den Zylinder eingebaut wird, ist es möglich, den Bruchwiderstand zu erhöhen, indem der Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges innerhalb des oben beschriebenen Bereiches gesetzt ist. Somit wird der Effekt der vorliegenden Erfindung, den im Bruchwiderstand exzellenten Kombinationsölring zu schaffen, so dass jede Spanbildung im Falle des Kontaktes vermieden wird, erzielt.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kombinationsölringes zeigt,
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, welche eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kombinationsölringes zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Kombinationsölring erklärt.
Der erfindungsgemäße Kombinationsölring weist die Merkmale auf: einen Stahl-Ölringkörper, welcher im Querschnitt im wesentlichen I-förmig ausgebildet ist, wobei jeder I-Schenkel in Form einer Dichtlippe mit einem Außenumfangs-Gleitvorsprung ausgebildet ist und die Dichtlippen an den im Querschnitt im wesentlichen säulenförmigen I-Steg angeformt sind, und einen Expander, von dem der Ölringkörper nach außen gedrückt wird, wobei eine Axialbreite an der Gleitoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges 0,2 mm bis 0,8 mm beträgt, und wenigstens die Gleitoberfläche einen darauf gebildeten Hartfilm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche mindestens eines Gleitvorsprungs in einem Winkel von 30° ± 15° kegelig verläuft. Ein Beispiel des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kombinationsölringes wird nachfolgend mit Bezug auf die angehängte Zeichnung erläutert.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kombinationsölringes, wobei Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche eine Ausführungsform des Kombinationsölringes zeigt, in der eine Nitridschicht als ein Hartfilm gebildet ist, und wobei Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche eine andere Ausführungsform des Kombinationsölringes zeigt, in der eine Ionenplattier-Schicht (nachfolgend oft mit "IP" abgekürzt) auf einer Nitridschicht als ein Hartfilm gebildet ist.
Ein Ölringkörper 1 in dieser Ausführungsform zeigt eine Ausführungsform, welche im Querschnitt im wesentlichen I- förmig ausgebildet ist, in welcher eine Dichtlippe 2 und eine Dichtlippe 3 via eines zylindrischen Steges 4 miteinander verbanden sind. Die Dichtlippe 2 und die Dichtlippe 3 sind symmetrisch zueinander gebildet.
Zunächst wird eine Erklärung mit Bezug auf Fig. 1 gegeben. Der Ölringkörper 1 weist auf: einen Außenumfangs- Gleitvorsprung 5 mit einer Gleitoberfläche 6 an dessen Spitze, welche auf der Innenwand 21 eines Zylinders 20 gleitet; die Außenoberfläche 7 des Außenumfangs-Gleitvorsprunges, welche den Außenabschnitt des Außenumfangs-Gleitvorsprunges 5 definiert; und die Innenoberfläche 8 des Außenumfangs- Gleitvorsprunges, welche den Innenabschnitt des Außenumfangs- Gleitvorsprunges 5 definiert. Eine Außenumfangnut 9, welche durch. Verbinden der Dichtlippe 2 und der Dichtlippe 3 miteinander via des Steges 4 gebildet ist, ist eine Nut zum Aufnehmen von Öl, welches von der Gleitoberfläche 6 der Zylinderinnenwand 21 abgestreift wird. Ferner passiert das in der Außenumfangsnut 9 aufgenommene Öl durch zahlreiche Ölporen 10 hindurch, welche an dem Steg 4 gebildet sind, und wird dann zum Innenumfang des Ölringkörpers 1 befördert.
An dem Außenabschnitt der Gleitoberfläche 6, welche auf der Zylinderinnenwand 21 gleitet, ist genau eine Nitridschicht 11 als ein Hartfilm gebildet, um Abriebwiderstand und Festigkeit zu erhöhen. Die Nitridschicht 11 kann mindestens auf der Gleitoberfläche gebildet sein, an welcher der Abriebwiderstand im Ölringkörper besonders erforderlich ist, aber es gibt Fälle, in denen sie auf der gesamten Oberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges 5 gebildet ist, wie in der Figur gezeigt, um eine günstige Festigkeit und einen günstigen Abschälwiderstand beizubehalten, oder in denen sie auf dem gesamten Umfang des Ölringkörpers 1 gebildet ist, weil sie leicht gebildet werden kann. Darüberhinaus kann ein IP-Film direkt auf dem Ölringkörper 1 anstelle der Nitridschicht als der in Fig. 1 dargestellte Hartfilm 11 gebildet sein.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kombinationsölrings, in welcher der Hartfilm eine Nitridschicht und eine auf der Nitridschicht gebildete IP-Schicht aufweist. Auch in dieser Ausführungsform ist eine Nitridschicht 30 gebildet, um eine Gleitoberfläche 6 eines Außenumfangs-Gleitvorsprunges 5, eine Außenoberfläche 7 des Außenumfangs-Gleitvorsprunges und eine Innenoberfläche 8 des Außenumfangs-Gleitvorsprunges abzudecken, ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Zusätzlich ist eine IP-Schicht 31 auf der Nitridschicht 30 gebildet.
Der erfindungsgemäße Kombinationsölring weist auf: einen Ölringkörper 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration und einen Ringexpander 12, um den Ölringkörper 1 nach außen in eine Radialrichtung in Kontakt mit dem Innenumfang des Ölringkörpers 1 so zu drücken, das der Ölringkörper 1 gegen die Innenwand 21 eines Zylinders drückt.
Eine detaillierte Beschreibung wird unten für jedes der konstituierenden Elemente des erfindungsgemäßen Kombinationsölringes mit der oben beschriebenen Konfiguration gegeben.

Ölringkörper

Der Ölringkörper ist so geschaffen, dass der Ölringkörper von dem Expander nach außen gedrückt wird, wenn er innerhalb des Zylinders eingebaut ist und mit einem Kolben bewegt wird, demzufolge eine Luftundurchlässigkeit gegen die Leckage von Verbrennungsgas hoher Temperatur und hohem Druck, welches in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors erzeugt ist, beibehalten wird. Um, wenn der Kombinationsölring innerhalb des Zylinders eingesetzt ist, solch eine günstige Luftundurchlässigkeit zu schaffen, wird der Ölringkörper, welcher so ausgebildet ist, dass er etwas größer als der Zylinderinnendurchmesser ist, in den Zylinder eingesetzt, indem er kontrahiert wird. Somit wird eine Spannung gegen die Zylinderinnenwand erzeugt, wodurch es möglich gemacht wird, den dichten Kontakt zur Zylinderinnenwand zu schaffen.
Wenn der Kombinationsölring derart innerhalb des Zylinders eingebaut ist, wird der Ölringkörper mit dem Ende der Zylinderöffnung, der Zylinderinnenwand oder ähnlichem in Kontakt gebracht, und es besteht im Kontaktabschnitt des Ölringkörpers die Gefahr einer Spanbildung. Ein solcher Span wird auch durch den Hartfilm zum Erhöhen des Abriebwiderstandes und der Festigkeit des Ölringkörpers verursacht, zusätzlich zum Kontakt während der Zeit des Einbaus. Dies liegt darin begründet, dass der Hartfilm eine geringe Zähigkeit hat, was mit einem Nachteil wie der Abnahme des Bruchwiderstandes verbunden ist, obgleich der Abriebwiderstand und die Festigkeit des Ölringkörpers durch Bilden des Hartfilms an einem Teil des Ölringkörpers oder auf dem gesamten Umfang des Ölringkörpers erhöht werden kann. Als Folge davon kann ein Span möglicherweise erzeugt werden, wenn der mit dem Hartfilm versehene Ölringkörper mit dem Zylinder in Kontakt gebracht wird.

1. Gestalt des Außenumfangs-Gleitvorsprunges

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt im Kegelwinkel der Außenoberfläche des Ölringkörper-Außenumfangs- Gleitvorsprunges, so dass der im Bruchwiderstand exzellente Kombinationsölring geschaffen wird, ohne dass die Gefahr einer Spanbildung besteht, wobei der Kombinationsölring auch den gleichen Abriebwiderstand und die gleiche Festigkeit wie zuvor beibehält.
Der Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges repräsentiert einen Winkel der geneigten Oberfläche der Außenoberfläche gegen die Radialrichtung des Kombinationsölringes; er ist durch einen Winkel α in Fig. 1 repräsentiert.
Der Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges liegt erfindungsgemäß bevorzugt in einem Bereich von 30° ± 15°, stärker bevorzugt in einem Bereich von 30° ± 10° und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 30° ± 5°.
Weil der Kegelwinkel der Spitze des Vorsprungs an der Außenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges, an welcher der Span am wahrscheinlichsten während des Einbaus erzeugt wird, innerhalb des oben beschriebenen Bereiches gesetzt ist, ist es möglich, jede Spanbildung während der Herstellung und des Einbaus zu vermeiden, sogar wenn die Oberfläche mit dem Hartfilm bedeckt ist, welcher eine geringe Zähigkeit hat.
Wenn der Kegelwinkel kleiner gesetzt ist als im oben angegebenen Bereich, nimmt der Oberflächendruck zwischen der Gleitoberfläche und der Zylinderinnenwand zu, wodurch die Dichtwirkung erhöht wird, so dass ein geringerer Ölverbrauch erzielt wird. Wenn jedoch der Kegelwinkel zu spitz ist, ist ein befriedigender Bruchwiderstand zum Unterdrücken der Spanbildung während des Einbaus schwierig zu erreichen, und die Festigkeit ist auch nicht ausreichend.
Wenn im Gegensatz dazu der Kegelwinkel größer gesetzt ist als im oben angegebenen Bereich, wird ein Kegelabschnitt zum Stützen der Spitze des Außenumfangs-Gleitvorsprunges groß, wodurch die Stabilität erhöht wird, der Abriebwiderstand und die Festigkeit erhöht wird und der Bruchwiderstand während des Einbaus befriedigend beibehalten wird. Der Abrieb gegen die Zylinderinnenwand erhöht jedoch die Zunahmerate des Bereiches der Gleitoberfläche, welche größer ist als jene in dem Fall, in dem der Kegelwinkel innerhalb des oben beschrieben Bereiches gesetzt ist. Diese Bereichszunahme ist nicht vorteilhaft, weil sie früh Nachteile hervorruft, wie zum Beispiel eine Druckabnahme an der Kolbenringkontaktoberfläche oder eine Zunahme im Treibstoffverbrauch, welche durch die Abnahme der Dichtwirkung zwischen der Gleitoberfläche und der Zylinderinnenwand verursacht wird.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Gleitoberflächenaxialbreite gegeben. Die "Gleitoberflächenaxialbreite" in der vorliegenden Erfindung kennzeichnet eine Breite γ in einer Richtung parallel zur Axialrichtung der Gleitoberfläche in Kontakt mit der Zylinderinnenwand, wie in Fig. 1 gezeigt, und ist ferner gleich einem Zahlenwert, welcher durch Summieren der Breiten beider Dichtlippen ermittelt wird. Die oben beschriebene Gleitoberflächenaxialbreite liegt erfindungsgemäß bevorzugt in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,35 mm bis 0,65 mm und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm.
Es ist wünschenswert, die Breite des Ölringkörpers zu reduzieren, um die Gewichtsreduktion des Kolbenringes und die Ölverbrauchsreduktion zu unterstützen. Eine solche Anforderung kann mit der Axialbreite innerhalb des oben beschriebenen Bereiches erfüllt werden. Als Folge davon kann die Gewichtsreduktion des Kolbens und die Ölverbrauchsreduktion auf einem befriedigenden Niveau erreicht werden.
Nachfolgend wird eine Erklärung des Kegelwinkels der Innenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges gegeben. Der Kegelwinkel der Innenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges repäsentiert einen Winkel der geneigten Oberfläche der Innenoberfläche gegen die Radialrichtung des Kombinationsölringes. In Fig. 1 repräsentiert das Symbol β den Kegelwinkel der Innenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges. Erfindungsgemäß ist dieser Kegelwinkel bevorzugt in einem Bereich von 15° ± 15°, stärker bevorzugt in einem Bereich von 10° ± 10° und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 10° ± 5°.
Erfindungsgemäß ist der Kegelwinkel der Innenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges definiert, um eine Zunahme des Bereiches der Gleitoberfläche auf das Minimum zu begrenzen und die Lebensdauer zu verlängern, wenn die Gleitoberfläche auf der Zylinderinnenwand gleitet und abschabt. In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, dass der Kegelwinkel definiert sein sollte, eine solche Form zu erlangen, dass der Bereich aufgrund der Abrasion nicht veränderlich wird. Von diesem Standpunkt aus gesehen ist der Kegelwinkel der Innenoberfläche vorzugsweise klein. Wenn der Kegelwinkel der Innenoberfläche jedoch kleiner gesetzt ist als der im oben beschriebenen Bereich, wird die Bearbeitung schwierig, was zu einem Nachteil im Hinblick auf die Fertigungseffizienz führt. Wenn im Gegensatz dazu der Kegelwinkel größer gesetzt ist als im oben beschriebenen Bereich, wird die Zunahme des Bereiches der Gleitoberfläche aufgrund der Abrasion erheblich, wie oben beschrieben, was zur Oberflächendruckabname führt. Das ist nicht wünschenswert, weil ein Nachteil wie die Abnahme der Dichtwirkung zwischen der Gleitoberfläche und der Zylinderinnenwand frühzeitig geschaffen werden kann.
Um gemäß der vorliegenden Erfindung jede Spanerzeugung an der Gleitoberfläche während des Einbaus zu vermeiden, ist mindestens eine der beiden Dichtlippen, welche zuerst in den Zylinder eingesetzt wird, wenn sie via des Kolbens in den Zylinder eingesetzt werden, mit dem erfindungsgemäßen Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges ausgebildet, wodurch es möglich ist, den Bruchwiderstand zu erhöhen. Ferner sind, wie in Fig. 1 gezeigt, die beiden Dichtlippen symmetrisch zueinander gebildet, wodurch es möglich ist, nicht nur den Bruchwiderstand während des Einbaus zu erhöhen, sondern auch jede Torsion zu verhindern, welche eine Funktionsinstabilität hervorrufen kann, wenn ein Motor betrieben wird. Daher ist es wünschenswert, dass die beiden Dichtlippen symmetrisch zueinander gebildet sind. Die Torsion wirkt sich während des Motorbetriebs übrigens derart aus, dass, weil die Formen der beiden Dichtlippen voneinander unterschiedlich sind, so dass damit die auf die Gleitoberflächen ausgeübten Drücke variieren, das Gleichgewicht zwischen den beiden Gleitoberflächen nicht mehr besteht, so dass der vorteilhafte Betrieb des Kombinationsölringes behindert ist.

2. Material des Kombinationsölringes

Das Material zum Bilden des erfindungsgemäßen Ölringkörpers ist nicht besonders begrenzt, so lange Materialien eine angemessene Zähigkeit aufweisen, und das Material durch die Spannung des Ringexpanders nicht deformiert wird, insbesondere Stahlmaterialien, welche bei einem Ölringkörper nach dem Stand der Technik benutzt worden sind. Von diesen Materialien können vorzugsweise ein martensitischer rostfreier Stahl (SUS 440 oder SUS 410), 10 Cr, 8 Cr, ein Legierungswerkzeugstahl (SKD Material), ein Material äquivalent zu SKD 61, und ähnliche verwendet werden.

3. Hartfilm

Um den geeigneten Abrasionswiderstand und die Festigkeit an der Gleitoberfläche beizubehalten, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der in den oben beschriebenen Eigenschaften exzellente Hartfilm mindestens auf der Gleitoberfläche gebildet. Darüberhinaus ist es wünschenswert, dass der Hartfilm mindestens auf der Außenoberfläche, Gleitoberfläche und Innenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges gebildet sein sollte. Dies liegt darin begründet, weil es möglich wird, auch den Abschälwiderstand zusätzlich zum Abrasionswiderstand und der Festigkeit beizubehalten.
Der Hartfilm kann gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet sein, dass er den gesamten Ölringkörper-Umfang bedeckt. Der Abrasionswiderstand und die Festigkeit können an einem Abschnitt beibehalten werden, welcher den Abrasionswiderstand und die Festigkeit erfordert und ein anderer ist als die Gleitoberfläche, zum Beispiel ein Abschnitt in Kontakt mit dem Ringexpander, indem der Hartfilm auf dem gesamten Umfang gebildet ist. Ferner ist es im Hinblick auf Fertigungseffizienz wünschenswert, weil keine Nachbehandlung erforderlich ist.
Demzufolge sollte die Dicke des Hartfilms, welcher den Abrasionswiderstand und die Festigkeit auf die Gleitoberfläche aufbringt, bevorzugt in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,02 mm bis 0,11 mm sein.
Wenn die Dicke weniger als im oben beschriebenen Bereich ist, ist es unmöglich, entweder einen befriedigenden Abrasionswiderstand oder eine befriedigende Festigkeit zu erzielen. Wenn im Gegensatz dazu die Dicke größer als im oben beschriebenen Bereich ist, nimmt die Brüchigkeit zu, wodurch sich der Bruchwiderstand deutlich verschlechtert.
Der oben beschriebene Hartfilm ist nicht begrenzt, solange der Hartfilm den Abrasionswiderstand und die Festigkeit auf den Ölringkörper aufbringen kann. Bevorzugt seien eine Nitridschicht, eine IP-Schicht, eine Hartkohlenstoff- Filmschicht, eine Chrom-metallisierte Schicht und ähnliches aufgeführt. Von diesen Schichten ist es vorzugsweise wünschenswert, dass der Hartfilm als eine Nitridschicht oder eine IP-Schicht gebildet ist, welche in Abrasionswiderstand und Festigkeit in einer Einzelstruktur exzellent ist.
Zusätzlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Hartfilm aus einer IP-Schicht, welche auf einer Nitridschicht laminiert ist, in einer Doppelstruktur gebildet sein. Auf diese Weise kann die Lamination der IP-Schicht auf der Nitridschicht die Adhäsion des Hartfilms insgesamt erhöhen, wodurch der Schälwiderstandserhöhungseffekt erreicht ist. Im Hinblick auf den Abrasionswiderstand und die Festigkeit kann übrigens der gleiche Effekt wie jener bei der Einzelstruktur sogar im Falle des Hartfilms in der Doppelstruktur erzeugt werden.
Eine detaillierte Beschreibung der Nitridschicht und der IP- Schicht, welche gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als der Hartfilm verwendet werden, wird nachfolgend gegeben.

(i) Nitridschicht

Nitrieren zum Bilden einer Nitridschicht ist ein Verfahren zum Imprägnieren aktivierten Stickstoffs an der Stahloberfläche, um die Oberfläche zu härten. Nitrid wird an der Stahloberfläche durch Imprägnieren aktiven Stickstoffs an der Stahloberfläche gebildet. Weil dieses Nitrid eine hohe Härteeigenschaft hat, ist es möglich, einen Abrasionswiderstand und eine Festigkeit auf den Ölringkörper aufzubringen, indem die Oberfläche des Ölringkörpers dem Nitrieren unterzogen wird. Die Verfahren dieses Nitrierens weisen ein Salzbadnitrierverfahren, ein Gasnitrierverfahren, ein Ionennitrierverfahren und ähnliches auf. Ein geeignetes Verfahren wird gemäß der Stahlmaterialien oder ähnlicher für dieses Verfahren verwendeten Materialien gewählt, wodurch eine exzellente Nitridschicht gebildet wird. Von diesen Verfahren ist es besonders wünschenswert, wenn das kostengünstige Gasnitrierverfahren in der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte.
In dem Fall, in dem die Nitridschicht nur an einem Teil des Ölringkörpers gebildet ist, kann die Teil-Nitridschicht gebildet werden durch: ein Verfahren zum Bilden der Nitridschicht auf dem gesamten Umfang, gefolgt von einer Nachbehandlung, durch welche ein unnötiger Abschnitt der Nitridschicht entfernt wird; ein Verfahren, durch welches zuvor Zinkphosphat oder ähnliches auf einen Abschnitt, an dem keine Nitridschicht gebildet wird, mittels Maskentechnik aufgebracht wird, wobei sich das Nitrieren anschließt.

(ii) IP Schicht

Die IP-Schicht in der vorliegenden Erfindung ist auf eine Schicht bezogen, welche durch ein IP-Verfahren gebildet ist. Hier kennzeichnet das IP-Verfahren ein Verfahren, in dem Chrom oder ähnliches in Hochvakuum und in einer Edelgasatmosphäre verdampft wird, die resultierende Verdampfungsströmung ionisiert wird und es dann der ionisierten Verdampfungsströmung erlaubt wird, auf ein Target zu treffen, welches an eine negativ gepolte Spannung angeschlossen ist, wodurch die IP-Schicht gebildet wird.
Weil das IP-Verfahren eine Behandlung bei hohen Temperaturen nicht besonders erfordert, kann es bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, und ferner kann die dichte IP-Schicht mit exzellenter Kristallinität gebildet werden.
Wenn die IP-Schicht durch Verwenden des oben beschriebenen IP- Verfahrens gebildet wird, werden Nitride, Oxide, Carbide hergestellt, indem ein Chrom-basiertes Target oder ein Titanbasiertes Target als Material verwendet wird.
Beispiele von zu bildenden Chrom-basierten Legierungsfilmen sind eine Cr-N-Legierung, eine Cr-B-N-Legierung, eine Cr-B-V- N-Legierung und ähnliches. Hier können die Cr-N-Legierung und die Cr-B-N-Legierung C und O in einer kristallinen Struktur in einem Festkörper gelöst aufweisen. Ti-N ist für einen Titanbasierten Legierungsfilm wünschenswert.

Expander

In der vorliegenden Erfindung hat der Expander keinen besonderen Einfluss auf den Bruchwiderstand, welcher Späne während des Einbaus vermeidet. Daher ist der Expander nicht besonders begrenzt, so lange er so ausgebildet ist, nach außen in eine Radialrichtung eine Weitungskraft zu erzeugen. Ein Beispiel ist ein Expander, der erzielt wird durch wendelförmiges Wickeln einer Drahtstange mit einem kreisförmigen Querschnitt und dann Biegen der Außenumfangs- Oberfläche eines Wendelexpanders in eine Ringform. Obgleich das eine Beispiel des in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Wendelexpanders in einer kreisförmigen Querschnittsform gebildet ist, ist die Form nicht auf das oben beschriebene Beispiel besonders begrenzt. Dieser Expander kann ein Plattenexpander an Stelle des oben beschriebenen Wendelexpanders sein.
Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angegebenen Ausführungsformen besonders begrenzt. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung kann jeden Kombinationsölring umfassen, welcher im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweist und imstande ist, die gleichen Funktionen und Effekte zu erzeugen, wie jene Kombinationsölringe gemäß der technischen Idee, welche im Umfang der Ansprüche in der vorliegenden Erfindung beansprucht ist.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird ferner nachfolgend mittels Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Eine Hetero-Drahtstange für den Ölringkörper 1 mit der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Querschnittsform wurde durch Ziehen einer Drahtstange hergestellt, welche einen martensitischen rostfreien Stahl (SUS 440) aufweist, welcher aufweist 17,5 Gew.-% Cr, 0,85 Gew.-% C, 1,1 Gew.-% Mo, 0,23 Gew.-% Si, 0,3 Gew.-% Mn, 0,12 Gew.-% V, 0,02 Gew.-% P, 0,01 Gew.-% S und unvermeidbare Verunreinigungen, und einen martensitischen rostfreien Stahl (SUS 410) aufweist, welcher aufweist 13,5 Gew.-% Cr, 0,65 Gew.-% C, 0,3 Gew.-% Mo, 0,37 Gew.-% Si, 0,35 Gew.-% Mn, 0,02 Gew.-% P, 0,015 Gew.-% S und unvermeidbare Verunreinigungen. Mehrere Ölporen wurden in einer Fläche der resultierenden Hetero-Drahtstange gebildet, welche in gleichen Abständen entlang der Längsrichtung der Fläche in einem im wesentlichen I-förmigen Querschnitt gebildet war. Anschließend wurde die Drahtstange in eine wendelförmige Gestalt gebogen. Ferner wurde das resultierende wendelähnliche Teil geschnitten, um mehrere Ölringkörper zu erzielen. Danach wurde die Außenumfangs-Oberfläche und die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Ölringkörpers gemäß einer durch eine FEM-Analyse bestätigten Scherspannung bearbeitet, wodurch die Ölringkörper mit wie unten in Tabelle 1 gezeigten Formen hergestellt wurden.
Nachfolgend wurde der Ölringkörper einem Gasnitrieren unterzogen.

Nitridschicht

Eine Nitridschicht wurde durch ein Gasnitrierverfahren gebildet. Ein Material wurde 8 Stunden lang einer Temperatur von 580°C in einer Ammoniak aufweisenden Gasatmosphäre ausgesetzt, wodurch eine Gasnitridschicht in einer Dicke von 120 µm gebildet wurde. Danach wurde die Oberfläche der Nitridschicht geschliffen, gefolgt von Oberflächenpolieren mittels eines Polierpapiers, wodurch die Schicht in einer Oberflächenrauheit von 1 µm R_z eingestellt wurde. Abschließend betrug die Dicke der Nitridschicht 90 µm.
Die resultierende Nitridschicht hatte eine Vickershärte von HV 1000.

Auswertung

Der Kombinationsölring wurde hergestellt und dann einem Einsetztest unterzogen, in welchem er in einen Zylinder eingebaut wurde.
In dem Einsetztest wird die Situation nachgestellt, in dem ein Kolbenring in einen Kolben installiert wird, um in einem Motorzylinder eingebaut zu werden. Bei dem Vorgang, bei dem der Kolbenring in den Kolben installiert wird, wird der Kolbenring in eine Spannvorrichtung gesetzt, und dann wird der Kolben in den Zylinder eingesetzt. Eine bei diesem Test verwendete Spannvorrichtung war mit einem dünnen und zylindrisch offenen Abschnitt und einem Griff versehen. Der zylindrische Abschnitt konnte mittels des Griffes geschlossen oder geöffnet werden, so dass der zylindrische Abschnitt einfach in dem Zustand geschlossen wurde, in dem der Kolben mit dem installierten Kolbenring in dem zylindrischen Abschnitt platziert war, und dann wurde der Kolben auf den Zylinder montiert und anschließend konnte der Kolben durch Drücken in den Zylinder eingesetzt werden.
Im Hinblick auf den Span wurde der Kolben mit dem eingesetzten Kolbenring durch den Zylinder gezogen, und dann wurde der Kolbenring demontiert, so dass er visuell mittels einer Vergrößerungsglases untersucht werden konnte.
Das Ergebnis des Einsetztestes, welcher in der oben beschriebenen Art durchgeführt worden war, ist unten in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Aus dem oben beschriebenen Ergebnis kann suggeriert werden, dass es möglich ist, jede Spanerzeugung während des Einbaus zu vermeiden, so dass ein im Bruchwiderstand exzellenter Kombinationsölring geschaffen ist, indem der Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs-Gleitvorsprunges in der vorliegenden Erfindung innerhalb des oben beschriebenen Bereiches gesetzt ist.

Beispiel 2

Ölringkörper mit Nitridschichten wurden auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 hergestellt und ferner wurden jeweils IP- Schichten auf die Nitridschichten gebildet.

IP-Film

Ein CrN-Film, der prinzipiell in (200) orientiert war, wurde in einer Dicke von 30 µm durch ein IP-Verfahren gebildet. Danach wurde die Oberfläche des IP-Films geschliffen, gefolgt von Oberflächenpolieren mittels eines Polierpapieres, wodurch die Schicht in einer Rauheit von 1 µm R_z eingestellt wurde. Abschließend betrug die Dicke des Films 20 µm. Der resultierende IP-Film hatte eine Vickershärte von HV 1800.

Auswertung

Der Ölringkörper mit der IP-Schicht auf der Nitridschicht wurde einem Einsetztest in der gleichen Art wie in Beispiel 1 unterzogen. Das Ergebnis des Einsetztestes ist nachfolgend in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Aus dem oben beschriebenen Ergebnis kann suggeriert werden, dass sogar in dem Fall, in dem die IP-Schicht auf der Nitridschicht gebildet war, es möglich ist, jede Spanerzeugung während des Einbaus zu verhindern, so dass ein im Bruchwiderstand exzellenter Kombinationsölring geschaffen ist, indem der Kegelwinkel der Außenoberfläche des Außenumfangs- Gleitvorsprunges innerhalb des Bereiches bei der vorliegenden Erfindung gesetzt ist.

Claims

1. Kombinationsölring, aufweisend: einen Stahl-Ölringkörper (1), welcher im Querschnitt im wesentlichen I-förmig ausgebildet ist, wobei jeder I-Schenkel in Form einer Dichtlippe (2, 3) mit einem Außenumfangs-Gleitvorsprung (5) ausgebildet ist und die Dichtlippen (2, 3) an den im Querschnitt im wesentlichen säulenförmigen I-Steg (4) angeformt sind, und einen Expander (12), von dem der Ölringkörper (1) nach außen gedrückt wird, wobei die Axialbreite (γ) an der Gleitoberfläche (6) des Außenumfangs- Gleitvorsprunges (5) 0,2 mm bis 0,8 mm beträgt, und wenigstens die Gleitoberfläche (6) einen darauf gebildeten Hartfilm (11; 30, 31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche mindestens jenes Gleitvorsprungs (5), welcher zuerst in den Zylinder (20) eingesetzt wird, wenn der Ölring via eines Kolbens in den Zylinder (20) eingesetzt wird, kegelig in einem Winkel (α) von 30° ± 15° verläuft.

2. Kombinationsölring nach Anspruch 1, wobei die beiden Dichtlippen (2, 3) symmetrisch zueinander gebildet sind.

3. Kombinationsölring nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Hartfilm (11; 30, 31) auf mindestens dem gesamten Umfang (das heißt der Außenoberfläche (7), der Gleitoberfläche (6), und einer Innenoberfläche (8)) des Außenumfangs- Gleitvorsprunges (5) gebildet ist.

4. Kombinationsölring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Innenoberfläche (8) des Außenumfangs-Gleitvorsprunges (5) beider Dichtlippen (2, 3) einen Kegelwinkel von 15° ± 15° aufweist.

5. Kombinationsölring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hartfilm eine Nitridschicht (11; 30) ist.

6. Kombinationsölring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hartfilm eine Ionen-metallisierte Schicht (31) ist.

7. Kombinationsölring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Hartfilm die Nitridschicht (11, 30) und die Ionenmetallisierte Schicht (31), welche auf der Nitridschicht (11, 30) laminiert ist, aufweist.