DE1652138A1

DE1652138A1 - Zylinder oder Zylindereinsatz und Verfahren zur Fertigbearbeitung der Oberflaeche eines Zylindereinsatzes

Info

Publication number: DE1652138A1
Application number: DE19681652138
Authority: DE
Inventors: Yoshio Mori
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1967-02-15
Filing date: 1968-02-15
Publication date: 1972-04-06
Also published as: US3530772A; DE1652138B2

Description

PATENTANWXLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG 1652138

telefon: 555474 8000MDNCHENlSaS. Februar 1968

TELEGRAMME: KARPATENT · NUSSBAUMSTRASSE 10

W. 13 557/68 13/Nie

Nippon Piston Ring Co., Ltd. Tokyo (Japan)

Zylinder oder Zylindereinsatz und Verfahren zur Fertigbearbeitung der Oberfläche eines Zylindereinsatzes .

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder oder einen Zylindereinsatz oder eine Zylinderauskleidung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Erhöhung der Arbeitsleistung durch Bearbeitung hauptsächlich durch Honen oder feines Aushöhlen (fine bowling) einer inneren Oberfläche eines Überzugs aus einer Legierung oder einem harten äonutzungsbeständigen Metall von einem Zylinder oder einem Zylindereinsatz oder einer Zylinderauskleidung innerhalb des leicht bearbeitbaren Bereichs und durch Aufbringen eines

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Überzugs aus einer synthetischen Haizschicht, um den Mangel an Anpassungs ν erlögen oder -eignung aufgrund der Rauhigkeit auszugleichen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder oder eine Zylinderauskleidung oder einen Zylindereinsatz (nachstehend als "Zylinder" bezeichnet) mit einem hohen Gleitvermögen mit den Kolbenringen sowie auf ein Verfahren zur Bearbeitung der Innenoberfläche des Zylinders oder des Zylindeceinsatzes mit hoher Wirksamkeit.

Eine harte Chromplattierung oder -belegung oder ein gegenüber* Abnutzung oder Verschleiß beständiger Metallüberzug auf einer Gleitoberfläche des Zylindereinsatzes wurde zur Verhinderung des Verschleißes der Oberfläche ausgebildet. Wenn kein Überzug vorhanden war, wurde der Zylinder aus einer verschleißbeständigen Legierung hergestellt.

Bekannte Überzüge aus einer Legierung oder einem verschleißbeständigen Metall sind sehr hart und schwierig zu bearbeiten und es erfordert einen hohen Arbeitsaufwand, die erforderliche Genauigkeit und Rauhigkeit für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Explosionsmotor aufre cht ζ uerhalten.

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Mit Bezug auf die Rauhigkeit liegt z.B. eine geeignete Rauhigkeit, die für eine Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist, im Bereich von 0,4 /U bis 5 /u, und wervn die Rauhigkeit größer als dieser Wert ist, steigt der Verschleiß eines damit in Zusammenarbeit stehenden Materials (Kolbenring) an.

Im Gegenteil führt ein abnutzungsbeständiges Material zu einer Abnahme der Arbeitsleistungsfähigkeit. Dabei ist keine so starke Abnahme der Arbeitsleistungsfähigkeit bis zu einem bestimmten Grad vorhanden, wobei jedoch die Leistungsfähigkeit nach Überschreiten dieses Grades rasch abfällt.

kufgbe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Zylinders mit einer guten Bearbeitbarkeit und ohne Erhöhung einer Durehblasverschlechterung oder Verschlechterung des Vorbeiblasens (blow by) beim Einlaufvorgang und ohne eine Erniedrigung der Abnutzungsbeständigkeit.

Gemäß der Erfindung wird ein Zylinder mit einem solchen Aufbau geschaffen, bei welchem die Gleitoberfläche des Zylinders, die aus einer Legierung oder einem abnutzungsbeständigen Überzug gebildet ist, innerhalb der Rauhigkeit des leicht bearbeitungsfähigen Bereichs

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bearbeitet wird und mit einem Überzug aus einem guten synthetischen Harz zum Einlaufen mit einer Dicke versehen wird, die wenigstens dicker als die Rauhigkeit ist, um den Mangel an Anpassungsfähigkeit aufgrund des Fehlens einer Bearbeitung zu verhindern.

Der Schmelzpunkt des zum Überziehen verwendeten synthetischen Harzes ist in Übereinstimmung mit der Art des Harzes verschieden und bei Verwendung eines derartigen Harzes, dessen Schmelzpunkt oberhalb 200⁰C liegt, findet kein Schmelzen des Überzuges während des Arbeitens des Zylinders statt.

Thermoplastische oder hitzehärtbare synthetische Harze, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, ein Polyamidharz (Nylon) oder ein Siliconharz, sind zur Verwendung als Überzugsmaterial geeignet. Einige geeignete Füllmaterialien und Zusätze können in diesem Harz gemischt sein.

Dieses Material wird als Überzug auf die Gleitoberfläche eines physikalisch und chemisch behandelten verschleißfesten Metallüberzugs oder eines Legierungsüberzugs mittels eines Fließverfahrens, Aufsprühverfahrens oder Sinterverfahrens aufgebracht.

Ein verschleißfester Metallüberzug bezeichnet solche ' Überzüge, wie harte Chromplattierung, Molybdänüberzug o.dgl.. Verschleißfeste Legierungen umfassen Gußeisenle-

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gierung und Aluminiumlegierung und beliebiget andere gebräuchliche verschleißfeste Legierungen.

Die Dicke der synthetischen Harzschicht kann in Übereinstimmung mit der Oberflächenrauhigkeit variiert werden und vorzugsweise wird die Dicke innerhalb des in Pig. I gezeigten Bereiches gewählt,

Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Rauhigkeit der bearbeiteten Innenoberfläche des Zylinders und der Dicke der synthetischen Harzschicht.

x-Wenn die erstere auf der7Achse und die letztere auf der y-Achse dargestellt werden, wird der Bereich "a" durch den Ausdruck

y>l.6x + 1

dargestellt. Die Verwendung des Bereichs "a" wird nicht bevorzugt, da die Harzschicht leicht reißen kann und einen überwiegenden Abrieb ergeben kann. Im Bereich "c", der durch den Ausdruck

dargestellt wird, nimmt der Einfluß aufgrund der Rauhigkeit zu und es wurde gefunden, daß die Abnutzung oder der Verschleiß des damit zusammenarbeitenden Gliedes (Kolbenring) größer wird.

Daher ist der Bereich "b", nämlich χ = y^T 1.6x + 1, am geeignetsten und der Wert von χ soll zwischen 3 /U und

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12 /U an der Stelle der experimentellen Betrachtung, gewählt werden, nämlich:

Wenn der Wert von χ in dem vorstehend angegebenen Bereich liegt, ergibt sich der Wert von y zwischen 5 und 20, d.h. die Dicke des synthetischen Harzes liegt im Bereich von j5 /U bis 20 Ai.

Die Bestimmung der Rauhigkeit wurde entsprechend der Methode JIS B0601-1955 ausgeführt, wobei der Abstand zwischen der oberen Grenze und der unteren Grenze von Unebenheit bei einer bestimmten Länge in einem Zylinder ermittelt wurde, wobei kaum vorkommende ungewöhnlich hohe Werte ausgeschlossen wurden.

Wenn die Rauhigkeit größer als 12 /U ist, wird es unmöglich, Vorteile und Wirkungen gemäß der Erfindung zu erhalten und bei einer Rauhigkeit von weniger als j5 Ai wird der Bearbeitungsvorgang schwierig.

Wie vorstehend erwähnt, wird die Schicht aus der Legierung oder dem verschleißfesten Metall innerhalb des leicht bearbeitbaren Bereiches so bearbeitet, daß die Bearbeitungskosten niedrig sind und der Zylinder ergibt von Beginn der Inbetriebnahme aufgrund des vorstehend beschriebenen Harzüberzugs gemäß der Erfindung eine wirksame Funktion.

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Zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Überzugs aus einer Legierung oder einem verschleißfesten Metall innerhalb des Bereichs von einer Rauhigkeit von 0,4 /u bis 3 αχ sollte gemäß der bisherigen Technik ein Wetzschiefer Nr. 400 angewendet werden, wobei nicht nur die Bearbeitungswirksamkeit erniedrigt wird, sondern auch die Kosten erhöht werden.

Im Gegensatz dazu werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, da der Bearbeitungsvorgang lediglich innerhalb der Grenzen leichter Bearbeitbarkeit ausgeführt wird, die Kosten sehr niedrig. Die Oberfläche eines Zylinders wurde grob bearbeitet, um hohe Kosten zu verringern, wobei sie jedoch den Mangel aufweist, daß die Einlauffähigkeit der Oberfläche gegen das in Zusammenarbeit stehende Glied (Kolbenring) gering ist und die Abnutzung des Gliedes groß ist. Gemäß der Erfindung wird die Oberfläche des Zylinders innerhalb des leicht bearbeitbaren Bereichs bearbeitet und eine synthetische Harzschicht mit einem guten Einlaufverhalten auf die Oberfläche so aufgebracht, daß die Abnutzung des in Zusammenarbeit stehenden Gliedes geringer wird. Überdies eignen sich (shaft) die Einlaüfbedingungen in glatter Weise für die normalen Bedingungen und es ergibt sich ein stabiler Betrieb während der Dauer unter normalen Bedingungen.

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■ Der Zylinder gemäß der Erfindung ist der gleiche wie einiblicher Zylinder, der auf einem Rauhigkeitsbereich von 0,4 Ai bis 3 Ai durch mechanische Bearbeitung allein bearbeitet wurde mit Bezug auf die Arbeit der Maschine, das Vorbeiblasen oder Durchströmen und den Verbrauch an Schmiermittel.

Wie vorstehend geschildert, sind die Herstellungskosten gemäß der Erfindung niedrig, wobei die Funktionen des Zylinders vollständig aufgewiesen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Zylinderauskleidung oder eines Zylindereinsatzes gemäß der Erfindung.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen verschleißfesten Gußeisenzylinder, das Bezugszeichen 2 eine bearbeitete Oberfläche und ~y eine Polytetrafluoräthylenschicht. Die Gleitfläche 2 des Zylinders 1 wird auf ein Ausmaß einer Rauhigkeit von etwa 6 Ai mittels eines Wetzschiefers Nr. I50 bearbeitet und wird mit einer synthetischen Harzschicht einer Dicke von 8 /ix überzogen. Ähnlich dem gebräuchlichen Verfahren wird der Polytetrafluoräthylenüberzug in folgender Weiee hergestellt:

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1. Entfernung von Fett: Entfernung durch Lösungsmittel, beispielsweise Trichloräthylenspülung;

2. Flüssiges Honen, Spülen;
5· Trocknung mittels Luft;

4. Überziehen mittels einer Spritzpistole. Es wurde eine Pistole mit 1 m/m Durchmesser verwendet. Rühren des Gefäßinhaltes, Filtrieren der Flüssigkeit durch ein Nr.200-Netz aus rostfreiem Stahl und Eingießen in die Tasse der Pistole. Einstellen des Pistolendrucks auf j5 kg/cm , Beibehalten des Abstandes zwischen einer zu überziehenden Oberfläche und der Pistole auf I5. cm. Der Aufsprühvorgang wurde ausgeführt an einer sauberen Stelle mit einer geeigneten Abzugseinrichtung, die staubfrei ist.

5. Die Trocknung wurde bei Raumtemperatur ausgeführt. Ein rasches Trocknen ist zu vermeiden.

6. Baken: Glattes Einbringen in einen Ofen, Backen unter den Bedingungen von 360⁰C während etwa 10 Minuten. Die Backdauer wird entsprechend den Abmessungen des Gegenstandes variiert.

7. Rasches Kphlen: Verfestigen des Überzugs durch rasches Kühlen.

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Beispiel *2 ■' ■

3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Zylindereinsatzes gemäß der Erfindung. Das Bezugszeichen zeigt den Zylindereinsatz aus einer Aluminiumlegierung· Das Bezugszeichen 2 zeigt eine "bearbeitete Oberfläche und das Bezugszeichen 3 eine Polytetrafluoräthylenschicht und das Bezugszeichen 4 eine harte Chromplattferung· Der Zylindereinsatz ist so ausgebildet, daß die harte Chromplattierungsschicht auf die Innenoberfläche des Zylindereinsatzes als Überzug aufgebracht ist, wobei die Oberfläche der Chromschicht bis zu einem Rauhigkeitsgrad von etwa 6 /U mittels eines Wetzschiefers Ur. 15o bearbeitet wurde. Anschließend wurde die Chromschicht mit einem Polytetrafluoräthylenüberzug einer Dicke von etwa 4 Ai versehen. Das Verfahren zur Herstellung des Polytetrafluoräthylenüberzuges wurde in gleicher Weise, wie vorstehend in Beispiel 1 angegeben, ausgeführt.

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Claims

- ιι· -

Patentansprüche

1. Verfahren zur Fertigbearbeitung der Oberfläche eines Zylindereinsatzes, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche, die aus einer Legierung oder einem verschleißfesten Metallüberzug gebildet ist, innerhalb des Bereichs einer leichten Bearbeitbarkeit bearbeitet und einen Überzug aus einer synthetischen Harzschicht aufbringt, deren Dicke wenigstens größer als die Rauhigkeit der Oberfläche ist, um den Mangel an Einlaufvermögen aufgrund fehlender Bearbeitung auszugleichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bearbeitung der Oberfläche bis auf einen Rauhigkeitsbereich von jj ax bis 12 /U ausführt und diese Oberfläche mit einer synthetischen Harzschicht mit einem guten Einlaufverhalten mit einer Dicke innerhalb des Bereichs versieht, der durch den Ausdruck x = y = -—r χ + 1 angegeben ist (worin χ die Rauhigkeit der Oberfläche und y die Dicke des Harzüberzugs bezeichnen).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als synthetisches Harz ein thermoplastisches oder hitzehärtbares Harz verwendet.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3>, dadurch gekennzeichnet, daß man als synthetisches Harz ein Harz mit einem Schmelzpunkt von oberhalb 200⁰C verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als synthetisches Harz Polytetrafluoräthjüen, ein Polyamidharz oder ein Siliconharz verwendet.

6. Zylinder oder Zylindereinsatz, erhalten nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine aus einer Legierung oder einem verschleißfesten Metall gebildete Oberfläche, die innerhalb eines Bereichs von leichter Bearbeitbarkeit bearbeitet ist, und einen Überzug aus einer synthetischen Harzschicht mit einer Dicke aufweist, die wenigstens größer ist als die Rauhigkeit der Legierungs- oder Metalloberfläche zum Ausgleich des Metalls an Einlaufvermögen aufgrund fehlender Bearbeitung, umfaßt.

7· Zylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mangel an Einlaufvenipgen ausgeglichen ist.

8. Zylinder nach Anspruch 6 oder Y, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht aus thermoplastischem oder hitzehärtbarem Harz -gebildet ist.

9. Zylinder nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht aus einem Harz mit einem Schmelzpunkt von oberhalb 200⁰C gebildet ist.

10. Zylinder nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht aus Polytetrafluoräthylen, einem Polyamidharz oder einem Siliconharz gebildet ist.

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