DE1675376C - Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbenrings, bei welchem eine Anzahl flacher Metallringe um eine gemeinsame Achse angeordnet wird, an den Umfangsflächen der Ringe Nuten ausgebildet werden, diese Flächen mit Metall besprüht und die Umfangsflächen konisch abgeschliffen werden.

Aus der USA.-Patentschrift 3 133 739 ist es bekannt, nach diesem Verfahren einen Kolbenring herzustellen, der an der Umfangsfläche einen in der Mitte gelegenen Ringabschnitt aus einem verschleißfesten Metall aufweist, der in einer Nut angeordnet ist. Diese Umfangsfläche kann konisch zugeschliffen sein. Zu beiden Seiten dieses Ringabschnitts erstrecken sich Kolbenringflächen, die aus dem Grundmetall des KoI- so benrings bestehen. Die Kolbenringrohlinge werden aufgespannt und dann werden Nuten in diese Kolbenringe eingeschnitten, und in diese Nuten wird durch Aufsprühen ein verschleißfestes Metall eingebracht. Nach dem Aufsprühen werden die Ringe noch im aufgespannten Zustand abgeschliffen, so daß das verschleißfeste Material lediglich in den Nuten verbleibt. Es hat sich nun gezeigt, daß ein derartiger Kolbenring nicht für alle Zwecke beim Betrieb von Brennkraftmaschinen geeignet ist.

Die britische Pateritschrift 633 457 beschreibt Kolbenringe und ein Verfahren zum Herstellen von Kolbenringen. Es werden Kolbenringrohlinge aufgespannt und dann besprüht. Hierbei werden Kolbenringe hergestellt, bei denen sich die Beschichtung praktisch über die gesamte äußere Ringfläche erstreckt. Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die USA Patentschrift 2905 512. Bei diesem bekannten Verfahren wird noch ein Nachschleifen durchgeführt, um die Stärke der Metallbeschichtung auf ein vorbestimmtes Maß herabzusetzen. Durch diese Verfahren werden praktisch Kolbenringe hergestellt, die über die ganze Oberfläche, die gegen den Zylinder anliegt, mit dem verschleißfesten Metall versehen sind.

Ein Kolbenring, wie er in der britischen Patentschrift 664 114 dargestellt und beschrieben ist, weist besonders günstige Einlaufeigenschaften auf. Dieser Kolbenring, hat einen aus einem Grundmetall bestehenden Ringkörper mit parallelen oberen und unteren Ringflächen und wenigstens eine in seiner radialen äußere \ Randfläche ausgeformten, mit verschleißfestem Metall gefüllte Nut, wobei sich diese Nut nicht ganz über die Höiienabmessung des Ringes erstreckt, so daß eine Rippe aus Gnmdmetall stehenbleibt. Beim Einlaufen eines Motors wird diese aus weicherem Material bestehende Rippe abgeschliffen, bis das vor schleißfeste Meterial leicht reibend gegen die ZyImderwandung anliegt.

Es hat sich nun als zwtckmäßig erwiesen, einen Ring vorzusehen, bei dem die Nutfläche etwas gegen über der Achsrichtung des Ringes geneigt ist. Derartige Rinse konnte man bisher nur einzeln herstellen. da sich die bisher bekannten Verfahren zur Hersu i luna eines derartigen Ringes nicht eignen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aiii gäbe zugrunde, derartige Ringe in großen Sätzen tui zustellen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelö-i. daß die Ringe paarweise und mit Abstand zwischen den Paaren zu einem Paket vereinigt werden, daß ν mit einer zu den frei liegenden Flanken hin offenen und sich vertiefenden Nut versehen werden, daß di<Nuten durch ein verschleißfestes Metall durch Auf spritzen ausgefüllt werden und dr3 die Umfang'-flächen der Ringe jeweils konisch so weit abgeschlif fen werden, daß die an den sich berührenden Flanken der Ringe stehengebliebenen Rippen freigelegt sind.

Das Konischabschleifen von Kolbenringen an sich ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 072 057 bekannt.

Die Wirkung der damit beanspruchten Maßnahmen besteht darin, daß diese speziellen Ringe satzweise aufgespannt und gemeinsam bearbeitet werden können, so daß es nicht erforderlich ist, eine große Stückzahl von Ringen einzeln zu bearbeiten.

Bfi einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als verschleißfestes Material Molybdän, Wolfram, Tantal oder Osmium aufgespritzt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in die frei liegenden Flanken eine zusätzliche Nut eingeschnitten. Hierdurch kann sich der Kolbenring im Betrieb besser verwölben.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilschnittansicht eines Halters, auf dem Ringe paarweise und mit Abstand zwischen den Paaren zu einem Paket vereinigt sind,

F i g. 2 eine Teilschnittansicht, in der die Ausbildung der Nuten gezeigt ist,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht, in der das Aufspritzen dargestellt ist,

Fig.4 eine Teilschnittansicht, die das konische Abschleifen der Ringe zeigt,

F i g. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Ringes und

(j

i α. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines in Kolben einer Brennkraftmaschine eingebauten

Ein Halter 20 weist eine drehbare Welle 21 auf. an der Klemmplatten 22 angebracht sind. Flache Ringe 26 sind paarweise auf der Welle 21 angeordnet. Distanzplatten 27 sind zwischen den Paaren 23 und 24 und zwischen den Paaren 24 und 25 usw. vorgesehen. Das freie Ende der Welle 21 weist ein Gewinde 28 auf. welches eine Mutter 29 aufnimmt, die gegen die Klemmplatte ?" angezogen wird, und die Paare von Rinsen 23, 24 d 25 und die Distanzplatten 27 zu einem Paket vereinigt. Vor dem Festziehen der Mutter 29 wird eine geschlitzte Hülse 30 um das Pakei herum t, und die Hälften der Hülse werden um die ..j 22 herum in Anlage gegen diese zusam-

iii^ii^-t >t, wie es bei 31 dargestellt ist, wodurch die

Paare von Ringen 23, 24, 25 in bezug auf die Achse der Welle 21 genau zentriert werder. Wenn dieser Zei' iiervorgang durchgeführt ist. wird die Mutter 7.9 am:. zogen, und die geschlitzte Hülse 30 wird entfernt. 1 der ersten Bearbeitungsstufe der paarweise anoeo-Jneten Ringe 26 werden die äußeren Umfangsflächui der Ringe genutet, beispielsweise durch eine Sclvuirgel- oder Schleifbearbeitung oder durch eine sp.i ibhebende Bearbeitung. Eine Schleifscheibe 35 (F:-.2) kann verwendet werden, die eine Arbeits-36 hat, die von jeder Scheibenseite gegen eine

a, C 36 hat, die von jeder gg

I .,,re Scheibenebene radial nach außen geneigt ist Ze mit der eine Nut 37 in jedem der zwei benachbar-"e" Ringe von zwei Paaren an jeder Seite einer Di-η platte 27 herzustellen ist. Jede der Nuten 37 er-

! , -kt sich von einer Stelle in der Nähe der inneren Fla ,ke 38 eines Rings 26 über die äußere Umfangs-Sache bis zu der äußeren Flanke 39 des Rings. Bei Beendigung des Nutvorgangs bleibt daher eine radial terV.rSeheVid* ringförmige⁰ Rippe 40 an der inneren Fb.ke 38 jedes Ringes 26 zurück, während sich die Nu- 37 von der Rippe bis zur gegenüberliegenden zug auf den Rippen 40 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da — wie später ausgeführt wiro nur ^ wenig von dem aufgespritzten Metall auf der Randfläche der Rippe haftet.

In der nächsten Stufe, d.e in Fig. 4 ^aa^^es« ' wird der gegebenenfalls vorhandene Überschuß des Werkstoffs 44 von den Rippen·^ entfernt be p els weise mittels einer Schleifscheibe SO oder imUeIs eines Drehwerkzeuges 51 Dadurch wird das Vet all des xo Körpers der Ringe 26 längs der ^^malen ^n^ormigen Randfläche e.ner jeden Rippe 40 be,⁵;£^e'^^ef| Das aufgesprühte M^aH 44 verbleibt in den Nuten 37. Die Umfangsfläche 53 ^r aufsprühten Schicht _IS radial gegen die äußere Flanke 39 eines jeuen Ringe 26 nach innen geneigt.

Nach Beendigung dieser letzten Stufe des rens, die in F i g. 4 dargestellt ist werdeJ^e aus ,hrem Halter 20 durch Zerleger d fernt. Der Ring hat einen QumK ao gezeigt ist. Die Flanken 38 1and

und obere parallele ebene Flache des tap äußere Umfangsfläche des R.ngesSw,rd durchde schmale ringförm.ge Randflache 52 der Ripg. * der Näl.e der unteren inneren) F«^anke » ^u™ ™™ ,5 die nach der oberen (aulteren) Flanke 39 zu «d.a nach innen geneigten Flache 53 des,d e Nut 37 füllen den Metalls 44 gebildet, das s»ch_ ^b« ™ ^d" ⁰^Jg Flanke 39 des Ringes erstreckt. Die ,nnere Rache des Ringes 55 wird durch eine zylindrisch^ ^F1^he ⁵^ g bildet. Der Ring 55 ist quer ^^'""^

Spalt geteilt. Wenn d.e Ringe ^aufg^^f_deJJ£ Halter aufgesetzt werden, können die Spähe der Ringe 26 in beliebiger Ausrichtung zuemander.egen^

Bezüglich der beim .vorhegenj«1 VerJahren «τ wendeten Werkstoffe: wird bemerkt, daß^^ gemein aus einem üblichen Gußeisen herge den. Im allgemeinen hat ein derartiges Härte von 90 bis 11«™«⁸™ · festigkeit von etwa

in t1 „■ -die unte c

^al _ wer

_f wä^nd die äußere Flanke 39 die obere Ring-

S Ue der Schleifscheibe 35 kann zum Herste!- len der Nuten 37 ein Drehwerkzeug 41 (Fig.2) verwendet werden, und das Werkzeug kann eine UmhUorm 42 haben, mit der gleichzeitig ein Paar aneinanderliegende Ringe 26 mit Nuten verschen werden Unabhängig davon, ob sie mit dem einen oder geschliffen. Vor dem Aufsetzen auf der« wird jeder der Ringe 26 mit einem PJ«P versehen, der ein Mangan-, ²^" Phosphatüberzug «an .™" ^ überzug werden alle frei liegenden schließlich der Oberflachen de*

Schmelzpunkt von etwa 2850° C, Wolfram mit einem Schmelzpunkt von etwa 3382° C und Osmium mit einem Schmelzpunkt von etwa 2644° C erwähnt werden. Von diesen werden Molybdän und Wolfram vorgezogen, aber alle vier Metalle sind Chrom überlegen, nicht nur wegen ihrer hohen Schmelzpunkte und ihrer Abriebfestigkeit. sondern auch wegen ihrer hohen Warmhärte. Im Vergleich zu Chrom, dessen Härte über 316° C schnell abfällt, bleibt die Härte von Molybdän-, Wolfram-, Tantal- und OsmiumübenMiger beim Temperaturen bestehen, die höher sind als die erwähnte. Bei gewöhnlichen Raumtemperaturen haben Molybdänüberziige eine Härte im Bereich von 943 Vickers bei 10 kg Belastung. Die anderen genannten verschleißfesten Metalle sind ebenfalls härter als Chrom.

Wie erwähnt, liegt jedoch die hauptsächliche Bedeutung nicht nur in der Härte. Der Hauptvorteil der Verwendung eines Molybdänüberzugs kann die hohe Warmhärte und der hohe Schmelzpunkt des Überzugs sein. Die letzte Eigenschaft macht das Oberflächenmaterial äußerst widerstandsfähig gegen Fressen, das durch örtliche Verschweißung der Grenzschicht des Ringmaterials mit dem Material des Zylinders bei sehr hohen Arbeitstemperaturen und hoher Grenzlinicnschmicrung hervorgerufen wird.

Bei Ringen mit geneigter Fläche, wie beispielsweise bei dem Ring 55 in Γ i g. 5, ist die Neigung im aligemeinen mindestens so gioß. daß eine untere Randberührung des Rings, beispielsweise an dem Rand 60, mit der Wand der Zylinderbohrung erzeugt wird. Der Winkel A kann für flache Ringe mit rechtwinkligem Querschnitt 1° oder sogar nur 30' für positive Torsionsringe oder Γ 30' für umgekehrte Torsionsringe betragen. Allgemein gesagt, sollte die größte Neigung 3' nicht übersteigen. Aus Herstellungsgründen mag es vorteilhaft sein, den größeren Neigungswinkel zu wählen, aber wenn der Ring entweder ein positiver oder ein negativer oder ein umgekehrter Torsionsring sein soll, wird der Winkel für die Neigung von dem Verdrehwinkel abhängen, der dem Ring erteilt wird.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Nut 37 in der Nähe der Rippe 52 mit einer Radiusauskehlung 61 versehen ist. Hine derartige Radiusauskehlung wird einem scharfkantigen Übergang43 (Fig. 2) vorgezogen, da eine Bogenfläche eine verbesserte Haftung des auf die Oberfläche der Nut 37 aufgespritzten Metalls 44 über die gesamte Oberfläche möglich macht. Solange jedoch an dem Übergang 43 keine unterschnittenen Teile zwischen der Oberfläche der Nut und der Rippe ausgebildet werden, kann eine zufriedenstellende Haftung des aufgespritzten Metalls an dieser Verbindung erzielt werden. Die bevorzugte Tiefe der Nut 37 sollte so sein, daß eine Mindestdicke des Überzugs mit harter Oberfläche von 0,025 bis 0,3 mm gebildet wird. Diese Abmessungen wurden zum Zweck der Deutlichkeit in der Darstellung der Erfindung in der Zeichnung beträchtlich übertrieben

In F i g. 6 ist ein umgekehrter Torsionsring 65 dargestellt, der im allgemeinen dem Ring 55 in F i g. 5 ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß der Ring mit einer Ringnut 66 in der oberen ebenen Fläche 39 versehen ist. Obwohl die Nut 66 in der Nähe des oberen Endes der Nut 37 dargestellt ist, kann sie tatsächlich die Nut 37 schneiden.

ίο In Fi g. 6 ist ein Kolben 67 mit einer Ringaufnahmenut 68 dargestellt, in der der Ring 65 angeordnet ist, um den Freiraum zwischen der Wand 69 des Kolbens 67 und der Wand 70 des Zylinders 71 abzudichten. Der Ring 65 ist in der normalen Stellung dargcstellt, die der Ring während des Saug-, Ausstoß- und Kompressionstaktes in einer Brennkraftmaschine einnimmt. Die Nut 66 im äußeren Abschnitt der oberen Fläche 39 des Rings 65 bewirkt, daß der Ring sich an seinem äußeren Durchmesser nach unten und an sci-

ao nem inneren Durchmesser nach oben wölbt. Obwohl die Darstellung übertrieben ist, wird die Berührung zwischen den Flächen des Rings 65 und der Ringaufnahmenut 68 im wesentlichen wie in der Darstellung sein, nämlich eine Berührung bei 72 zwischen der inneren Oberkante des Rings 65 und der oberen ebenen Ringwand 73 der Nut 68 innerhalb der Wand 69 des Kolbens. An der Unterseite des Ringes 65 tritt zwischen der unie-fcn Fläche 38 de:> Rings und der äußeren Unterkante der Ringnut 68 eine Berührung bei 74 auf. Wenn der Ring 65, wie es in Fip.6 gezeigt ist, umgekehrt verdreht wird, tritt eine anfängliche Berührung zwischen dem Ring 65 und der Zylinderwand 70 an oder in der Nähe der äußeren Unterkante 60 des Rings auf, nämlich zwischen dem Gußeisen des Ringes 65 und dem Material der Zylinderwand 70. Das ist vorteilhafterweise der Fall während der Hinlaufperiode bei der Verwendung eines neuen Motors oder eines alten Motors mit neuen Kolbendichtringcn, da Gußeisen relativ weich ist im Vergleich zu dem Auflagematerial 44. Nach einer entsprechenden Finlaufperiode nutzt sich das Gußeisen der Rippe 40, das zur Abnutzungsberührung mit der Wand 70 des Zylinders freiliegt, bis zu einem Maß ab, bei dem das harte Auflagematerial 44 in schleifende oder schabende Beriihrung kommt, wie es bei 75 dargestellt ist. UnabhL igig von dem Zustand der Abnutzung der äußeren Um fangsfläche des Rings 65 wird der Ring im wesentlichen die in Fig.6 dargestellte Lage während des Saug-, Ausstoß- und Kompressionstaktes einnehmen.

So und die Verdrehung des Ringes ist ständig derart, daß bei 74 eine Dichtung gegen die untere Ringfläche 68 aufrechterhalten wird, um zu verhindern, daß öl in die Ringnut eintritt. Während das Arbeitshubes bewirkt der Explosionsdruck, daß der Ring 65 flach in

der Nut liegt, wobei die untere Fläche 38 des Ringes flach an der unteren Fläche 68 der Nut anliegt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren z:'m Herstellen eines Kolbenrings. bei welchem e'ne Anzahl flacher Metallringe um eine gemeinsan.^. Achse angeordnet wird, an den Umfangsilächen der Ringe Nuten ausgebildet werden, diese Flächen mit Metall besprüht und die Umfangsflächen konisch abgeschliffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (26) paarweise und mit Abstand zwischen den Paaren zu einem Paket vereinigt werden, daß sie mit einer zu den frei liegenden Ranken (39) hin offenen und sich vertiefenden Nut (37) versehen werden, daß die Nuten durch ein verschleißfestes Metall (46) durch Aufspritzen ausgefüllt werden und daß die Umfiingsflächen der Ringe jeweils konisch so weit abgeschliffen werden, daß die an den sich berührenden Flanken der Ringe stehengebliebenen Rippen (40) freigelegt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als verschleißfestes Material Molybdän, Wolfram, Tantal oder Osmium aufgespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die frei liegenden Flanken (39) eine zusätzliche Nut (66) eingeschnitten wird.