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«Gleitteile" Die Erfindung bezieht sich auf Gleitteile und insbesondere
auf Gleitteile, bei denen die Gleitfläche eines Gleitteiles aus einem Grundmetall
aus zähem Material gebildet und mit einer unebenen Oberfläche von kleinen Mustern
versehen ist, wobei die Einschnitte der genannten unebenen Fläche mit einem Metall
ausgefüllt sind, das gute Einlauf-und gute Selbstschmierungseigenschaften hat.
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Kolbenringe, Dichtringe und andere Gleitteile von Verbrennungsmotoren
können gelegentlich während des Betriebes beschädigt werden. So besteht beispielsweise
in letzter Zeit die Neigung, die modernen Verbrennungsmotoren mit höheren Tourenzahlen
und mit hoher Wärmebelastung arbeiten zu lassen, so dass die Kolbenringe grossen,
sich wiederhol
enden Beanspruchungen ausgesetzt werden und damit eine grössere Möglichkeit des
Versagens besteht. Um diese Möglichkeit auszuschalten, wurde die Verwendung von
genügend kräftigen Materialien in Betracht gezogen. Aber Gleitteile, wie etwa Kolbenringe
und Dichtringe benötigen zusätzlich zu ihrer Widerstandsfähigkeit die Eigenschaften
des geringen Abriebes und das ist der Grund, warum bei der Lösung des Problemes
Schwierigkeiten auftraten. Übliche Kolbenringe bestehen meistens aus Gusseisen.
Wenn Widerstandsfähigkeit ein Hauptmerkmal sein muss, werden zähe Gusseisenarten,
wie etwa schmiedbares und dehnbares Gusseisen verwendet. Aber derartige Kolbenringe
zerbrechen häufig und eine zunehmende Zahl von Benutzern ziehen wegen der besseren
Widerstandsfähigkeit Stahlringe vor. Vom Standpunkt der Abriebfestigkeit ist gewöhnliches
Gusseisen sehr wünschenswert und weiterhin besteht bei ihm wesentlich weniger die
Gefahr des Fressens als bei anderen Eisenmaterialien. Schmiedbares und dehnbares
Pressgusseisen ist dem gewöhnlichen flockigen Graphitgusseisen bezüglich der Vermeidung
des Fressens unterlegen und Stahlmaterialien haben praktisch keinerlei Schutz gegen
das Fressen: Wo derartig zähe Materialien verwendet werden, müssen sie daher hartverchromt,
nttriert oder in anderer Weise verstärkt werden, damit ihre Abriebfestigkeit erhöht
wird. Dennoch haben sich mit a11 diesen Behandlunken keinerlei Erzeugnisse als voll
zufriedenstellend erwiesen.
Gusseisenmaterialien sind inhärent in
der Lage, das Fressen zu vermeiden, weil ihr Graphitgehalt im Falle schlechter Schmierung
herausgeschmolzen wird, um einen dünnen Graphitfilm zwischen den Gleitoberflächen
zu bilden, so dass sie so als festes Schmiermittel dienen. Schmiedbares und dehnbares
Gusseisen haben geringere Schmierfähigkeit, da ihr GraphUgehalt in kugelförmiger
oder balliger Form austritt, im Gegensatz zu dem flockigen Graphit, das in gewöhnlichem
Gusseisen dispergiert ist. Stähle, die frei von Graphit sind, haben keine selbstschmierende
Eigenschaft.
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Es ist daher ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, d ass
eine solche Selbstschmiereigenschaft den Oberflächen von zähen Materialien künstlich
vermittelt werden kann, die entweder weniger oder gar nichts von dieser Eigenschaft
haben. Blei wurde als das feste Schmiermittel für diesen Zweck gewählt. Der Grund
dafür ist, dass Blei, genau wie Graphit, in der Form eines dünnen Filmes zwischen
Gleitoberflächen verbreitet werden und selbst als festes Schmiermittel dienen kann.
In der Praxis der Erfindung ist das nützliche Material, das als festes Schmiermittel
dient, nicht auf Blei beschränkt, sondern Zinn, Kadmium und andere Substanzen gleichartiger
Eigenschaften können genau so gut verwendet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus
der nachstehenden Beschreibung mehrerer in der beigefügten schematischen Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele.
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Fig. 1 ist eine bruchstückweise vergrösserte Draufsicht auf eine erste
Ausführungsform der Gleitoberfläche nach der Erfindung, worin eine grosse Anzahl
von kleinen Löchern darin ausgebildet gezeigt ist, Fig. 2 ist eine bruchstückweise
vergrösserte Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Gleitoberfläche nach
der Erfindung, worin eine Vielzahl feiner Nuten gezeigt ist, die darauf in der Richtung
in rechten Winkeln zur Gleitrichtung ausge#-bildet sind, Fig. 3 ist eine bruchstückweise
vergrösserte Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer Gleitoberfläche nach
der Erfindung, worin eine Vielzahl von feinen Nuten gezeigt ist, die darauf in rechten
Winkeln zur Gleitrichtung gekreuzt gezeigt sind, und Fig. 4 ist eine bruchstückweise
Längsansicht eines Kolben -ringes nach der Erfindung.
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Das Grundmetall für die Gleitteile nach der Erfindung ist ein zähes
Material aus schmiedbarem oder dehnbarem Gusseinen
oder Stahl und
die Gleitoberfläche ist so behandelt, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt.
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In der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Gleitoberfläche
1 mit einer grossen Anzahl von kleinen Löchern 2 in einer so gleichmässigen Anordnung
wie möglich versehen, und die Löcher 2 sind mit Blei 4 gefüllt. Bei der in Fig.
2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist eine Vielzahl von kleinen Nuten 3 parallel
zueinander und in rechten Winkeln zur Gleitrichtung der Gleitoberfläche 1 ausgebildet
und die Nuten 3 sind mit Blei 4 gefüllt. Bei einer solchen Bauweise sieht jede Gleitfläche
aus wie die eines Metalles, das mit Blei legiert ist und es wird ein ausgezeichneter
Widerstand.gegen jegliches Fressen erreicht. Die Menge des Bleis, das enthalten
ist, kann frei nach Wunsch gewählt werden, indem die Anzahl der kleinen Löcher oder
Nuten auf der Oberfläche verändert wird.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt,
worin kleine Nuten 31 auf der Gleitoberfläche 1 in geeigneten Winkeln im Verhältnis
zur Gleitrichtung gekreuzt angeordnet und mit Blei 4 ausgefüllt sind.
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Im Falle der ersten Ausführungsform ist der Grösse, dem Bereich und
der Verteilung der kleinen Löcher grösste Aufmerksamkeit zu schenken und in den
Fällen nach Fig.
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2 und 3 der Breite einer jeden kleinen Nut und dem Abstand
zwischen
benachbarten Nuten. Wünschenswerterweise sollte der Abstand zwischen den kleinen
Löchern oder zwischen den kleinen Nuten so gering als möglich aus folgendem Grunde
sein. Wenn der Film aus Schmieröl von den Oberflächen der Metallteile weggebrochen
ist, wird das Blei aus den winzigen Löchern oder Nuten herausgeschmolzen und bildet
einen dünnen Film, der die Gleitoberfläche des Gleitteiles bedeckt, um dadurch ein
Fressen zu verhütten. Wenn der Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Löcher oder
Nuten zu gross ist, bedeckt der so gebildete Film nicht den gesamten Bereich der
Gleitoberfläche und gestattet so eine direkte Berührung von Metallteilen. Wenn dies
der Fall wäre, würde zunächst örtlich ein Fressen auftreten, das dann auf die Gesamtheit
der Oberfläche übergreifen würde. Der Abstand zwischen den Löchern oder Nuten, die
Blei erhalten, schwankt je nach der Art des Motors, den Arbeitsbedingungen usw.
und die optimale Entfernung weicht bei besonderen Anwendungsgebieten ab. In jedem
Falle sollte jedoch die Entfernung so kurz als möglich sein. In gleicher Art und
Weise schwankt der optimale Bereich des Bleigehaltes mit der Art des Motors und.
den auftretenden Arbeitsbedingungen.
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Die Löcher oder Nuten auf der Gleitoberfläche, wie in Fig.
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1 bis 3 in Übereinstimmung mit der Erfindung gezeigt, werden durch
Bearbeitung des Gleitteiles hergestellt. Die Nuten
können in einer
grossen Zahl in gleichmässigen Abständen in rechten Winkeln zur Gleitrichtung vorgesehen
oder schraubenförmig ausgebildet werden. Weiterhin können sie die Form einer Vielzahl
sich diagonal kreuzender Schnitte aufweisen. Die Tiefe der Nuten kann in geeigneter
Art und Weise für die besondere Verwendung aus dem Bereich heraus gewählt
werden, der für die Stärke des Gleitteiles nicht schädlich ist. Die Verfahren zum
Füllen dieser kleinen Löcher oder Nuten umfassen das Aufsprühen von geschmolzenem
Blei, Elektroplattieren und Tauchen in ein Bad geschmolzenen Bleis. In
jedem Falle wird die Gleitoberfläche nach dem Füllen mit oder nach
der Ablagerung von Blei einschliessend bearbeitet.
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Beispiel.
Testmaterial mit einer chemischen Zusammensetzung
von 0,85% C, 0,25% Si, 0,34 Mn, 0,010% P und 0,007% S wurde zu einem
Teststück verarbeitet, das 18 mm breit, 12 mm lang und 5 mm hoch war. Die Gleitoberfläche
dieses Teststückes wurde mit 5 Nuten von je 0,5 mm Breite und Tiefe versehen, die
parallel in gleichmässigen Abständen voneinander lagen. Blei wurde in geschmolzener
Form über die Oberfläche gesprüht und die Gleitfläche wurde nach dem Läppen einem
Abriebtest unterworfen. Der Test wurde unter Verwendung eines Flachgleitreibungstesters
mit einer Reibungsgeschwindigkeit von 5 m je Sekunde durchgeführt. Die Schmierung
wurde
mit einem gemischten Schmiermittel von 54 paraffinischem Schmieröl
und 50% gereinigtem Leuchtpetroleum durchgeführt. Das Teststück wurde so lange dem
(leiten unterworfen, bis ein Fressen auftrat und das Verhältnis zwischen der Reibungsbelastung
und der Abnutzung wurde untersucht und ein Fresstest wurde durchgeführt. Als dazugehöriges
Gegenmaterial wurde Gusseisen mit einer Zu--, sammensetzung von 2,90% C, 2,08% Si,`4,55%
Kn. 0,22% P und 0,032% S verwendet. Die Testergebnisse zeigten, dass ein Kontrollmuster,
das nicht mit Blei gespritzt war, unter einer Belastung von 50 kg/cm 2 zu Fressen
begann, während die Gleitoberfläche, die mit Bleisprühung behandelt warr.einen Abriebverlust
von 1,3 Milligramm unter einer Belastung von 50 kg/cmz erlitt und einen Verlust
von 1,8 Milligramm unter einer Belastung von 75 kg/cm 2. Das zeigt, dass eine mit
Blei besprühte Gleitfläche eine ausgezeichnete Abriebeigen-Schaft hat. Es wurde
auch bestätigt, dass der Abriebverlust mit einer Erhöhung des Flächenverhältnis
von mit Blei besprühter Oberfläche verringert wird: