DE19605588C2 - Verfahren zur Bearbeitung einer Zylinderlaufbahn bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Laufbahn für einen Kolben mit einem Kolbenringsystem zur Abdichtung zwischen Arbeitsraum und Kurbelgehäuse bei Brennkraftmaschinen, wobei die Laufbahn durch Honen gerichtete Honriefen aufweist.

Zur Verbesserung der Schmierungsverhältnisse unter kritischen Bedingungen, wie sie bei modernen Hochleistungsmotoren auftreten, muß die Oberfläche der Laufbahn des Kolbens mit seinem Kolbenringsystem eine ständige Ölbenetzung aufweisen. Zu diesem Zweck wurden bisher die Laufbahnen durch verschiedene Maßnahmen mit verschiedenen Oberflächentopograhpien ausgestattet. Durch Honen der Laufbahn werden gerichtete Strukturen in Form von Mikroriefen erzeugt. Riefentiefe, Riefenbreite, Riefenabstand und der Honwinkel, das heißt der Verlauf der Riefen in Bezug zur Zylinderachse, nehmen Einfluß auf den Ölverbrauch, den Verschleiß und auf das Einlaufverhalten der Gleitpartner. Aus der DE 43 16 012 A1 ist eine solche Laufbahn zu entnehmen. Die Honriefen erstrecken sich über die gesamte Laufbahn so daß das Schmieröl abfließen kann.

Um den Einlaufverschleiß und den Ölverbrauch während der Einlaufzeit herabzusetzen, ist es nach der DE 39 32 328 A1 bekannt, durch eine Laserstrahlbehandlung eine Mikroglättung und Veredelung der gehonten Laufbahn zu erzeugen. Die durch das Honen gebildete Struktur auf der Laufbahn wird hierdurch jedoch nicht verändert, so daß die Honriefen erhalten bleiben.

Über dem Hubbereich des Kolbens, das heißt zwischen der oberen und unteren Totpunktstellung, herrschen während des Motorbetriebes unterschiedliche Bedingungen. In den Totpunktstellungen ist der Verschleiß höher als im übrigen Bereich. Im oberen Totpunkt ist darüber hinaus der Verschleiß, bedingt durch die hohen Temperaturen und Drücke, größer als im unteren Totpunkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine nach dem Verfahren hergestellte gattungsgemäße Laufbahn zu schaffen, die für die unterschiedlichen Bedingungen über die Hubhöhe zu einer optimalen Oberfläche führt, so daß bereits während der Einlaufzeit der Gleitpartner, Verschleiß und Ölverbrauch optimiert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird eine gleichmäßige ungerichtete Verteilung von Ölreservoiren im Bereich der Totpunktstellungen erzeugt. Die Rauheitscharakteristik ist dabei so gewählt, daß die Rauhigkeit vom unteren Totpunkt in Richtung des oberen Totpunktes abnimmt. Zwischen den ungleichförmigen Plateauflächen ist ein ungeordnetes Labyrinth gebildet. Das in den Vertiefungen haftende Öl umspült die Plateaus und trägt damit zur Kühlung bei.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder und einem Kolben in der oberen und unteren Totpunktstellung.

Fig. 2 Ansicht eines Teilstückes der Laufbahn des Kolbens.

Fig. 3 Ausschnittsvergrößerung gemäß Ansicht III der Fig. 2.

Fig. 4 Ausschnittsvergrößerung gemäß Ansicht IV der Fig. 2.

Fig. 5 Schnittdarstellung der Fig. 3.

In der Fig. 1 ist ein Kolben (1) einmal in der oberen und einmal in der unteren Totpunktstellung dargestellt. Zur Abdichtung des Brennraumes weist der Kolben ein Kolbenringsystem (2) auf, welches gleitend an der Oberfläche eines Zylinders (3) anliegt. Die Laufbahn (4) des Zylinders (3) ist durch Honen mit einer definierten Oberflächenstruktur versehen. In der Fig. 4 ist eine durch Honen gebildete Oberflächenstruktur abgebildet. Beim Honen entstehen nutartige Honriefen, die bezüglich der Zylinderachse A unter einem definierten Winkel alpha verlaufen.

In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Laufbahn (4) dargestellt, welche in der oberen und unteren Totpunktstellung T, T' eine durch eine Läppbearbeitung erzeugte Oberflächenstruktur aufweist. Die Fig. 3 zeigt die durch die Läppbearbeitung erzeugte Struktur. Durch das Läppen werden Vertiefungen (6) und Plateauflächen (5) gebildet. Es wird ein ungeordnetes Labyrinth mit ungleichförmigen Plateauflächen (5) erzeugt. In den Vertiefungen (6) kann sich ein Ölfilm aufbauen, der auf die Plateauflächen (5) kühlend wirkt. Im Bereich außerhalb der Totpunktstellungen T, T' kann das Öl entlang der Honriefen abfließen. Da in diesem Bereich, im Gegensatz zu dem Bereich der Totpunktstellungen T, T', kein Kolbenkippen stattfindet, reicht die durch die Honriefen gebildete Struktur aus.

Durch die Unterteilung der Laufbahn (4) in Abschnitte mit verschiedenen Oberflächenstrukturen ist insgesamt eine optimal angepaßte Laufbahn geschaffen. Die in der Fig. 5 dargestellten Plateauflächen (5) und Vertiefungen (6) werden vorzugsweise im Hinblick auf Größe und Tiefe so ausgebildet, daß die Rauhigkeit im oberen Totpunkt T kleiner ist als im unteren Totpunkt T'.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bearbeitung einer Laufbahn für einen Kolben mit einem Kolbenringsystem zur Abdichtung zwischen Arbeitsraum und Kurbelgehäuse bei Brennkraftmaschinen, wobei die Laufbahn durch Honen gerichtete Honriefen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen der oberen und unteren Totpunktstellung T, T' des Kolbens (1) durch eine Läppbearbeitung Vertiefungen (6) und ungleichmäßige Plateauflächen (5) gebildet werden und diese Bereiche frei von Honriefen (7) sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Läppbearbeitung eine Rauhigkeit (Rz) von 1 bis 8 Mikrometer erzeugt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit im oberen Totpunkt T kleiner als die Rauhigkeit im unteren Totpunkt T' eingestellt wird.

4. Zylinder mit einer Laufbahn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen der oberen und unteren Totpunktstellung T, T' des Kolbens (1) je eine Oberfläche angeordnet ist, in die durch Läppbearbeitung Vertiefungen (6) und ungleichmäßigen Plateauflächen (5) eingearbeitet sind, daß axial zwischen diesen Oberflächen eine Oberfläche mit gerichteten Honriefen (7) sich erstreckt.

5. Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche im Bereich der oberen Totpunktstellung T des Kolbens (1) eine Rauhigkeit von 1 bis 4 Mikrometer aufweist.

6. Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche im Bereich der unteren Totpunktstellung T' des Kolbens (1) eine Rauhigkeit von 5 bis 8 Mikrometer aufweist.