DE19629332C1 - Verfahren zur Herstellung einlaufverbessernder und verschleißreduzeriender Zylinderlaufflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einlaufverbessernder und verschleißreduzierender Zylinderlaufflächen durch Einbringen von Laserhärtespuren im Zusammenhang mit einer Metallpartikelauftragung.

Zwischen der Zylinderoberfläche und den Kolbenringen bzw. dem Kolben findet eine Gleitreibung mit geringen Anpreßdrücken, aber bei teilweise sehr hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen statt, so daß häufig tribologische Probleme im oberen Zylinderbereich, besonders im Zwickel, wegen mangelnder Schmierung auftreten.

Es ist bekannt auf Oberflächen aus Fe-Basis Metalle verschiedenster Art aufzutragen, um insbesondere die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.

Nach DE-OS 21 14 375 werden insbesondere auf Walzstähle mit Abriebselementen und umlaufenden Brüsten Zink, Aluminium, Blei und dgl. als Korrosionsschutz aufgetragen.

Nach DE-OS 38 38 572 wird zum Aufbringen einer Metallschicht ein Stift aus Cu oder einer Cu-Legierung mit Glyzerin, einem Reduktionsmittel und Wasser in einem bestimmten Verhältnis verwendet, um eine Schicht aufzutragen, die Verschleiß und Reibkraft reduzieren soll.

In DE-OS 39 22 378 wird ein Verfahren zum Herstellen verschleißfester Oberflächen an Bauteilen aus AL-Si-Legierungen beschrieben. Es wird eine Schicht aus einem Binder mit pulverförmigem Silicium, einem Impf- und einem Flußmittel beschichtet. Die Schicht wird ihrerseits mit Laserenergie eingeschmolzen. Nach DE-OS 37 15 325 wird zur Herstellung von Gleitflächen eine Hartlegierung mit Elementen der Gruppe 8, Periode 4 mittels eines Hochenergiestrahles eingeschmolzen.

In DE-OS 37 15 327 wird ein Verfahren zum Herstellen einer verschleißfesten Beschichtung mit einer metallischen Basislegierung, insbesondere aus Ni-Co-Fe vorgeschlagen. Ein Hochenergiestrahl wird zur Beeinflussung der Oberflächenstruktur eingesetzt.

Im DD 2 76 121 wird ein Härteverfahren für Zylinderlaufbuchsen mit einem energiereichen Strahl, vorzugsweise Laserstrahl beschrieben, bei dem die Härtespuren in bestimmter geometrischer Form eingebracht werden und je nach Beanspruchungsart martensitisches oder auch ledeburitisches Gefüge mit variabler Härtetiefe eingebracht wird, wobei die Kombination von Strahlleistung, Spotgröße und Strahlvorschub eine entscheidende Rolle spielen. Außerdem werden die Anlaßeffekte zur benachbarten Härtespur beachtet.

In der Literaturquelle, Technische Rundschau, Heft 41, 1991, S. 56-62, wird zur Oberflächenbehandlung mit Laser ausgeführt, daß Randschichten mit dem Laserstrahl z. B. gehärtet, umgeschmolzen, mit Legierungselementen und Hartstoffen angereichert oder mit artfremden Schutzschichten versehen werden. Weiterhin wird das Laserhärten von Zylinderlaufbuchsen der Großdieselmotoren zur Verschleißreduzierung erläutert.

Bei allen aufgeführten Verfahren wird keine gezielte Laserhärtung des Grundmaterials mit einer Volumenzunahme der Härtespuren praktiziert und daraufhin eine Messingpartikelauftragung vorgenommen.

Die Auftragung z. B. an einer idealen zylindrischen Fläche bewirkt eine gleichmäßige Abtragung, ohne die Bedingungen des Speicherns der MS-Teile, der besseren Ölhaftung und der Versorgung des oberen Bereiches der Zylinderlaufflächen zu erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Zylinderoberflächen insbesondere für den Einlaufvorgang zu verbessern und zu verkürzen und günstige Voraussetzungen für den langfristigen Betriebseinsatz zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die Zylinderwand der lasergehärteten Zylinderlaufbuchsen Messingpartikel aufgetragen werden. Durch die Laserhärtung werden Härtespuren in der Zylinderwand ohne Anschmelzung erzeugt. Dabei wird perlitisches Graugußgefüge in hartes und feines Martensitgefüge umgewandelt. Der entstehende Volumenzuwachs in den Härtespuren wird so gesteuert, daß die Feinabdichtung zwischen der vor der Laserhärtung mit geringer Rauheit gefertigten Zylinderwand und dem Kolbenring ohne Nachbearbeitung mittels auf die Zylinderwand aufgetragener Messingpartikel, die insbesondere in den tieferliegenden Freispuren haften und ihrerseits zur besseren Ölhaftung beitragen, gegeben ist. Dadurch ist es möglich, daß die Kolbenringe mit wachsendem Einlaufverschleiß die in den Freispuren gespeicherten feinen Messingpartikel zur Feststoffschmierung mit Ölanteilen laufend heranziehen, so daß eine Einlaufverbesserung durch eine feine Oberflächenstruktur ohne Einlaufdefekte entsteht, die außerdem zu längeren Einsatzzeiten und höherer Betriebssicherheit führt.

Durch die Umwandlung der perlitischen Grundstruktur der feinbearbeiteten Laufbuchsenoberfläche bei der Laserhärtung in Martensit wird der dabei entstehende Volumenzuwachs in den Laserhärtespuren nicht durch Überschleifen entfernt, sondern vorteilhaft kombiniert mit einer Messingpartikelauftragung, welche eine verbesserte Ölhaftung bewirkt, so daß die Feinabdichtung zwischen Kolbenring und Zylinderwand trotz der geringfügig tieferliegenden Freispuren gewährleistet wird. Die Freispuren dienen quasi als feine Kanäle, die MS-Partikel und Öl speichern.

Die Kolbenringe beziehen mit wachsendem Einlaufverschleiß aus den Freispuren MS-Partikel und Ölanteile, so daß eine Einlaufverbesserung durch eine feine Oberflächenstruktur ohne Einlaufdefekte, wie Riefenbildung, Kolbenklemmer usw. entsteht und damit günstige Ausgangsbedingungen bezüglich längerer Einsatzzeiten und höherer Betriebssicherheit gebildet werden.

Die Zylinderlaufbuchsen eines Dieselmotors werden so lasergehärtet, daß der Härtevolumenzuwachs nicht überschliffen werden muß, sondern zum positiven Effekt durch die MS-Partikelauftragung und bessere Ölhaftung genutzt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung einlaufverbessernder und verschleißreduzierender Zylinderlaufflächen im Zusammenhang mit einer Laserhärtung, bei der Härtespuren ohne Anschmelzungen erzeugt werden, in denen ein perlitisches Graugußgefüge in hartes aber feines Martensitgefüge umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Gefügeumwandlung entstehende Volumenzuwachs in den Härtespuren während des Laserhärteprozesses so gesteuert wird, daß die Feinabdichtung zwischen der vor der Laserhärtung mit geringer Rauheit gefertigten Zylinderwand und dem Kolbenring ohne Nachbearbeitung mittels auf die Zylinderwand aufgetragener Messingpartikel, die insbesondere in den tieferliegenden Freispuren haften und ihrerseits zur besseren Ölhaftung beitragen, gegeben ist, so daß die Kolbenringe mit wachsendem Einlaufverschleiß die in den Freispuren gespeicherten, feinen Messingpartikel zur Feststoffschmierung mit Ölanteilen laufend heranziehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Härtungen mit CO₂-Lasern das zur Laserenergieeintragung erforderliche Ankoppelmedium mit Messingbürsten entfernt wird, welche gleichzeitig die erforderliche Messingpartikelauftragung vornehmen.