-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen zweiten Druckring bzw. Kolbenring
aus Eisen ohne Plattierung auf dem Ring zur Verwendung bei Aluminiumzylindern,
wobei die äußere Umfangs-
oder Gleitfläche des
Ringes aufgrund ihrer Neigung nach unten divergiert. Weiterhin bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen
zweiten Druck- bzw. Kolbenringes.
-
Im
Stand der Technik wie er z.B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
Nr. JP 8-246087A und JP 9-19757 A beschrieben ist, wurden in jüngster Zeit
als Zylindereinsätze
für hin-
und hergehende Verbrennungsmotoren solche entwickelt, die aus einer
hypereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bestehen (nachstehend
Aluminiumzylinder genannt), und zwar hergestellt mit Hilfe eines Aluminiumlegierung-Gießverfahrens,
wobei diese Zylinder exzellente Eigenschaften hinsichtlich Verschleiß, hinsichtlich
eines geringen Verbrauchs an Schmiermittel bzw. Öl, hinsichtlich eines geringeren Abrieb
des Kolbens aufweisen und weiterhin wesentlich zur Entwicklung von
Motoren mit geringem Gewicht beitragen, die zunehmend Verwendung
finden.
-
Einem
solchen Aluminiumzylinder benachbart liegt der Kolben, der normalerweise
mit einem Satz bestehend aus drei Kolbenringen versehen ist. Normalerweise
umfassen die drei Kolbenringe einen obersten Ring (Druckring), dessen
Oberfläche
einer Nitrierbehandlung bzw. einem Nitrierhärten unterzogen ist, einen
zweiten oder sekundären
Druckring, dessen äußere Umfangs-Gleitfläche mit
einer Chromplattierung bzw. mit einer Chromschicht versehen ist,
sowie einen Ölring,
der als dritter Ring (Ölabstreifring)
vorgesehen ist. Gelegentlich kann, wenn einem Aluminiumzylinder
mit einer speziellen Aluminiumlegierung, beispielsweise mit einer
A390-Aluminiumlegierung benachbart liegend, der aus einem speziellen,
beispielsweise feinrissigen Gußeisen ohne
Plattierung hergestelle Druckring auch als zweiter Druckring Verwendung
finden.
-
Der
zweite Druckring muß luftdicht
sein, um den obersten Ring zu unterstützen, und muß außerdem ein
gewisses Maß an
Abstreifeigenschaften besitzen, um auch eine möglicherweise geringe Menge an
Schmiermittel, die der Ölring
nicht abgestreift hat, noch abzustreifen. Aus diesem Grunde sollte
bei dem zweiten Druckring der äußere Umfang
dieses Ringes schräg
verlaufend, so daß dieser
nach unten divergiert, oder mit einer Schräge mit Hinterschneidung versehen
sein, und das unterste Ende der Gleitfläche sollte mit einer möglichst
scharfen Kante versehen sein. Außerdem sollte nach dem Stand
der Technik die Gleitfläche
mit einer Chrombeschichtung versehen sein, um axiale Riefen oder
Rillen im Zylinder zu vermeiden, und die schräg geformte Oberfläche sollte
poliert sein, um den Randabschnitt scharf und glatt in der Oberfläche auszuführen. Aus
diesem Grunde war es bei der Herstellung bisher schwierig, sowohl die
Abstreifeigenschaften, als auch die Forderungen nach Vermeidung
von Längsrillen
oder Riefen in der Zylinderbohrung zu erfüllen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen zweiten Druckring zu schaffen, der sowohl
die Abstreifeigenschaften aufweist, als auch die Riefen- oder Rillenbildung
an der Zylinderfläche
in Zylinderlängsrichtung vermeidet.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahen zum Herstellen
eines solchen zweiten Druckringes aufzuzeigen.
-
Ein
zweiter Druckring für
Aluminiumzylinder gemäß der Erfindung
ist im Anspruch 1 beschrieben. Dieser Ring ist aus Eisen ohne Plattierung
hergestellt. Die äußere Umfangs-Gleitfläche des
Ringes ist entsprechend der Schräge
nach unten divergierend ausgeführt.
Der Ring ist dadurch charakterisiert, daß er an dem unteren Ende der äußeren Umfangs-Gleitfläche einen
mit einer entgegengesetzten Neigung nach oben divergierenden bearbeiteten
Bereich mit einer Ausdehnung von weniger als 0,15 mm in axialer Richtung
aufweist. Der Übergang
zwischen der äußeren Umfangs-Gleitfläche und
diesem mit der entgegengesetzten Schräge hergestellten Bereich ist geläppt oder
poliert.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen eines zweiten Druckringes für Aluminiumzylinder
entsprechend der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben, wobei
die äußere Umfangs- Gleitfläche des
zweiten aus Eisen und ohne Plattierung hergestellten Druckringes
entsprechend der Neigung nach unten divergierend ausgebildet ist.
Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß am unteren Ende der äußeren Umfangs-Gleitfläche des
Ringes mit entgegengesetzter Neigung ein nach oben divergierender
Bereich erzeugt bzw. eingearbeitet wird, und zwar mit einer Erstreckung
in axialer Richtung von weniger als 0,15 mm, wobei durch zylindrisches
Läppen
der Übergang zwischen
der äußeren Umfangs-Gleitfläche und
dem mit der entgegengesetzten Neigung hergestellten Abschnitt in
der Oberfläche
behandelt wird.
-
Ein
zweiter Druckring für
Aluminiumzylinder entsprechend der Erfindung ist auch im Anspruch
3 beschrieben, wobei dieser Ring aus Eisen ohne Plattierung hergestellt
ist und die äußere Umfangs-Gleitfläche so geneigt
ist, daß sie
nach unten divergiert. Der Druckring ist charakterisiert dadurch,
daß die äußere Umfangs-Gleitfläche poliert
ist und das untere Ende der äußeren Umfangs-Gleitfläche für den Oberflächenabschluß geläppt ist.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen eines zweiten Druckringes für Aluminiumzylinder
ist entsprechend der Erfindung auch im Anspruch 4 beschrieben, wobei
die äußere Umfangsfläche des
zweiten, aus Eisen ohne Plattierung hergestellten Druckringes geneigt
ist, so daß sie
nach unten divergiert. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Umfangs-Gleitfläche poliert
und im Anschluß daran das
untere Ende der äußeren Umfangs-Gleitfläche für das Finishing
oder für
den Oberflächenabschluß geläppt wird.
Ein zweiter Druckring gemäß der Erfindung
für Aluminiumzylinder
ist weiterhin im Anspruch 5 beschrieben, und zwar hergestellt aus
Eisen ohne Plattierung, wobei die äußere Umfangs-Gleitfläche geneigt
ist, so daß sie
nach unten divergiert. Der zweite Druckring ist charakterisiert
dadurch, daß die äußere Umfangs-Gleitfläche mit
einer Kunststoff- oder Kunstharzbeschichtung mit einer Dicke von
3 μm oder
mehr als 3 μm
versehen ist.
-
Ein
Verfahren zum Herstellen eines solchen zweiten Druckringes für Aluminiumzylinder
ist entsprechend der Erfindung im Anspruch 6 beschrieben, wobei
die äußere Umfangs-Gleitfläche des
aus Eisen und ohne Plattierung hergestellten Druckringes aufgrund
der Neigung nach unten divergiert. Das Verfahren ist charakterisiert
dadurch, daß eine
Kunstharz- oder Kunststoffbeschichtung mit einer Dicke von 3 μm oder mehr
auf die äußere Umfangs-Gleitfläche aufgebracht
wird.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch einen zweiten Druck- oder Gas- oder Kolbenring gemäß einer
ersten möglichen
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 einen
Schnitt eines zweiten Druckringes, entsprechend einer zweiten möglichen
Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 einen
Schnitt eines zweiten Kolbenringes, entsprechend einer dritten möglichen
Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 ein
Diagramm, welches den Verbrauch an Gleitmittel und auch die vorteilhaften
Effekte der vorliegenden Erfindung erläutert.
-
Die
Erfindung wird nun im Folgenden mehr im Detail an Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die 1–3 beschrieben.
-
Die 1 zeigt
eine erste mögliche
Ausführungsform
der Erfindung, wobei in den Positionen (a), (b) bzw. (c) jeweils
im Teilschnitt das Querschnittsprofil und dessen Umgebung von einem
zweiten Gas- oder Kolbenring R gezeigt sind, der aus Gußeisen oder
Stahl (nachstehend als „Eisen" bezeichnet) hergestellt
ist, und zwar ohne einen auf dem Ring vorgesehenen Überzug oder
eine Plattierung. Im einzelnen ist in der Position (a) ein im wesentlichen
trapezförmiges
Querschnittsprofil dargestellt, wobei die äußere periphere Gleitfläche nach
unten divergent abgeschrägt
ist, d.h. am Übergang
zwischen der äußeren Umfangs-
oder Gleitfläche
und der oberen Ringfläche
eine Schrägfläche gebildet
ist. Die Position (b) zeigt ein annähernd trapezförmiges Querschnittsprofil,
bei dem im untersten Bereich der äußeren Umfangsfläche eine
stufenartige Ausnehmung oder Hinterschneidung vorgesehen ist. Die
Position (c) zeigt ein annähernd
trapezartiges Querschnittsprofil, welches mit einer ähnlichen
stufenförmigen Ausnehmung
versehen ist, allerdings mit einem nasen- oder hakenartigen Abschnitt
(nachstehend auch als „Hinterschnitt" bezeichnet). Die
beschriebene stufenförmige
Ausnehmung oder der beschriebene Hinterschnitt-Abschnitt dient dazu,
die Ölaufnahmefähigkeit
hiervon zu vergrößern und
die Einstellung des Öldruckes
zu kontrollieren und um einen möglichen Rückfluß an Öl oder Schmiermittel
zu verhindern, wenn der zweite Kolbenring Reste von Gleit- oder Schmiermittel
abstreift, die vom unteren Ring nicht abgestreift wurden, wobei
allen Fällen
die Schräge der äußeren Umfangs-
oder Gleitfläche ähnlich ausgeführt ist.
Aus diesem Grunde wird nun als Beispiel die Ausführung der Position (a) näher erläutert.
-
Zunächst wird
als erster Schritt eine nach unten divergierende schräge Fläche geformt
oder hergestellt, wie dies mit der Bezugsziffer 1 angegeben ist,
und zwar durch übliche
Material-Bearbeitung oder material- bzw. spanabhebende Bearbeitung.
Als nächster
Schritt wird am unteren Ende der äußeren Umfangs- und Gleitfläche eine
Bearbeitung, z.B. material- bzw. spanabhebende Bearbeitung für eine nach
oben divergierende entgegengesetzte Schräge vorgenommen, wie dies mit
der Bezugsziffer 2 angegeben ist, und zwar in einem Ausmaß, wie dies
durch h in axialer Richtung (Richtung nach oben und unten in der 1)
angegeben ist, d.h. die durch Bearbeitung entsprechend der Bearbeitungslinie 2 erzeugte, nach
oben divergierende Schräge
nimmt in axialer Richtung eine Länge
h ein, die bestimmt ist durch: h = 0,1 +/– 0,15 mm.
-
Falls
h diesen Bereich übersteigt,
verschlechtern sich die Ölabstreifeigenschaften
und der Verbrauch an Schmiermittel bzw. Öl steigt an. Dementsprechend
ist es nicht erwünscht,
daß h
außerhalb
des angegebenen Bereiches liegt.
-
Durch
die Anwendung der schrägen,
entgegengesetzten Bearbeitung 2 benötigt die nach unten divergierende
schräge
Form der äußeren Umfangs- oder
Gleitfläche
kein spezielles feines Oberflächen-Finish
und kann daher mit einer konventionellen Oberflächenrauhigkeit ausgestattet
sein.
-
Im
Anschluß daran
erfolgt ein zylindrischer Läppen 3 für die Nachbearbeitung,
und zwar am Übergang
als Anlageabschnitt zwischen der Abschrägung 1 und der entgegengesetzten
schrägen Bearbeitung 2.
Schließlich
wird der gesamte zweite Druck- oder
Kolbenring an Anlehnung an den Stand der Technik einer Anti-Korrosionsbehandlung
unterzogen, und zwar beispielsweise durch eine Behandlung zum Aufbringen
einer Phosphatbeschichtung usw., um die Herstellung des Ringes abzuschließen.
-
Die 2 zeigt
eine zweite mögliche
Ausführungsform
der Erfindung. Die Positionen (a), (b) bzw. (c) in der 2 zeigen ähnlich den
Positionen der 1 jeweils im Teilschnitt den
Querschnitt und dessen Umgebung von einem zweiten Druckring R, der ohne
Plattierung aus Eisen hergestellt ist. Hierbei ist in der Position
(a) ein annähernd
trapezartiger Querschnitt wiedergegeben, und zwar mit der äußeren Gleitfläche, die
nach unten divergierend geneigt bzw. ausgeführt ist. Die Position (b) zeigt
einen annähernd trapezförmigen Querschnitt,
der eine stufenförmig ausgeführte Hinterschneidung
an dem untersten Abschnitt der äußeren Umfangs-
oder Gleitfläche
aufweist. Die Position (c) zeigt ein annähernd trapezartiges Querschnittsprofil,
welches mit einer ähnlichen, stufenförmig ausgebildeten
Hinterschneidung mit einem haken- oder nasenförmigen Abschnitt ausgeführt ist.
Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
wird nun die Ausführung
der Position (a) näher erläutert.
-
Zunächst wird
die äußere Umfangs-
oder Gleitfläche
hergestellt, und zwar durch übliche
Bearbeitung oder dergl., um eine nach unten divergierend geneigte
Oberfläche
zu erreichen. Im Anschluß daran
wird die gesamte Umfangs- oder Gleitfläche poliert, wie dies mit der
Bezugsziffer 4 angedeutet ist, um insbesondere eventuelle
Materialreste und Grate, die beim Bearbeiten bzw. Drehen insbesondere
auch am unteren Abschnitt der Außen- oder Gleitfläche auftreten
können,
zu entfernen. Dieses Polieren schafft eine glatte Oberfläche mit
einer Rauhigkeit von weniger als 6,3 Z an der Gleitfläche.
-
Im
Anschluß daran
erfolgt für
eine abschließende
Bearbeitung am unteren Ende der Gleitfläche ein zylindrisches Läppen 3.
Dann wird der gesamte Ring einer Behandlung für eine Phosphatbeschichtung
unterzogen, um die Herstellung abzuschließen.
-
Die 3 zeigt
eine dritte mögliche
Ausführungsform
der Erfindung. Ähnlich
zu der Darstellung in den 1 und 2 sind
wiederum in Teildarstellung ein Querschnitt und dessen Umgebung
eines zweiten Druck- oder Kolbenringes R wiedergegeben, der aus
Metall ohne Plattierung hergestellt ist. Hierbei ist in der Position
(a) ein annähernd
trapzartiges Querschnittsprofil mit der an dieser gebildeten äußeren Umfangs-
oder Gleitfläche
gezeigt, die nach unten hin schräg
divergiert. Die Position (b) zeigt ein annähernd trapezförmiges Querschnittsprofil
mit einer stufenförmigen
Ausnehmung oder Hinterschneidung am untersten Abschnitt der Außenfläche. In
der Position (c) ist ein annähernd
trapezartiges Querschnittsprofil dargestellt, und zwar mit einem
stufenförmigen
Hinterschnitt mit einem hakenförmigen
Abschnitt. Nachstehend wird wiederum die Ausführung der Position (a) näher erläutert.
-
Zunächst wird
die äußere Umfangs-
oder Gleitfläche
bearbeitet, und zwar spanabhebend durch ein übliches Drehen oder dergl.,
um die nach unten divergierende Schrägfläche zu bilden. Weiterhin wird
die Gleitfläche
dann abschließend
bearbeitet durch ein Flüssigkeits-Honen
usw.. Im Anschluß daran
wird eine Kunststoffbeschichtung mit einer Dicke von 3 μm oder größer, beispielsweise
mit einer Dicke von 5–10 μm auf die
gesamte Gleitfläche
aufgebracht, wie dies mit der Bezugsziffer 5 angedeutet
ist. Als Kunststoff für
die Beschichtung ist beispielsweise 4-Ethylen-Fluorid-Harz usw.
geeignet. Eine derartige Kunststoffbeschichtung wird dann nach dem
Aufbringen gebacken oder ausgehärtet,
um ein festes Anhaften zu erreichen. In diesem Fall ist anschließend ein
Finishing durch Läppen
oder eine Phosphat-Beschichtungsbehandlung nicht mehr erforderlich.
-
Der
sekundäre
Druckring mit einer solchen Kunststoffbeschichtung ist dadurch charakterisiert, daß er eine
gute anfängliche
Adaption liefert.
-
In
Tests mit laufenden Verbrennungsmotoren, in denen ein zweiter Druckring
entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen an einem Kolben
vorgesehen war, wurden keine Riefen oder Kratzer in der Zylinderwand
aus Aluminium festgestellt, und zwar in keinem der Fälle. In
der 4 ist weiterhin ein Diagramm wiedergegeben, welches den
Verbrauch an Schmiermittel bzw. Öl
zeigt, und zwar bei den verschiedenen Ausführungsformen des zweiten Druckringes
im Vergleich zu einem bekannten, mit Chrom plattierten Ring, dessen
Verbrauch mit „1" normiert angegeben
ist. Wie die Figur zeigt, war der Verbrauch an Schmiermittel bzw. Öl bei den jeweiligen
zweiten Druckringen gemäß der Erfindung nahezu
gleich dem Verbrauch beim Stand der Technik.
-
Daher
werden entsprechend der Erfindung exzellente Ergebnisse erreicht,
d.h. mit der Erfindung wird ein stabiler zweiter Druckring möglich, der
hinsichtlich seiner Abstreifeigenschaften sowie auch hinsichtlich
der Vermeidung von Längsriefen
oder Kratzern in der Wandung von Aluminiumzylindern mit dem Stand
der Technik durchaus vergleichbar ist.
-
Die
Erfindung wurde voranstehend an Beispielen beschrieben. Es versteht
sich für
einen Fachmann, daß zahlreiche Änderungen
sowie Modifikationen möglich
ist, ohne daß dadurch
der Umfang und Schutz der vorliegenden Erfindung verlassenwird. Die
gesamte Beschreibung der japanischen Anmeldung 60265/1997, die am
14. März
1997 eingereicht wurde, und zwar einschließlich der Beschreibung, den
Ansprüchen,
den Zeichnungen und der Zusammenfassung werden hiermit in ihrer
Gesamtheit eingeschlossen und zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung
gemacht.
-
- 1
- Bildung
der Schräge
- 2
- Bildung
der entgegengesetzten Schräge
bzw. Schrägfläche
- 3
- Lappen
- 4
- Schleifen
- 5
- Kunstharzbeschichtung
- R
- zweiter
bzw. sekundärer
Druck- oder Kolbenring