DE19851424A1

DE19851424A1 - Piston ring used for I.C. engines consists of a multiphase material in the region of the ring outer surface containing finely divided hard material particles in a matrix

Info

Publication number: DE19851424A1
Application number: DE1998151424
Authority: DE
Inventors: Wolf Nagel
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 1998-11-07
Filing date: 1998-11-07
Publication date: 2000-05-11

Abstract

Piston ring (1) consists of a multiphase material in the region of the ring outer surface (9). The multiphase material contains finely divided hard material particles in a matrix (15). An Independent claim is also included for an I.C. engine comprising a cylinder with an inner surface (10) and in which is arranged a piston (3) with a piston ring (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring für die Verwendung an einem Kolben, der in einem Zylinder einer Kraft- oder Ar beitsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, ange ordnet oder anordenbar ist und der eine zur Gleitberührung mit einer Zylinderinnenfläche vorgesehene Ringaußenfläche bildet.The invention relates to a piston ring for use a piston in a cylinder of a force or Ar beitsmaschine, in particular an internal combustion engine, is arranges or can be arranged and one for sliding contact provided with an inner cylinder surface outer ring surface forms.

Bei Kolbenringen für Verbrennungsmotoren unterscheidet man allgemein zwischen Verdichtungsringen bzw. Kompressionsringen und Ölabstreifringen. Verdichtungsringe übernehmen die Feinabdichtung des Kolbens im Zylinder gegenüber der Zylin derinnenfläche und können ggf. zur Wärmeableitung vom Kolben zum gekühlten Zylinder beitragen. Ölabstreifringe dienen vorwiegend zum Abstreifen überschüssigen Schmieröls von der Zylinderinnenfläche und zur Rückführung des Schmieröls in die Ölwanne. Dadurch soll unter anderem verhindert werden, daß das Öl aus dem Kurbelgehäuse in den Verbrennungsraum gelangt, was einen größeren Ölverbrauch und Schadstoffemission durch verbranntes Öl zur Folge hätte. Bei ohne Schmierung der Lauffläche arbeitenden Maschinen, beispielsweise Arbeits maschinen wie Kompressoren zur Gasverdichtung, können Ölab streifringe entfallen. A distinction is made with piston rings for internal combustion engines generally between compression rings or compression rings and oil rings. Compression rings take over Fine sealing of the piston in the cylinder against the cylinder inner surface and can be used for heat dissipation from the piston contribute to the cooled cylinder. Oil scraper rings are used mainly for wiping off excess lubricating oil from the Inner surface of the cylinder and for returning the lubricating oil into the Oil pan. This is to prevent, among other things, that the oil from the crankcase enters the combustion chamber, resulting in greater oil consumption and pollutant emissions burned oil. With no lubrication Tread working machines, such as labor machines such as compressors for gas compression can oil stripe rings are eliminated.

Ein Kolbenring soll elastisch sein, um einen gewissen Anpreß druck an die Zylinderinnenfläche bzw. Zylinderwand bereit stellen zu können. Der Anpreßdruck an die Zylinderinnenwand wird, insbesondere bei den dem Arbeitsraum der Kolbenmaschine am nächsten liegenden Kolbenring, während des Betriebes noch durch den seine obere Stirnfläche sowie seine Innenseite beaufschlagenden Gasdruck beachtlich verstärkt, so daß hier eine besonders starke Reibung zwischen Kolbenring und Zylin derinnenfläche entstehen kann. Da bei geschmierten Kolben maschinen der oberste Kolbenring darüber hinaus nur geringe Schmierstoffmengen zugeführt erhält, können hier Reibungs probleme wie Verschleiß oder Festfressen an der Zylinder innenfläche besonders leicht auftreten.A piston ring should be elastic to a certain pressure pressure on the cylinder inner surface or cylinder wall to be able to ask. The contact pressure on the inside wall of the cylinder is, especially in the working area of the piston machine closest piston ring while still in operation through the its top end face as well as its inside pressurized gas pressure considerably increased, so here a particularly strong friction between the piston ring and the cylinder the inner surface can arise. As with lubricated pistons machines, the top piston ring is only minimal Lubricant quantities fed can cause friction here problems such as wear or seizure on the cylinder inner surface occur particularly easily.

Zur Vermeidung derartiger Probleme müssen die Zylinderinnen fläche, die direkt an einem Kurbelgehäuse oder an einer in einem Kurbelgehäuse eingesetzten Zylinderlaufbuchse ausgebil det sein kann, und der Kolbenring derart aufeinander abge stimmt sein, daß sie eine gut gleitende Laufpartnerschaft bilden.To avoid such problems, the cylinders surface directly on a crankcase or on an in trained in a crankcase cylinder liner can be det, and the piston ring so abge it is true that they have a smooth running partnership form.

Bei kostengünstigen Motoren besteht der Bereich der Zylinder innenfläche häufig aus Grauguß. In zunehmendem Maße werden unter anderem aus Gründen der Gewichts- und Verbrauchsredu zierung auch Laufbuchsen und Motorblöcke aus geeigneten Leichtmetallwerkstoffen, insbesondere auf Aluminiumbasis, eingesetzt. Die Kolbenringe sind auf die jeweiligen Laufpart ner abgestimmt. Herkömmliche normale Kolbenringe werden meist aus Gußeisen oder vergütetem Gußeisen, hoch beanspruchte auch aus Gußeisen mit Kugelgraphit oder hochlegiertem Stahl hergestellt. Um den vielfältigen funktionalen Anforderungen gerecht zu werden, werden häufig auch Kolbenringe eingesetzt, deren Ringaußenfläche durch eine Beschichtung beispielsweise aus Chrom und Molybdän gebildet wird. Mit Chrom beschichtete Kolbenringe haben gute Verschleißfestigkeit, neigen jedoch zum Festfressen und stärkerem Abrieb, wenn sie in Verbindung mit Zylinderinnenflächen aus Gußeisen eingesetzt werden. Mit Molybdän beschichtete Kolbenringe verhindern zwar durch die gute Wärmeleitfähigkeit weitgehend das Fressen der Ringe, sind jedoch nicht sehr verschleißfest. Die Herstellung beschichteter Kolbenringe kann aufwendig und teuer sein.In the case of inexpensive engines, there is the area of the cylinders often made of gray cast iron. Become increasingly among other things, for reasons of weight and consumption reduction decoration also bushings and engine blocks from suitable Light metal materials, especially based on aluminum, used. The piston rings are on the respective running part ner tuned. Conventional normal piston rings are mostly made of cast iron or tempered cast iron, also highly stressed made of spheroidal graphite cast iron or high-alloy steel manufactured. To meet the diverse functional requirements piston rings are often used, whose outer ring surface by a coating, for example is formed from chrome and molybdenum. Coated with chrome Piston rings have good wear resistance, but tend to for seizure and more abrasion when in contact can be used with cast iron cylinder surfaces. With Molybdenum-coated piston rings prevent the good thermal conductivity largely eating the rings, are however not very wear-resistant. The production coated piston rings can be complex and expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kolbenring für einen Kolben einer Kraft- oder Arbeitsmaschi ne, insbesondere eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der die Konstruktion kostengünstiger Maschinen mit guten Laufei genschaften ermöglicht.The invention has for its object an improved Piston ring for a piston of a power or work machine ne, especially to create an internal combustion engine that the construction of cost-effective machines with good running properties properties.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Kolben ring mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.To achieve this object, the invention proposes a piston ring with the features of claim 1.

Ein erfindungsgemäßer Kolbenring besteht zumindest im Bereich der Ringaußenfläche aus einem Mehrphasenmaterial, das durch ein Matrixmaterial gebildet wird, in dem fein verteilte Hartstoffpartikel enthalten sind. Diese vorzugsweise mit gleichmäßiger Dichte im Matrixmaterial verteilten Partikel großer Härte verleihen der Ringaußenfläche des Kolbenrings aufgrund ihrer Härte bzw. Abriebsfestigkeit eine große Verschleißfestigkeit. Gleichzeitig können in Verbindung mit dem metallischen, mehr oder weniger elastischen Matrixmate rial gute Volumeneigenschaften, wie Elastizität, für den Kolbenring erreicht werden. Da ein Kolbenring im Vergleich beispielsweise zu einer Zylinderlaufbuchse oder einem ganzen Zylinderblock ein sehr geringes Gesamtvolumen hat, können die Kosten zur Bereitstellung günstiger Laufpartnerschaften gering gehalten werden, auch wenn die volumenbezogenen spezifischen Herstellungskosten für Kolbenringe mit partikel verstärktem Mehrphasenmaterial im Vergleich zu herkömmlichen Materialien, wie Gußeisen, hoch sein sollten.A piston ring according to the invention exists at least in the area the ring outer surface made of a multi-phase material through a matrix material is formed in which finely divided Hard material particles are included. This preferably with particles distributed uniformly in the matrix material give the ring outer surface of the piston ring great hardness a large one due to their hardness or abrasion resistance Wear resistance. At the same time, in conjunction with the metallic, more or less elastic matrix material rial good volume properties, such as elasticity, for the Piston ring can be reached. Because a piston ring in comparison for example to a cylinder liner or a whole Cylinder block has a very small total volume, the Cost of providing affordable running partnerships be kept low, even if the volume-related specific manufacturing costs for piston rings with particles reinforced multiphase material compared to conventional Materials such as cast iron should be tall.

Es ist möglich, nur im Bereich der Ringaußenfläche partikel verstärktes Mehrphasenmaterial vorzusehen. Beispielsweise kann eine Schicht einer Leichtmetallegierung mit Keramikpar tikeln, z. B. Aluminiumoxid, mittels Laser oder Plasmakanone auf eine Außenfläche eines Ringkörper aufgespritzt werden, der im preiswerten Druckgußverfahren ggf. aus der gleichen oder einer ähnlichen Leichtmetallegierung herstellbar ist. Bevorzugt ist es, wenn der Kolbenring im wesentlichen voll ständig aus dem Mehrphasenmaterial besteht. Dadurch werden Grenzflächenprobleme, wie sie bei beschichteten Kolbenringen zwischen Beschichtung und Ringkörper auftreten können, vermieden. Zudem können kostengünstige Volumen-Herstellungs verfahren eingesetzt werden.It is possible to particles only in the area of the ring outer surface to provide reinforced multiphase material. For example can be a layer of a light metal alloy with ceramic par articles, e.g. As aluminum oxide, using a laser or plasma gun are sprayed onto an outer surface of a ring body, the in the inexpensive die casting process, if necessary, from the same or a similar light metal alloy can be produced. It is preferred if the piston ring is essentially full consist of the multi-phase material. This will Interface problems, such as those with coated piston rings can occur between the coating and the ring body, avoided. It can also be inexpensive volume manufacturing procedures are used.

Es ist besonders bevorzugt, wenn das Matrixmaterial eine Leichtmetallegierung ist, also ein metallischer Werkstoff mit einer Dichte deutlich unterhalb 4 oder 5 g/cm³. Insbesondere können Werkstoffe auf Basis von Aluminium oder Magnesium eingesetzt werden. Derartig leichte Kolbenringe ermöglichen günstige Trägheitsverhältnisse, die sich insbesondere bei schnell laufenden Maschinen positiv bemerkbar machen. Es ist auch möglich, daß das Matrixmaterial im wesentlichen aus einer schwereren Legierung, insbesondere einer Nickelbasis legierung besteht. Nickeldispersionswerkstoffe, die bei spielsweise zwischen 4% und 8% Siliziumpartikel als Hart stoffpartikel aufweisen können, haben gegenüber Gußwerkstof fen herkömmlicher Kolbenringe eine mehrfach höhere Ver schleißfestigkeit.It is particularly preferred if the matrix material is a light metal alloy, that is to say a metallic material with a density significantly below 4 or 5 g / cm ³ . In particular, materials based on aluminum or magnesium can be used. Such light piston rings enable favorable inertia conditions, which are particularly noticeable in high-speed machines. It is also possible that the matrix material consists essentially of a heavier alloy, in particular a nickel-based alloy. Nickel dispersion materials, which may have between 4% and 8% silicon particles as hard material particles, have a wear resistance that is several times higher than that of conventional piston rings.

Zur Erzeugung der Dispersion bzw. Verteilung von Hartstoff partikeln kann jedes geeignete Herstellungsverfahren einge setzt werden. So ist es beispielsweise möglich, daß Hart stoffpartikel mindestens teilweise durch, vorzugsweise aus der Schmelze ausgeschiedene, Ausscheidungspartikel gebildet sind. Hierbei kann es sich um Mischkristalle, beispielsweise mit Silizium handeln, die insbesondere bei Aluminium als Basismaterial verschleißfeste Werkstoffe bilden. Die Korn größen können relativ klein sein und z. B. im Mittel zwischen ca. 3 und 5 µm liegen, oder es können gröbere Körner vorlie gen, beispielsweise aus dem Bereich zwischen ca. 10 µm und ca. 50 µm. Zur Herstellung eines partikelverstärkten Kolben ringes kann beispielsweise eine übereutektische Aluminium- Silizium-Legierung, z. B. mit ca. 15 bis 22 Gewichtsprozent Silizium, gegossen werden, wobei sich aus der Schmelze Siliziumkristalle ausscheiden, die die Hartstoffpartikel bilden. Ein Kolbenring kann auch durch Wärmebehandlung ausscheidungsgehärtet werden. Je nach Legierungszusammenset zung können auch intermetallische Phasen entstehen. Es ist auch möglich, einen Kolbenring durch Sprühkompaktieren herzu stellen, wozu insbesondere Aluminium-Silizium-Legierungen mit 12% bis 30% Silizium verwendbar sind. Es kann entweder eine überhitzte, übereutektische Aluminium-Silizium-Schmelze oder eine feinverdüste Aluminium-Schmelze und ein entspre chender Partikelstrahl auf einen rotierenden Träger gerichtet werden, wodurch allmählich ein fester Rohkörper für den Kolbenring geformt wird. Anschließend kann daraus ein Kolben ring gefertigt werden. Das Sprühkompaktieren eignet sich besonders gut zur Herstellung homogener, feindisperser Werkstoffe. Zur Verringerung der Porosität ist es allerdings meist erforderlich, den Rohkörper in einem weiteren Umfor mungsprozeß (Schmieden, Walzen, Hämmern o. dgl.) nachzuver dichten.To generate the dispersion or distribution of hard material Particles can use any suitable manufacturing process be set. For example, it is possible that Hart Particle particles at least partially, preferably from excreted particles formed in the melt are. This can be mixed crystals, for example trade in silicon, which in particular with aluminum as Base material to form wear-resistant materials. The grain sizes can be relatively small and e.g. B. on average between approx. 3 and 5 µm, or there may be coarser grains gene, for example from the range between about 10 microns and approx. 50 µm. For the production of a particle-reinforced piston ring, for example, a hypereutectic aluminum Silicon alloy, e.g. B. with about 15 to 22 weight percent Silicon, being cast, being made from the melt Silicon crystals excrete the hard particles form. A piston ring can also be heat treated be age hardened. Depending on the alloy composition intermetallic phases can also develop. It is also possible to produce a piston ring by spray compacting provide, in particular with aluminum-silicon alloys 12% to 30% silicon can be used. It can be either overheated, hypereutectic aluminum-silicon melt or a fine-atomized aluminum melt and a corresponding particle beam directed onto a rotating carrier become gradually solid solid for the Piston ring is formed. A piston can then be used ring are made. Spray compacting is suitable particularly good for producing homogeneous, finely dispersed Materials. However, it does reduce porosity usually required, the raw body in a further form processing (forging, rolling, hammering or the like) poetry.

Es ist möglich, daß die Hartstoffpartikel mindestens teilwei se durch, vorzugsweise nichtmetallische, Fremdpartikel gebildet sind, bei denen es sich insbesondere um keramische Partikel, beispielsweise aus Aluminiumoxid bzw. Korund, Siliziumcarbid oder um Boride oder Nitride handeln kann. Die Hartstoffpartikel können in Form von relativ kompakten Körnern mit einem typischen Länge/Durchmesser-Verhältnis von weniger als 10, insbesondere ca. 1 bis 3, vorliegen. Alter nativ oder zusätzlich können auch Fasern vorgesehen sein, deren Länge/Durchmesser-Verhältnis typischerweise größer 10 oder 100 ist.It is possible that the hard material particles at least partially se through, preferably non-metallic, foreign particles are formed, which are in particular ceramic Particles, for example made of aluminum oxide or corundum, Silicon carbide or borides or nitrides can act. The Hard material particles can be in the form of relatively compact Grains with a typical length / diameter ratio of less than 10, in particular about 1 to 3, are present. Dude fibers can be provided natively or additionally, their length / diameter ratio typically greater than 10 or 100.

Es kann sich um Infiltrationswerkstoffe handeln, die bei spielsweise durch Reaktionsinfiltration, Squeezecasting oder Druckguß herstellbar sind. Dabei werden Partikel oder Fasern aus unterschiedlichen Materialien zu einem offenporigen Gerüst, dem sogenannten Preform-Kolbenring, miteinander verbunden und beim Squeezecasting anschließend unter langsam ansteigendem Druck mit einer Leichtmetallschmelze infil triert. Besonders hohe Festigkeiten lassen sich hier durch Verwendung von Fasern erreichen.It can be infiltration materials that at for example by reaction infiltration, squeezecasting or Die casting can be produced. Particles or fibers made of different materials into an open-pore one Framework, the so-called preform piston ring connected and then slowly under squeezecasting increasing pressure with a light metal melt infil trated. Particularly high strengths can be achieved here Achieve use of fibers.

Es ist auch möglich, erfindungsgemäße Kolbenringe durch Sintern herzustellen. Dabei können nichtmetallische Partikel und ein Leichtmetallpulver kalt vorgepreßt und unter Schutz gas gesintert oder heißgepreßt werden. Durch das Sintern können relativ gut reproduzierbare, feinkörnige Gefügestruk turen erzeugt werden.It is also possible to use piston rings according to the invention To produce sintering. It can be non-metallic particles and a light metal powder cold pressed and protected gas sintered or hot pressed. By sintering can be relatively reproducible, fine-grained structure doors are generated.

Es ist auch möglich, die Hartpartikel in die Schmelze des Matrixwerkstoffes einzurühren. Dabei können beispielsweise Korund- bzw. Siliciumcarbid-Partikel in die Schmelze einge rührt und seigerungsfrei, d. h. gleichmäßig verteilt werden. Der Rohling kann dann durch Extrusion zu einem Kolbenring umgeformt werden. It is also possible to place the hard particles in the melt of the Mix in the matrix material. For example Corundum or silicon carbide particles inserted into the melt stirring and segregation-free, d. H. be evenly distributed. The blank can then be extruded into a piston ring be reshaped.

Es ist auch möglich, in der Schmelze Reaktivkomponenten zuzugeben. Durch Reaktionen in der Schmelze können dann die Hartpartikel, beispielsweise Boride oder Nitride, ausgeschie den werden. Auf diese Weise sind besonders kostengünstig feine Dispersionen herstellbar.It is also possible to use reactive components in the melt to admit. Through reactions in the melt, the Hard particles, for example borides or nitrides, are ejected that will. In this way, they are particularly inexpensive fine dispersions can be produced.

Zur Verbesserung der Laufeigenschaften kann die Ringaußen fläche nach Herstellung des Roh-Kolbenringes noch formverän dernd bearbeitet werden. Eine hohe Verschleißfestigkeit in Verbindung mit geringer Freßneigung läßt sich insbesondere dadurch erreichen, daß die vorzugsweise mechanisch material abtragende Bearbeitung so erfolgt, daß Hartstoffpartikel im Bereich der Ringaußenfläche teilweise aus dem Matrixmaterial herausragen, wobei vorzugsweise eine radial Außenfläche des Matrixmaterials im Mittel um mehr als 1 µm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 µm gegen die radiale Außenfläche der Hart stoffpartikel zurückversetzt ist. Dadurch kann erreicht werden, daß die Kolbenringaußenfläche so reliefartig struktu riert wird, daß der Kolbenring nur im Bereich der Hartstoff partikel direkt mit dem Material der Zylinderinnenfläche in Berührung kommt und sich in den Bereichen zwischen den hervorstehenden Partikeln Ölhaltetaschen bilden, die die Schmierung der Laufpartner fördern.The outer ring can be used to improve the running properties area after shape of the raw piston ring be processed. A high wear resistance in Connection with a low tendency to eat can in particular thereby achieve that the preferably mechanical material ablative machining takes place so that hard material particles in Area of the outer ring surface partially made of the matrix material protrude, preferably a radially outer surface of the Matrix material on average by more than 1 micron, preferably between 2 and 5 µm against the radial outer surface of the Hart is set back. This can be achieved be that the piston ring outer surface structure so relief is that the piston ring only in the area of hard material particles directly with the material of the inner surface of the cylinder Comes into contact and is in the areas between the protruding particles form oil holding pockets that the Promote lubrication of the running partners.

Zur weiteren Verbesserung der Laufeigenschaften kann die Ringaußenfläche, vorzugsweise nach dem Rücksetzen der Metall matrix, noch mechanisch feinstrukturiert werden. Durch die dadurch ermöglichte Vergrößerung der spezifischen Gleitober fläche kann die Haftung des Ölfilms vor allem in der Einlauf phase verbessert werden.To further improve the running properties, the Ring outer surface, preferably after resetting the metal matrix, can still be mechanically fine-structured. Through the this made it possible to enlarge the specific sliding surface surface can adhere to the oil film especially in the inlet phase can be improved.

Durch die Erfindung werden Kolbenringe geschaffen, deren Einsatz in einer Kolbenmaschine mit in einem Zylinder geführ ten Kolben eine Vielzahl von Vorteilen bringt. Insbesondere sind geringer Energieverbrauch bzw. verbesserter Wirkungs grad, ggf. geringerer Ölverbrauch und damit zusammenhängend geringere Schadstoffemission sowie ein verbessertes Einlauf verhalten zu nennen. Besonders gute Laufeigenschaften ergeben sich im Zusammenwirken mit Zylinderinnenflächen, die an einem Zylinderblock oder einer Zylinderlaufbuchse aus Gußeisen ausgebildet sind. Damit können für die Zylinderblockseite der Laufpartnerschaft besonders kostengünstige Werkstoffe einge setzt werden, deren Bearbeitung seit langem sicher beherrscht wird. Da die vorzugsweise vorgesehene Oberflächenstrukturie rung erfindungsgemäßer Kolbenringe eine gute Schmierstoffhal tung auf der Außenseite des Kolbenringes gewährleistet, kann mit Vorteil die Zylinderinnenfläche zumindest in dem vom Kolbenring durchlaufenden Bereich glatt und im wesentlichen frei von Ölhaltevertiefungen, wie durch Honbearbeitung oder Laserbearbeitung erzeugten Ölhalterillen, sein. In diesem Bereich kann die arithmetische Mittenrauhigkeit R_a beispiels weise weniger als 0,1 µm betragen, insbesondere zwischen 0,1 µm und 0,01 µm liegen. Dies ermöglicht besonders niedrige Schmiermittelverbräuche und entsprechend schadstoffarme Verbrennungskraftmotoren.Piston rings are created by the invention, the use of which in a piston machine with pistons guided in a cylinder brings a multitude of advantages. In particular, low energy consumption or improved efficiency, possibly lower oil consumption and the associated lower pollutant emissions as well as an improved running-in behavior should be mentioned. Particularly good running properties result in cooperation with inner cylinder surfaces which are formed on a cylinder block or a cylinder liner made of cast iron. This means that particularly inexpensive materials can be used for the cylinder block side of the barrel partnership, the machining of which has been mastered for a long time. Since the preferably provided surface structuring of the piston rings according to the invention ensures a good lubricant holding device on the outside of the piston ring, the cylinder inner surface can advantageously be smooth and essentially free of oil-holding depressions, such as oil-holding grooves produced by honing or laser processing, at least in the area passing through the piston ring. In this range, the arithmetic mean roughness Ra can be _, for example, less than 0.1 μm, in particular between 0.1 μm and 0.01 μm. This enables particularly low lubricant consumption and correspondingly low-emission internal combustion engines.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein können.These and other features go beyond the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features individually or separately several in the form of sub-combinations in one execution tion form of the invention and realized in other fields could be.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: An embodiment of the invention is in the drawings shown and is explained in more detail below. In the Drawings show:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Kolbenrings mit Teilen eines Kolbens und eines Zylinders, und Fig. 1 is a schematic sectional view of a Ausfüh approximate shape of a piston ring according to the invention with parts of a piston and a cylinder, and

Fig. 2 eine schematische, stark vergrößerte Darstel lung des in Fig. 1 eingekreisten Kontaktberei ches zwischen Kolbenring und Zylinderinnen wand. Fig. 2 is a schematic, greatly enlarged presen- tation of the circled in Fig. 1 Kontaktberei ches between the piston ring and inner cylinder wall.

Die schematische Schnittdarstellung in Fig. 1 zeigt einen Kompressionskolbenring 1, der in der brennraumnächsten Umfangsnut 2 eines Hubkolbens 3 eines Kfz-Verbrennungsmotors mit Axial- und Seitenspiel eingesetzt ist. Der Leichtmetall kolben 3 läuft in einem Zylinder 4 eines Grauguß-Kurbelgehäu ses. Der Zylinder 4 kann auch durch eine Grauguß-Zylinder laufbuchse gebildet sein, die beispielsweise in ein Leicht metall-Kurbelgehäuse eingesetzt ist. Der Kolbenring 1 ist im Querschnitt im wesentlichen rechteckig und hat eine im wesentlichen zylindrische Kolbenringinnenseite 6, die mit radialem Abstand zur radialen Innenwand der Umfangsnut 2 angeordnet ist, sowie eine im wesentlichen ebene Kolbenring oberseite 7 und eine hierzu parallele Kolbenringunterseite 8. Die radial außen liegende Ringaußenfläche 9 ist zur zylindri schen Zylinderinnenfläche bzw. Zylinderinnenwand 10 des Zylinders 4 geringfügig konvex gekrümmt und liegt radial außerhalb der in einem Abstand zur Zylinderinnenwand 10 ohne Berührungskontakt mit dieser angeordneten, zylindrischen Kolbenaußenfläche 11. Im Betrieb des Verbrennungsmotors tritt die Ringaußenfläche 9 in Gleitberührung mit der Zylinderin nenfläche 10.The schematic sectional view in FIG. 1 shows a compression piston ring 1 which is inserted in the circumferential groove 2 of a reciprocating piston 3 of a motor vehicle internal combustion engine with axial and lateral play, which is closest to the combustion chamber. The light alloy piston 3 runs in a cylinder 4 of a cast iron crankcase. The cylinder 4 can also be formed by a cast iron cylinder liner, which is used for example in a light metal crankcase. The piston ring 1 is essentially rectangular in cross-section and has an essentially cylindrical inner side 6 of the piston ring, which is arranged at a radial distance from the radial inner wall of the circumferential groove 2 , as well as an essentially flat upper side of the piston ring 7 and a lower side of the piston ring 8 . The radially outer ring outer surface 9 is slightly convex to the cylinder's inner cylinder surface or cylinder inner wall 10 of the cylinder 4 and is located radially outside the cylindrical piston outer surface 11 arranged at a distance from the cylinder inner wall 10 without contacting this. During operation of the internal combustion engine, the ring outer surface 9 comes into sliding contact with the cylinder inner surface 10 .

Der in Fig. 1 gezeigte, sogenannte "ballige" Kolbenring 1 steht beispielhaft für alle in Kolbenmaschinen verwendbaren Ringarten bzw. -formen. Insbesondere können alternativ oder zusätzlich auch Minutenringe, Minuten-Nasenringe und/oder Abstreifringe erfindungsgemäß ausgebildet sein.That shown in Fig. 1, so-called "spherical" piston ring 1 is exemplary for all piston engines usable Ring types and shapes. In particular, alternatively or additionally, minute rings, minute nose rings and / or scraper rings can also be designed according to the invention.

Der Kolbenring 1 besteht vollständig aus einem mehrphasigen, partikelvestärkten Leichtmetallwerkstoff, der im Beispiel im wesentlichen zweiphasig ist. In einem aus einer niedrig legierten Aluminium-Silizium-Legierung bestehenden, relativ weichen Matrixmaterial 15 liegen fein verteilte Hartstoffpar tikel 16 in Form von Silicium-Primärkristallen vor, deren mittlere Korngröße bei der gezeigten Ausführungsform im Bereich weniger Mikrometer, beispielsweise im Bereich zwischen 2 und 6 µm liegt, bei anderen Ausführungsformen aber auch größer sein und beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 50 µm liegen kann. Die Hartstoffpartikel sind homogen bzw. mit gleichmäßiger Raumdichte im gesamten Kolbenringmate rial verteilt und verleihen dem Kolbenring als Ganzes durch Dispersionshärtung eine hohe mechanische Festigkeit, wobei die Dispersionshärtung die Mischkristallhärtung des Matrix materials 5 unterstützt und verstärkt.The piston ring 1 consists entirely of a multi-phase, particle-reinforced light metal material, which in the example is essentially two-phase. In a relatively soft matrix material 15 consisting of a low-alloy aluminum-silicon alloy, there are finely divided hard material particles 16 in the form of silicon primary crystals, whose average grain size in the embodiment shown is in the range of a few micrometers, for example in the range between 2 and 6 µm is, but in other embodiments may also be larger and for example in the range between 10 and 50 microns. The hard material particles are homogeneously or evenly distributed in the entire piston ring material and give the piston ring as a whole a high mechanical strength through dispersion hardening, the dispersion hardening supporting and strengthening the mixed crystal hardening of the matrix material 5 .

Im Bereich der äußeren Oberflächen des Kolbenringes, insbe sondere der in Fig. 2 im Detail gezeigten Ringaußenfläche 9, verleihen die Hartstoffpartikel 16 dem Kolbenring besonders vorteilhafte Oberflächeneigenschaften, insbesondere eine hohe Verschleißfestigkeit und ermöglichen eine vorteilhafte, relativ rauhe Oberflächenstruktur. Diese ist dadurch gekenn zeichnet, daß oberflächennahe Hartstoffpartikel im Bereich der Ringaußenfläche 9 teilweise aus dem Matrixmaterial 15 herausragen bzw. dadurch, daß die radiale Außenfläche des metallischen Matrixmaterials im Mittel gegenüber den radialen Außenflächen der Hartstoffpartikel um einige µm, beispiels weise 2 µm bis 5 µm zurückversetzt ist. Dadurch kann erreicht werden, daß das relativ weiche, metallische Matrixmaterial 15 nicht direkt mit der Grauguß-Zylinderinnenfläche 10 in Berührungskontakt kommt, sondern daß die Gleitreibung zwischen Kolbenring und Zylinderinnenfläche im wesentlichen ausschließlich im Bereich der Hartstoffpartikel stattfindet, deren Reibungskoeffizient gegenüber der Zylinderinnenwand wesentlich geringer ist als der Reibungskoeffizient der weichen Matrix. Dies fördert einen leichten Lauf des Kolbens und durch geringe Reibungsverluste einen hohen Wirkungsgrad der Kraftmaschine. Außerdem werden im Bereich zwischen den herausragenden Hartstoffpartikeln zwischen Zylinderinnenwand und Kolbenring Ölhaltetaschen 17 gebildet, die die Schmierung der Laufpartner fördern. Derartige Ölhaltetaschen sind insbesondere beim brennraumnächsten Kompressionskolbenring vorteilhaft, dessen Schmierung generell problematisch ist. Zur Verbesserung der Haftung eines Ölfilmes auf der Kolben ringaußenfläche kann die Ringaußenfläche 9 zusätzlich zu der Berg- und Tal-Struktur der herausragenden Hartstoffpartikel noch fein strukturiert sein, was beispielsweise durch mecha nische Honbearbeitung der Ringaußenfläche nach Freilegung der Hartstoffpartikel bzw. Rücksetzung der Metallmatrix erreicht werden kann.In the area of the outer surfaces of the piston ring, in particular in particular the outer ring surface 9 shown in detail in FIG. 2, the hard material particles 16 give the piston ring particularly advantageous surface properties, in particular high wear resistance and enable an advantageous, relatively rough surface structure. This is characterized in that near-surface hard material particles in the area of the ring outer surface 9 partially protrude from the matrix material 15 or in that the radial outer surface of the metallic matrix material on average compared to the radial outer surfaces of the hard material particles by a few microns, for example 2 microns to 5 microns is set back. In this way it can be achieved that the relatively soft, metallic matrix material 15 does not come into direct contact with the gray cast iron cylinder inner surface 10 , but that the sliding friction between the piston ring and the inner cylinder surface takes place essentially exclusively in the area of the hard material particles, the coefficient of friction of which is significantly lower than the cylinder inner wall than the coefficient of friction of the soft matrix. This promotes smooth running of the piston and high efficiency of the engine due to low friction losses. In addition, oil holding pockets 17 are formed in the area between the protruding hard material particles between the cylinder inner wall and the piston ring, which promote the lubrication of the running partners. Such oil holding pockets are particularly advantageous when the compression piston ring is closest to the combustion chamber, the lubrication of which is generally problematic. To improve the adhesion of an oil film on the piston ring outer surface, the ring outer surface 9 can be finely structured in addition to the mountain and valley structure of the outstanding hard material particles, which can be achieved, for example, by mechanical honing of the outer ring surface after exposure of the hard material particles or resetting of the metal matrix can.

Bei dem gezeigten Kolbenring hat nicht nur die Ringaußenfläche 9 die in Fig. 2 gezeigte Struktur mit herausragenden Hart stoffpartikeln, sondern es ist eine gleichartige Struktur auch an den Kolbenring-Oberflächen 6, 7, 8 vorgesehen, die im Betrieb des Verbrennungsmotores mindestens zeitweise mit den Innenwänden der Kolben-Ringnut 2 in Kontakt treten. Dies fördert die Beweglichkeit des Kolbenrings 1 in seiner Füh rungsnut 2 sowohl in radialer und axialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung durch die erläuterte Verringerung der Reibung zwischen Kolbenring und Kolben. Damit kann ein Festwerden des Kolbenrings in der Nut 2 verhindert werden. Insbesondere kann die Beweglichkeit des Kolbenringes auch für einen Abtransport von Verbrennungsrückständen sorgen, die sich möglicherweise in den spaltförmigen Zwischenräumen zwischen Ringnut und Kolbenring ansammeln können und die ein Festbacken des Kolbenrings im Kolben verursachen sowie die Anpassungsfähigkeit des Kolbenringes an die Zylinderinnenwand behindern können.In the piston ring shown, not only the ring outer surface 9 has the structure shown in FIG. 2 with outstanding hard material particles, but a similar structure is also provided on the piston ring surfaces 6 , 7 , 8 , which at least temporarily with the internal combustion engine during operation Contact the inside of the piston ring groove 2 . This promotes the mobility of the piston ring 1 in its Füh approximately groove 2 both in the radial and axial direction, and in the circumferential direction by the explained reduction in friction between the piston ring and piston. This prevents the piston ring from becoming stuck in the groove 2 . In particular, the mobility of the piston ring can also provide for the removal of combustion residues, which can possibly accumulate in the gap-shaped spaces between the ring groove and the piston ring and which cause the piston ring to stick in the piston and can hinder the adaptability of the piston ring to the inner wall of the cylinder.

Der Kolbenring der Fig. 1 und 2 ist zweiphasig. Andere Kolbenringe können mehr als zwei Phasen enthalten, beispiels weise sowohl Siliziumprimärkristalle, als auch interme tallische Phasen in einer Aluminiumlegierungsmatrix. Ein derartiger Kolbenring ist z. B. ist durch Sprühkompaktieren einer Aluminium-Silizium-Legierung herstellbar, die bei spielsweise zwischen 12 und 20 Gewichtsprozent Silizium aufweist und als weitere Legierungspartner Magnesium und/oder Kupfer sowie ggf. noch Eisen und/oder Nickel im Bereich von einem oder wenigen Prozent bei einem Rest von Aluminium aufweisen kann. Die fein verdüste Aluminiumschmelze kann dabei auf einen rotierenden Träger gerichtet werden, wodurch ein ringförmiger Rohling auf dem Träger aufwächst. Dieser kann in feinkörniger Ausbildung die beim Abkühlen ausgeschie denen Silizium-Primärkristalle enthalten, sowie bei Vorhan densein weiterer Legierungsbestandteile ggf. intermetallische Phasen beispielsweise von Magnesium und Silicium und/oder Aluminium und Kupfer. Durch das Sprühkompaktieren ist ein von der Korngröße her sehr schmalbandiges Gefüge mit Schwankungs breiten von ca. 5 bis 10 µm um einen Mittelwert herum her stellbar, wobei der Mittelwert innerhalb eines relativ breiten Korngrößenspektrums von beispielsweise einigen wenigen Mikrometern bis ca. 200 µm liegen kann. Bevorzugt sind feine Korngrößen im Bereich von ca. 2 bis ca. 10 µm, so daß sich ein entsprechend feines Gefüge mit feiner und gleichmäßiger Verteilung der Hartstoffpartikel ergibt. Dabei hat jeder Sprühpartikel die vollen Legierungsbestandteile und eine entsprechende Verteilung von Hartstoffpartikeln. An schließend wird aus dem Rohkörper der Kolbenring geformt, wobei zur Verringerung der Porösität noch ein Verdichtungs prozeß, beispielsweise durch Schmieden, Walzen oder Hämmern, nachgeschaltet wird.The piston ring of Fig. 1 and 2 is two-phase. Other piston rings can contain more than two phases, for example both silicon primary crystals and intermetallic phases in an aluminum alloy matrix. Such a piston ring is e.g. B. can be produced by spray compacting an aluminum-silicon alloy which has, for example, between 12 and 20 percent by weight of silicon and, as further alloying partners, magnesium and / or copper and possibly also iron and / or nickel in the range of one or a few percent at one May have rest of aluminum. The finely atomized aluminum melt can be directed onto a rotating carrier, whereby an annular blank grows on the carrier. In fine-grained form, this can contain the silicon primary crystals that are ejected during cooling, and, if there are any further alloy components, intermetallic phases, for example, of magnesium and silicon and / or aluminum and copper. Spray compacting makes it possible to produce a very narrow-band structure with fluctuation widths of approx. 5 to 10 µm around a mean value, the mean value being able to lie within a relatively broad grain size spectrum of, for example, a few micrometers to approx. 200 µm. Fine grain sizes in the range from approximately 2 to approximately 10 μm are preferred, so that a correspondingly fine structure results with a fine and uniform distribution of the hard material particles. Each spray particle has the full alloy components and a corresponding distribution of hard material particles. At closing, the piston ring is formed from the raw body, with a compression process, for example by forging, rolling or hammering, downstream to reduce the porosity.

Zur Erzielung der vorteilhaften Oberflächenstruktur mit aus der Metallmatrix in statistischer Verteilung herausragenden Hartphasen wird vorzugsweise ein mechanischer Oberflächen bearbeitungsprozeß für die Ringaußenfläche nachgeschaltet. Durch ein spezielles Honverfahren können Freilegungstiefen in der Größenordnung einiger Mikrometer, beispielsweise bis zu 4 µm in relativ kurzen Honzeiten erreicht werden. Die durch die mechanische Bearbeitung erreichbare Oberfläche ist optisch mit durch Ätzen freigelegten Oberflächen vergleichbar. Im Vergleich zum ebenfalls möglichen Ätzen hat die mechanische Freilegung neben einer Kosteneinsparung noch einen weiteren Vorteil, der im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wird. Beim Rücksetzen der Leichtmetallmatrix durch Ätzen werden die Hartstoff-, z. B. Hartmetallpartikel mit ihren relativ scharf kantigen Rändern freigelegt. Im Gegensatz dazu sind die frei liegenden Kanten mechanisch freigelegter Hartstoffpartikel leicht verrundet. Ein derartiger Kolbenring wirkt daher weniger abrasiv auf die gegenüberliegende Zylinderinnen fläche. Damit können Beschädigungen der Zylinderinnenfläche, die durch Riefenbildung zu hohem Ölverbrauch und schlechten Abgaswerten führen können und die insbesondere in der Ein laufphase auftreten, zuverlässig vermieden werden. Eine vorzugsweise mechanische Freilegung der Hartstoffpartikel kann auch im Bereich der Kolbenringoberseite 7 bzw. -unter seite 8 und/oder der Kolbenringinnenseite 6 zur Verringerung der Reibung zwischen Kolbenring und Kolben durchgeführt werden. In order to achieve the advantageous surface structure with hard phases protruding from the metal matrix in statistical distribution, a mechanical surface machining process for the ring outer surface is preferably connected downstream. A special honing process enables exposure depths of the order of a few micrometers, for example up to 4 µm, to be achieved in relatively short honing times. The surface that can be achieved by mechanical processing is optically comparable to surfaces exposed by etching. Compared to the etching, which is also possible, the mechanical exposure, in addition to saving costs, has another advantage, which is explained in connection with FIG. 2. When resetting the light metal matrix by etching, the hard material, e.g. B. hard metal particles are exposed with their relatively sharp edges. In contrast, the exposed edges of mechanically exposed hard material particles are slightly rounded. Such a piston ring therefore acts less abrasively on the opposite inner cylinder surface. Damage to the inner surface of the cylinder, which can lead to high oil consumption and poor exhaust gas values due to scoring, and which occur particularly in the running-in phase, can be reliably avoided. A preferably mechanical exposure of the hard material particles can also be carried out in the area of the piston ring top 7 or bottom 8 and / or the piston ring inside 6 to reduce the friction between the piston ring and piston.

Das beschriebene Sprühkompaktieren ist nur ein mögliches Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kolbenringe. Es ist beispielsweise auch möglich, Kolbenringe aus übereutek tisch gegossenen Aluminium-Silicium-Legierungen herzustellen. Weiterhin ist es möglich, alternativ oder zusätzlich zu metallischen Hartstoffpartikeln Hartstoffpartikel aus nicht metallischen, insbesondere keramischen Werkstoffen einzubrin gen. So kann das Kolbenringmaterial beispielsweise ein Infiltrationswerkstoff sein, der beispielsweise durch Reak tionsinfiltration, Squeezecasting oder Druckguß herstellbar ist. Verstärkungspartikel können sowohl kornartig, also mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis in der Größenordnung von 1, als auch fasrig bzw. langgestreckt sein, wobei das Län ge/Durchmesserverhältnis mehr als 10 oder 100 betragen kann. Keramische Verstärkungspartikel können beispielsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder Schmelz korund, Sol-Gel-Korund, Sinterkorund, zirkonlegiertem Korund, Zirkonoxid, kubischem Bornitrid, Siliziumnitrid oder Sili ziumkarbid oder anderen Boriden oder Carbiden bestehen, Fasern auch aus Kohlenstoff oder Mullit. Die Partikel können beispielsweise durch Einrühren in die Schmelze, durch eine Verfahrensvariante des Sprühkompaktierens, durch Reaktions infiltrieren oder durch Infiltrieren mit oder ohne Druck in das Matrixmaterial eingebracht werden.The spray compacting described is only one possible Process for the production of piston rings according to the invention. It is also possible, for example, piston rings from übereutek table cast aluminum-silicon alloys. It is also possible, alternatively or in addition to metallic hard material particles hard material particles from not introduce metallic, especially ceramic materials For example, the piston ring material can be a Infiltration material, for example, by Reak tion infiltration, squeezecasting or die casting is. Reinforcement particles can be both granular, that is, with a length / diameter ratio on the order of 1, as well as fibrous or elongated, the Län ge / diameter ratio can be more than 10 or 100. Ceramic reinforcement particles can for example consist of Alumina, silicon carbide, silicon nitride or melt corundum, sol-gel corundum, sintered corundum, zirconium-alloyed corundum, Zirconium oxide, cubic boron nitride, silicon nitride or sili zium carbide or other borides or carbides, Fibers also made of carbon or mullite. The particles can for example by stirring into the melt, by a Process variant of spray compacting, by reaction infiltrate or by infiltrating with or without pressure in the matrix material are introduced.

Erfindungsgemäße Kolbenringe können eine Ringaußenfläche bilden, die nur an statistisch verteilten Punkten, nämlich den Orten der herausragenden Hartstoffpartikel, mit der gegenüberliegenden Zylinderinnenwand in Gleitberührung stehen. Dazwischenliegende Bereiche können schmierstoff gefüllt sein. Hierdurch ergeben sich hervorragende Gleit eigenschaften insbesondere mit glatten Zylinderinnenflächen von Graugußzylinderlaufbuchsen oder -kurbelgehäusen. Dadurch, daß ein erfindungsgemäßer Kolbenring durch die stark struktu rierte Oberfläche ausreichend Ölhalteflächen bzw. -räume bereitstellt, kann auf die Erzeugung von Ölhalterillen oder anderen Strukturierungen auf der Seite der Zylinderinnen fläche verzichtet werden. Dadurch kann bei der Herstellung des Zylinderblocks zumindest im von dem Kolbenring durchlau fenen Bereich beispielsweise auf eine Endbearbeitung durch geeignetes Honen oder durch Laserstrukturierung verzichtet werden, was Herstellungszeit und -kosten spart.Piston rings according to the invention can have an outer ring surface form that only at statistically distributed points, namely the locations of the outstanding hard material particles with which opposite cylinder inner wall in sliding contact stand. Intermediate areas can be lubricant be filled. This results in excellent sliding properties especially with smooth cylinder inner surfaces of gray cast iron cylinder liners or crankcases. Thereby, that an inventive piston ring through the strong struktu surface sufficient oil holding areas or spaces provides, can on the production of oil grooves or other structures on the side of the cylinders surface can be dispensed with. This can help in manufacturing of the cylinder block at least in the piston ring through area, for example, for finishing suitable honing or dispensed with by laser structuring what saves manufacturing time and costs.

Erfindungsgemäße Kolbenringe können nicht nur in Verbren nungsmotoren wie Diesel- oder Ottomotoren eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch in Sterling-Motoren, wie sie zur Kraft-Wärmekopplung eingesetzt werden können. Vorteilhafte Anwendungen können sich auch in Arbeitsmaschinen wie Kompres soren bzw. Verdichtern, Pumpen o. dgl. ergeben.Piston rings according to the invention can not only be used in combustion engines such as diesel or petrol engines are used, but also, for example, in sterling engines, such as those used for Combined heat and power can be used. Beneficial Applications can also be found in machines such as compresses sensors or compressors, pumps or the like.

Claims

1. Piston ring for use on a piston which is arranged or can be arranged in a cylinder of an engine or working machine, in particular an internal combustion engine, and which forms an outer ring surface provided for sliding contact with an inner cylinder surface, characterized in that the piston ring ( 1 ) at least in the area of the ring outer surface ( 9 ) consists of a multi-phase material which contains finely divided hard material particles ( 16 ) in a matrix material ( 15 ).

2. Piston ring according to claim 1, characterized in that the piston ring ( 1 ) consists essentially entirely of the multi-phase material.

3. Piston ring according to claim 1 or 2, characterized in that the matrix material ( 15 ) is a light metal alloy, in particular based on aluminum and / or magnesium.

4. Piston ring according to claim 1 or 2, characterized net that the matrix material made of nickel or a Nickel alloy exists.

5. Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles ( 16 ) are at least partially formed by, preferably from the melt excreted, excretion particles.

6. Piston ring according to claim 5, characterized in that Excretion particles essentially made of silicon exist and / or that excretion particles from inter metallic phases exist.

7. piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles at least partially formed by non-metallic foreign particles are, in particular by oxides, carbides, nitrides and / or borides.

8. piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles in the form of grains with a length / diameter ratio of less than 10, in particular approximately 1 to 2, are present.

9. piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles, in particular foreign particles, in the form of fibers with a length ge / diameter ratio of more than 10 or 100 available.

10. Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles ( 16 ) in at least one direction have a diameter of less than 50 or 30 µm, in particular between 2 µm and 10 µm.

11. Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles ( 16 ) at least in the region of the ring outer surface ( 9 ) partially protrude from the matrix material ( 15 ), preferably an outside of the matrix material ( 15 ) on average by more than 1 µm, preferably between 2 µm and 5 µm, is set back relative to an outside of hard material particles, preferably by mechanical material removal.

12. Piston ring according to claim 11, characterized in that from the matrix material ( 15 ) protruding edges of hard material particles ( 16 ) are rounded.

13. Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that the outer ring surface ( 9 ) has a plateau structure, preferably with a reduced average roughness depth RVK between approximately 0.5 µm and approximately 2 µm and / or a reduced peak height of a maximum of approximately 0.2 µm and / or that the outer ring surface ( 9 ) has a mean roughness R _z of not more than about 4 µm.

14. Piston ring according to one of the preceding claims, characterized in that hard material particles in the region of a piston ring upper side ( 7 ), a piston ring lower part ( 8 ) and / or a piston ring inside ( 6 ) partially protrude from the matrix material.

15. Piston for a piston-operated power or working machine, characterized in that at least one piston ring ( 1 ) is arranged on the piston according to one of the preceding claims.

16. Piston-operated engine or machine, in particular internal combustion engine, with at least one cylinder inner surface ( 10 ) having cylinder in which a piston ( 3 ) with at least one piston ring ( 1 ) is arranged, characterized in that the piston ring ( 1 ) is formed according to one of claims 1 to 14.

17. Machine according to claim 16, characterized in that the inner cylinder surface ( 10 ) is formed on a cylinder block or a cylinder liner made of cast iron.

18. Machine according to claim 16 or 17, characterized in that the inner cylinder surface ( 10 ) at least in the area traversed by the piston ring ( 1 ) smooth and substantially free of oil holding depressions, such as oil holding grooves produced by honing or laser processing, is grooved.

19. Machine according to one of claims 16 to 18, characterized in that the inner cylinder surface ( 10 ), at least in the area traversed by the piston ring, has an arithmetic mean roughness R _a of not more than 0.1 µm, preferably between 0.1 µm and 0.01 µm.