DE19953311A1 - Kolbenring - Google Patents
KolbenringInfo
- Publication number
- DE19953311A1 DE19953311A1 DE1999153311 DE19953311A DE19953311A1 DE 19953311 A1 DE19953311 A1 DE 19953311A1 DE 1999153311 DE1999153311 DE 1999153311 DE 19953311 A DE19953311 A DE 19953311A DE 19953311 A1 DE19953311 A1 DE 19953311A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piston ring
- aluminum alloy
- treatment
- weight
- stainless steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
- F16J9/26—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction characterised by the use of particular materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Kolbenring für die Verwendung für einen Zylinder als Gegenstück-Element aus einer Aluminiumlegierung, der an diesem entlanggleitet und der aus einem austenitischen rostfreien Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 x 10·-6·/ DEG C hergestellt ist. Vorzugsweise enthält der den Kolbenring aufbauende austenitische rostfreie Stahl Ni in einer Menge von mehr als 3,5 Gew.-% und von weniger als 17 Gew.-% und Cr in einer Menge von mehr als 15 Gew.-% und von weniger als 20 Gew.-%.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, insbesondere für einen Zylinder als ein
Gegenstück-Element, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Es wird bereits ein Kolbenring für einen Verbrennungsmotor verwendet, bei
dem Wert gelegt wird auf eine gute Abriebs- bzw. Verschleißfestigkeit und
Beständigkeit gegen Festfressen gegenüber einem Zylinder, der ein Gegen
stück- oder Ziel-Element für den Kolbenring ist, und für einen solchen Kolben
ring wird hauptsächlich ein Material aus martensitischem rostfreiem Stahl oder
dgl. verwendet.
Der Zylinder als Gegenstück-Element wird im allgemeinen hergestellt unter
Verwendung eines Materials der Eisen-Reihe (Eisen-Material), wie Gußeisen
oder Gußstahl, im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Zylinders.
Ein aus diesem Material der Eisen-Reihe hergestellter Zylinder hat jedoch ein
hohes Gewicht, das dem in den letzten Jahren aufgetretenen Trend zur Ge
wichtsverminderung entgegensteht.
Um der Forderung nach einem geringen Gewicht zu genügen, ist in der offen
gelegten japanischen Patentpublikation HEI 9-19757 ein Zylinder beschrieben,
der unter Verwendung einer Aluminiumlegierung hergestellt wird. Dieser Zylin
der aus einer Aluminiumlegierung genügt der Forderung nach einem geringen
Gewicht und weist eine verbesserte Abriebsfestigkeit auf und wird daher an
stelle des Zylinders aus einem Eisen-Material verwendet.
Wie oben angegeben, wird bereits ein Kolbenring für einen Zylinder aus einer
Aluminiumlegierung verwendet, bei dem man Wert legt auf die Abriebsfestig
keit und die Beständigkeit gegen Festfressen gegenüber einem Zylinder, der
ein Gegenstück-Element darstellt. Als Kolbenring werden im allgemeinen drei
Ringe, d. h. ein erster Ring, ein zweiter Ring und ein Ölring, verwendet. Als
erster Ring wird bisher einer der folgenden Ringe verwendet: (1) ein Ring, der
durch Anwendung einer Nitrier-Behandlung auf einen Kolbenring aus marten
sitischem rostfreiem Stahl hergestellt wurde; (2) ein Ring, der durch Durchfüh
rung einer Verchromung einer äußeren Umfangs-Oberfläche eines Kolbenrin
ges aus einem SWOSC-V-Stahl als Aufbaustahl hergestellt wurde; und (3) ein
Ring, der durch Aufbringen einer Komposit-Plattierung auf eine äußere Um
fangs-Oberfläche eines aus einem konventionellen Eisen-Material, das nicht
spezifiziert ist, hergestellten Kolbenringes hergestellt wurde. Als zweiter Ring
wird bisher ein Kolbenring verwendet, der aus einem qualitativ hochwertigen
Gußeisen-Material oder Legierungs-Gußeisen-Material hergestellt worden ist,
und insbesondere wird in großem Umfang ein Ring verwendet, der durch Ver
chromen einer äußeren Umfangs-Oberfläche eines aus einem qualitativ hoch
wertigen Gußeisen-Material hergestellten Kolbenringes hergestellt wurde. Als
Ölring wird allgemein ein aus drei Stücken bestehender Ring verwendet, der
den Schmierölverbrauch wirksam vermindert, beispielsweise für einen Motor.
Bei dem obengenannten Stand der Technik trat bisher praktisch kein Problem
auf, das zu einer Abnahme der Motorbetriebs-Leistung als Folge des Auftre
tens eines abnormen Abriebs (Verschleißes) an dem Kolbenring führte, da der
für einen Zylinder aus einem Aluminiumlegierungs-Material verwendete Kol
benring aus einem Material hergestellt wird, bei dem die Abriebs- bzw. Ver
schleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen Festfressen berücksichtigt wur
de. Bei Verwendung eines solchen Kolbenringes entsteht jedoch viel Blowby-
Gas, das zu einer Abnahme der Betriebsleistung des Motors führt, beispiels
weise zu einer Abnahme der Motorleistung oder zu einer Zunahme des
Schmierölverbrauchs, was nachteilig ist und daher ein Problem des Standes
der Technik darstellt.
Der Grund dafür, warum Blowby-Gas entsteht, ist der, daß der Aluminiumlegie
rungs-Zylinder einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als
der konventionelle Zylinder aus einem Eisen-Material, und insbesondere der
obengenannte erste Ring folgt nicht der Wärmeausdehnung des Aluminiumle
gierungs-Zylinders. Aus diesem Grund wird die Gasabdichtungs-Eigenschaft,
die eine wesentliche Funktion des ersten Ringes ist, selbst schlechter und da
durch wird das Blowby-Gas-Phänomen verursacht, das zu einer Abnahme der
Motor-Leistung und zu einer Zunahme des Schmierölverbrauchs führt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Mängel oder Nachteile, die bei dem
vorstehend beschriebenen Stand der Technik auftreten, im wesentlichen zu
eliminieren und einen Kolbenring zur Verfügung zu stellen, der zusammen mit
einem Zylinder aus einer Aluminiumlegierung, der ein Gegenstück-Element
darstellt, in der Lage ist, der Wärmeausdehnung des Zylinders wirksam zu fol
gen.
Diese und weitere Ziele können erfindungsgemäß erreicht werden mit einem
Kolbenring, der für einen Zylinder als einem Gegenstück-Element aus einer
Aluminiumlegierung so verwendet wird, daß er diesem gegenüber gleitfähig ist
und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kolbenring aus einem austenitischen
rostfreien Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 ×
10-6/°C hergestellt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der austeniti
sche rostfreie Stahl, der den Kolbenring bildet, Ni in einer Menge von nicht
mehr als 3,5 Gew.-% und von weniger als 17 Gew.-% und Cr in einer Menge
von mehr als 15 Gew.-% und von weniger als 20 Gew.-%.
Durch eine interstitielle Nitrier-Behandlung wird auf der äußeren Oberfläche
des Kolbenringes eine Nitridschicht gebildet. Die Oberfläche des Kolbenringes
kann einer Verchromungs-Behandlung, einer Komposit-Verchromungs-Be
handlung, einer Komposit-Plattierungsbehandlung, einer thermischen Sprüh
behandlung und einer physikalischen Abscheidungs-Behandlung unterzogen
werden.
Der Kolbenring wird als erster Kolbenring gegenüber dem Zylinder verwendet.
Da der zur Herstellung des Kolbenringes verwendete austenitische rostfreie
Stahl einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 × 10-6/°C
aufweist, kann der Kolbenring mit den obengenannten Eigenschaften der
Wärmeausdehnung des Zylinders als Gegenstück-Element in ausreichendem
Maße folgen, wodurch verbesserte Gasabdichtungs-Eigenschaften aufrechter
halten werden können und die Bildung von Blowby-Gas wirksam unterdrückt
werden kann, so daß die Abnahme der Motorleistung und die Zunahme des
Schmierölverbrauchs wirksam verhindert werden können.
Da der zur Herstellung des Kolbenringes verwendete austenitische rostfreie
Stahl Ni in einer Menge von mehr als 3,5 Gew.-% und von weniger als 17
Gew.-% und Cr in einer Menge von mehr als 15 Gew.-% und von weniger als
20 Gew.-% enthält, hat der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhal
tene Kolbenring den gewünschten Wärmeausdehnungskoeffizienten und die
gewünschte Härte und daher kann die anschließende Nitrier-Behandlung
leicht und wirtschaftlich durchgeführt werden.
Da durch die interstitielle Nitrierungs-Behandlung, beispielsweise eine Gas-
Nitrierungs-Behandlung, Plasma-Nitrierungs-Behandlung, Salzbad-
Nitrierungs-Behandlung oder sulfurierenden Nitrierungs-Behandlung eine
harte Nitridschicht gebildet wird, können die Abriebs- bzw. Verschleißfestigkeit
und die Beständigkeit gegen Festfressen in Verbindung mit einem Aluminium
legierungs-Zylinder als einem Gegenstück-Element wirksam verbessert wer
den. Durch die Oberflächen-Behandlung unter Anwendung einer Verchrom
ungs-Behandlung, einer Komposit-Verchromungs-Behandlung, einer Kompo
sit-Plattierungsbehandlung, einer thermischen Sprühbehandlung oder einer
physikalischen Ablagerungens-Behandlung können die Abriebs- bzw. Ver
schleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen Festfressen an dem Zylinder
weiter verbessert werden.
Wenn der erfindungsgemäße Kolbenring insbesondere als erster Kolbenring
verwendet wird, der aus einem austenitischen rostfreien Stahl mit einem vor
her festgelegten Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, kann der
erste Kolbenring der Ausdehnung des Aluminiumlegierungs-Zylinders ausrei
chend folgen. Daher können die Gasabdichtungs-Eigenschaften als wesentli
che Funktion des ersten Ringes in ausreichendem Maße aufrechterhalten
werden und die Entstehung von Blowby-Gas kann demzufolge unterdrückt
werden, wodurch die Abnahme der Motorleistung und die Zunahme des
Schmierölverbrauchs des Motors wirksam verhindert werden.
Die Natur und weitere charakteristische Merkmale der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegen
den Zeichnungen hervor.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kolbenringes, auf den die vorliegen
de Erfindung angewendet wird;
Fig. 2 eine partielle Schnittansicht, die einen Zustand des Kolbenringes ge
mäß Fig. 1 bei Verwendung zusammen mit einem Zylinder als einem
Gegenstück-Element zeigt; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die Vergleichsergebnisse des Beispiels 1
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des
Vergleichsbeispiels 1 als einem konventionellen Beispiel in bezug auf
die entstehende Menge an Blowby-Gas darstellt.
Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Kolbenrings 1 dar und der er
findungsgemäße Kolbenring ist hergestellt aus einem austenitischen rostfreien
Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 15 × 10-6/°C oder mehr
und wird für einen Zylinder als einem Gegenstück-Element aus einer Alumini
umlegierung in einem in Fig. 2 dargestellten Zustand verwendet.
Das heißt, der Kolbenring 1 ist in eine Nut eingepaßt, die an einem Kolben 3
vorgesehen ist, und in den Zylinder 2 eingesetzt ist. In der Regel wird eine
Vielzahl von Kolbenringen auf den Kolben aufgebracht, d. h., wie beispielswei
se in Fig. 2 dargestellt, ein erster Kolbenring 1, ein zweiter Kolbenring 10 und
ein Ölring 100 werden eingesetzt (eingepaßt) und die Kolbenringe 1 und 10
weisen Anschlag-Lücken S1 und S2 auf, wie in Fig. 1 dargestellt. Außerdem
wird auch ein Nitridfilm oder eine Nitridschicht 4 auf der äußeren Oberfläche
des Kolbenrings erzeugt, wie weiter unten erläutert.
Da der erfindungsgemäße Kolbenring aus einem austenitischen rostfreien
Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 15 × 10-6/°C oder mehr
hergestellt ist, kann der Kolbenring der Wärmeausdehnung des Aluminiumle
gierungs-Zylinders, der im allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizien
ten von etwa 20 × 10-6/°C hat, vollständig folgen. Für den Fall, daß der Wär
meausdehnungskoeffizient des Kolbenringes weniger als 15 × 10-6/°C beträgt,
entsteht eine große Menge Blowby-Gas, die zu einer Abnahme der Motorlei
stung und zu einer Zunahme des Schmierölverbrauchs führt und somit ein
Problem darstellt, da der Kolbenring der Wärmeausdehnung des Aluminium
legierungs-Zylinders nicht vollständig folgen kann.
Der als Material mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwen
dete austenitische rostfreie Stahl weist ausgezeichnete Eigenschaften in be
zug auf die Wärmebeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit auf, so daß
der austenitische rostfreie Stahl auf verschiedenen Gebieten in großem Um
fang verwendet wird. Da jedoch der austenitische rostfreie Stahl eine Abriebs-
bzw. Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen aufweist, die
schlechter sind als diejenigen von martensitischem rostfreiem Stahl, wurde
austenitischer rostfreier Stahl in dem konventionellen Stand der Technik bisher
nicht in großem Umfang als Material für einen Kolbenring verwendet. Erfin
dungsgemäß wird der austenitische rostfreie Stahl als Material für einen Kol
benring verwendet, indem man seine Oberfläche einer Oberflächen-
Behandlung, beispielsweise einer Nitrier-Behandlung oder einer Plattierungs-
Behandlung, unterwirft.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäß verwendete austenitische rostfreie
Stahl eine Austenit-Phase auf und er enthält Ni in einer Menge von mehr als
3,5 Gew.-% und von weniger als 17 Gew.-% und Cr in einer Menge von mehr
als 15 Gew.-% und von weniger als 20 Gew.-%.
Im Falle eines Ni-Gehalt von weniger als 3,5 Gew.-% ist es nicht möglich, den
bevorzugten Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 × 10-6/°C auf
rechtzuerhalten. Außerdem ist es schwierig, die Nitrierungs-Behandlung
durchzuführen und es ist daher erforderlich, die Nitrierungs-Behandlung bei
einer höheren Temperatur durchzuführen als die Nitrierungs-Behandlung ei
nes martensitischen rostfreien Stahls. Ni hat ferner die Funktion, das Eindrin
gen von Stickstoff in den austenitischen rostfreien Stahl zu verhindern, so daß
für den Fall, daß der Ni-Gehalt 17 Gew.-% übersteigt, viel Zeit erforderlich ist
für die Durchführung der Nitrierungs-Behandlung, die somit unzweckmäßig ist.
Im Hinblick auf die obigen Angaben wird der Ni-Gehalt erfindungsgemäß so
festgelegt, daß er mehr als 3,5 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 8 Gew.-%, und
weniger als 17 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 15 Gew.-%, beträgt.
Inzwischen verbindet sich Cr mit dem in den austenitischen rostfreien Stahl
eingedrungenen elementaren Stickstoff und bildet ein Chromnitrid mit einer
hohen Härte und als Folge davon kann die Härte der Nitridschicht verbessert
werden. In dieser Hinsicht ist Cr ein wichtiges Element zur Verbesserung der
Abriebs- bzw. Verschleißfestigkeit und der Beständigkeit gegen Festfressen
des austenitischen rostfreien Stahls. Im Falle eines Cr-Gehaltes von weniger
als 15 Gew.-% kann sich Chromnitrid mit einer hohen Härte nicht in ausrei
chendem Maße bilden, so daß eine Nitridschicht mit einer hohen Härte kaum
erhältlich ist. Außerdem hat Cr die Funktion, das Eindringen von Stickstoff in
den austenitischen rostfreien Stahl zu verhindern, obgleich dies nicht so wirk
sam erfolgt wie im Vergleich mit Ni. Im Falle eines Cr-Gehaltes von mehr als
20 Gew.-% erfordert die Nitrierungs-Behandlung viel Zeit, so daß sie un
zweckmäßig ist. Im Hinblick auf die obigen Angaben wurde der Cr-Gehalt er
findungsgemäß so festgelegt, daß er mehr als 15 Gew.-%, vorzugsweise mehr
als 18 Gew.-%, und weniger als 20 Gew.-% beträgt.
Außerdem kann ein austenitischer rostfreier Stahl, der zusätzlich zu den
obengenannten Komponenten Ni und Cr als weitere Komponenten Mn, Mo,
Cu, Nb, Se, Ti, N und dgl. enthalten kann, verwendet werden. Die Funktionen
oder Effekte dieser Elemente sind allgemein bekannt.
Der erfindungsgemäße Kolbenring wird allgemein hergestellt mit einer Nitrid
schicht durch eine interstitielle Nitrierungs-Behandlung.
Als Nitrierungs-Behandlung vom interstitiellen Element-Typ seien die folgen
den Nitrierungs-Behandlungen genannt: die Gas-Nitrierungs-Behandlung, die
Plasma-Nitrierungs-Behandlung, die Salzbad-Nitrierungs-Behandlung und die
Nitrosulfurierungs-Behandlung oder ähnliche Behandlungen. Der erfindungs
gemäße Kolbenring kann optional einer Behandlung, ausgewählt aus den
obengenannten, je nach Bedarf unterworfen werden. Durch Durchführung der
Nitrierungs-Behandlung dringt Stickstoff ein und wird in der Oberflächen
schicht des Kolbenringes dispergiert und es kann eine harte Nitridschicht ge
bildet werden. Durch Anwendung dieser Behandlung kann austenitischer rost
freier Stahl, der nach dem Stand der Technik bisher nicht als Material für einen
Kolbenring angesehen wurde, zur Herstellung eines Kolbenringes verwendet
werden, der in Verbindung mit einem Aluminiumlegierungs-Zylinder verwend
bar ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die obengenannte Nitrierungs-
Behandlung unter Anwendung eines bekannten Verfahrens durchgeführt wer
den kann und daß die dabei gebildete Nitridschicht eine Dicke von etwa 70 bis
90 µm wie gemäß dem Stand der Technik aufweist und daß die Nitridschicht
auf der gesamten Oberfläche des Kolbenrings erzeugt werden kann oder nur
auf der äußeren Umfangs-Oberfläche, die mit dem Zylinder als Gegenstück-
Element in Kontakt kommt, gebildet werden kann.
Außerdem kann die Oberfläche der auf die vorstehend beschriebene Weise
gebildeten Nitridschicht einer beliebigen Oberflächen-Behandlung, beispiels
weise einer Verchromungs-Behandlung, einer Komposit-Verchromungs-
Behandlung, einer Komposit-Plattierungsbehandlung, einer thermischen
Sprühbehandlung oder einer physikalischen Abscheidungsbehandlung unter
worfen werden. Eine solche Oberflächen-Behandlung kann entweder bei der
Oberfläche durchgeführt werden, auf die vorher die Nitridschicht aufgebracht
worden ist, oder bei der Oberfläche des austenitischen rostfreien Stahls, auf
der keine Nitridschicht gebildet worden ist. Außerdem kann diese Oberflächen-
Behandlung selektiv mit der gesamten Oberfläche des Kolbenringes durchge
führt werden oder sie kann nur auf der äußeren Umfangs-Oberfläche durchge
führt werden, die mit dem Zylinder als Gegenstück-Element in Kontakt kommt.
Erfindungsgemäß ist die Oberflächen-Behandlung nicht spezifisch beschränkt
auf eine der obengenannten Oberflächen-Behandlungen aus der Gruppe Ver
chromungs-Behandlung, Komposit-Verchromungs-Behandlung, Komposit-
Plattierungsbehandlung, thermische Sprühbehandlung und physikalische Ab
scheidungs-Behandlung, und es kann eine Oberflächen-Behandlung ange
wendet werden, die üblicherweise bei dem Kolbenring gemäß Stand der
Technik durchgeführt wird. Unter diesen Oberflächen-Behandlungen kann bei
spielsweise eine Ni-P-Si3N4-Komposit-Plattierungsbehandlung als Komposit-
Plattierungsverfahren angewendet werden und es kann eine thermische MO-
Sprühbehandlung als thermische Sprühbehandlung angewendet werden. Als
physikalische Abscheidungs-Behandlung kann eine Plasma-Plattierungsbe
handlung, eine Spritzbehandlung (Zerstäubungs-Behandlung) oder eine ähnli
che Behandlung angewendet werden, und bei diesen Oberflächen-Behand
lungsverfahren wird beispielsweise ein physikalisch abgeschiedener Film der
Cr-N-Reihe, der Cr-B-N-Reihe und der Cr-N-O-Reihe oberflächenbehandelt.
Durch die vorstehend erwähnte Oberflächen-Behandlung können die Abriebs-
bzw. Verschleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen Festfressen des Kol
benrings weiter verbessert werden.
Der auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellte Kolbenring kann der
Wärmeausdehnung des Aluminiumlegierungs-Zylinders als Gegenstück-
Element folgen, so daß der erfindungsgemäße Kolbenring als erster Kolben
ring und als zweiter Kolbenring oder nur als erster Kolbenring verwendet wer
den kann, und bei dieser Verwendung können die gewünschten Effekte und
Funktionen erzielt werden.
Der Aluminiumlegierungs-Zylinder als Gegenstück-Element für den erfin
dungsgemäßen Kolbenring weist, wie oben erwähnt, einen Wärmeausdeh
nungskoeffizienten von etwa 20 × 10-6/°C auf und ist hergestellt aus einer hy
pereutektischen Al-Si-Legierung, die S1 in einer Menge von 16 bis 18% oder
von 23 bis 28% enthält. Der erfindungsgemäße Kolbenring kann gegenüber
dem Aluminiumlegierungs-Zylinder, der eine verhältnismäßig hohe Wärmeau
dehnung aufweist, bemerkenswerte Effekte ergeben.
Obgleich in der vorstehenden Beschreibung der Kolbenring als geeignet für
einen Aluminiumlegierungs-Zylinder als Gegenstück-Element mit einem hohen
Wärmeausdehnungskoeffizienten bezeichnet wird, kann die Struktur des er
findungsgemäßen Kolbenringes auch auf andere gleitende Elemente, bei
spielsweise Automobilteile oder Kompressorteile, angewendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine beispielhafte
Ausführungsform näher erläutert.
Ein Aluminiumlegierungs-Zylinder (aus einer hypereutektischen Al-Si-
Legierung) wurde als Gegenstück-Element hergestellt. Außerdem wurde ein
Kolbenring (Vergleichsbeispiel 1) aus martensitischem rostfreiem Stahl
(enthaltend beispielsweise 17 Gew.-% Cr) hergestellt, der üblicherweise ver
wendet wird, und der Kolbenring wies einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 11 × 10-6/°C auf. Außerdem wurde auch ein Kolbenring (Beispiel 1 gemäß
der vorliegenden Erfindung) hergestellt aus austenitischem rostfreiem Stahl
(mit einem Ni-Gehalt von 8,0 Gew.-% und einem Cr-Gehalt von 18,0 Gew.-%)
und der Kolbenring wies einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 17 × 10-6/°C
auf. In beiden Beispielen wies der als Gegenstück-Element verwendete
Aluminiumlegierungs-Zylinder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 20
× 10-6/°C auf.
Es wurden Nitridschichten mit einer Dicke von 70 µm unter Anwendung eines
Gasnitrierungs-Verfahrens auf der äußeren Umfangsoberfläche der Kolbenrin
ge des Vergleichsbeispiels 1 und des erfindungsgemäßen Beispiels 1 erzeugt.
Diese Kolbenringe wurden als Testmaterialien verwendet.
Die Kolbenringe des Vergleichsbeispiels 1 und des erfindungsgemäßen Bei
spiels 1 wurden nur als der erste Ring (beispielsweise als Kolbenring 1 in Fig.
1 oder 2) verwendet und ein Kolbenring und ein Ölring mit konventionellen
Strukturen wurden als zweite Kolbenringe und Ölringe (Bezugsziffern 10 und
100 beispielsweise in der Fig. 2) verwendet. Außerdem wurde die Anschlag-
Lücke (S1) des ersten Kolbenrings auf 0,25 mm eingestellt und die Anschlag
lücke (S2) des zweiten Kolbenrings wurde auf 0,35 mm eingestellt. Ferner
wurde das Anschlaggas des Ölrings auf 0,30 mm eingestellt.
In einem durchgeführten Test wurden die gebildeten Mengen an Blowby-Gas
unter Verwendung der Kolbenringe des Vergleichsbeispiels 1 und des erfin
dungsgemäßen Beispiels 1 in der Weise gemessen, daß die Blowby-
Gasmenge pro min (l/min) zu einem Zeitpunkt gemessen und bewertet wurde,
wenn der Motor mit der jeweiligen Drehzahl (UpM) betrieben wurde. Bei dieser
Messung wurde die Blowby-Gasmenge berechnet, wobei Pmax 65 kg/cm2 be
trug bei 6000 UpM-WOT (mit weit geöffneter Drosselklappe).
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse des Vergleichs zwischen dem
Vergleichsbeispiel 1 und dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 in bezug auf die
gebildete Menge an Blowby-Gas darstellt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, war die gebildete Menge an Blowby-Gas in bezug
auf den Aluminiumlegierungszylinder bei Verwendung des Kolbenrings des
erfindungsgemäßen Beispiels 1 geringer als diejenige bei Verwendung des
Kolbenrings des Vergleichsbeispiels 1.
Nach dem vorstehend beschriebenen Test zeigte eine Untersuchung der
Gleitoberfläche des Kolbenrings des erfindungsgemäßen Beispiels 1 eine ver
besserte Abriebs- bzw. Verschleißfestigkeit und eine für die praktische Ver
wendung ausreichende Beständigkeit gegen Festfressen.
Claims (6)
1. Kolbenring für die Verwendung für einen Zylinder als Gegenstück-
Element aus einer Aluminiumlegierung, an dem er entlanggleitet, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kolbenring aus einem austenitischen rostfreien Stahl
mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 15 × 10-6/°C herge
stellt ist.
2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den
Kolbenring aufbauende austenitische rostfreie Stahl Ni in einer Menge von
mehr als 3,5 Gew.-% und von weniger als 17 Gew.-% und Cr in einer Menge
von mehr als 15 Gew.-% und von weniger als 20 Gew.-% enthält.
3. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den
Kolbenring aufbauende austenitische rostfreie Stahl Ni in einer Menge von
mehr als 8,0 Gew.-% und von weniger als 15 Gew.-% und Cr in einer Menge
von mehr als 18 Gew.-% und von weniger als 20 Gew.-% enthält.
4. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf
der äußeren Oberfläche des Kolbenrings durch eine interstitielle Nitrier-
Behandlung eine Nitridschicht erzeugt worden ist.
5. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Kolbenrings einer Behandlung aus der Gruppe Ver
chromungs-Behandlung, Komposit-Verchromungs-Behandlung, Komposit-
Plattierungsbehandlung, thermische Sprühbehandlung und physikalische Ab
scheidungs-Behandlung unterworfen worden ist.
6. Kolbenring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß er als erster Kolbenring gegenüber dem Zylinder verwendet wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31610198A JP2000145963A (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | ピストンリング |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19953311A1 true DE19953311A1 (de) | 2000-06-08 |
DE19953311C2 DE19953311C2 (de) | 2003-12-18 |
Family
ID=18073261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999153311 Expired - Lifetime DE19953311C2 (de) | 1998-11-06 | 1999-11-05 | Kolbenring |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000145963A (de) |
DE (1) | DE19953311C2 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10012619A1 (de) * | 2000-03-15 | 2001-09-27 | Federal Mogul Burscheid Gmbh | Stahlkolbenring sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
DE10225461A1 (de) * | 2002-06-05 | 2004-01-08 | Dana Gmbh | Hochtemperaturfestes Dichtelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
EP1762756A2 (de) * | 2005-09-13 | 2007-03-14 | Wärtsilä Schweiz AG | Kolbenringpackung |
WO2010108529A1 (de) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Nitrierfähige stahlwerkstoffzusammensetzung zur herstellung von kolbenringen und zylinderlaufbuchsen |
DE102009048124A1 (de) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Daimler Ag | Stahlkolben für Verbrennungsmotoren |
DE102010045221A1 (de) | 2010-09-13 | 2012-03-15 | Daimler Ag | Stahlkolben für Verbrennungsmotoren |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2009069762A1 (ja) | 2007-11-30 | 2011-04-21 | 日本ピストンリング株式会社 | ピストンリング用鋼材およびピストンリング |
JP5890946B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2016-03-22 | Tpr株式会社 | 圧力リングおよび圧力リング用母材 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3725495C2 (de) * | 1986-07-31 | 1993-03-18 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE17930C (de) * | CL. JOUFFREY und J. CHEVALIER in Vienne (Isere, Frankreich) | Neuerungen an einem Wasch- und Sortirapparate für Kohlen und Erze | ||
GB1039809A (en) * | 1963-09-26 | 1966-08-24 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Improvements in and relating to the plasma spraying and welding of metals |
JPS477283Y1 (de) * | 1969-05-20 | 1972-03-17 | ||
DE19523484C2 (de) * | 1995-06-28 | 2002-11-14 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zum Herstellen einer Zylinderlaufbüchse aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung zum Eingießen in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine und danach hergestellte Zylinderlaufbüchse |
-
1998
- 1998-11-06 JP JP31610198A patent/JP2000145963A/ja active Pending
-
1999
- 1999-11-05 DE DE1999153311 patent/DE19953311C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3725495C2 (de) * | 1986-07-31 | 1993-03-18 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
F. SASS u.a.: "Dubbel-Taschenbuch für den Maschinenbau", 13. Aufl., Bd. 1, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1974/S. 600, 601 * |
Katalog: "Good fellow", 09/92, S. 303-306 * |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10012619A1 (de) * | 2000-03-15 | 2001-09-27 | Federal Mogul Burscheid Gmbh | Stahlkolbenring sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
DE10225461A1 (de) * | 2002-06-05 | 2004-01-08 | Dana Gmbh | Hochtemperaturfestes Dichtelement sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
DE10225461B4 (de) * | 2002-06-05 | 2004-07-22 | Dana Gmbh | Hochtemperaturfestes Dichtelement sowie dessen Verwendung und Verfahren zu dessen Herstellung |
EP1762756A2 (de) * | 2005-09-13 | 2007-03-14 | Wärtsilä Schweiz AG | Kolbenringpackung |
EP1762756A3 (de) * | 2005-09-13 | 2007-03-28 | Wärtsilä Schweiz AG | Kolbenringpackung |
US9650702B2 (en) | 2009-03-26 | 2017-05-16 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Nitridable piston rings |
WO2010108529A1 (de) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Nitrierfähige stahlwerkstoffzusammensetzung zur herstellung von kolbenringen und zylinderlaufbuchsen |
DE102009048124A1 (de) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Daimler Ag | Stahlkolben für Verbrennungsmotoren |
US9051896B2 (en) | 2009-10-02 | 2015-06-09 | Daimler Ag | Steel piston for internal combustion engines |
WO2011038823A1 (de) * | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Daimler Ag | Stahlkolben für verbrennungsmotoren |
DE102010045221A1 (de) | 2010-09-13 | 2012-03-15 | Daimler Ag | Stahlkolben für Verbrennungsmotoren |
WO2012034647A1 (de) | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Daimler Ag | Stahlkolben für verbrennungsmotoren |
US8820288B2 (en) | 2010-09-13 | 2014-09-02 | Daimler Ag | Steel piston for internal combustion engines |
DE102010045221B4 (de) * | 2010-09-13 | 2017-10-05 | Daimler Ag | Stahlkolben für Verbrennungsmotoren |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000145963A (ja) | 2000-05-26 |
DE19953311C2 (de) | 2003-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3633988C2 (de) | ||
DE60021325T2 (de) | Hartstoffschicht, damit beschichtetes Gleitteil und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP3004414B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines kolbenrings | |
DE10083665B3 (de) | Kombination einer Zylinderlaufbuchse und eines Kolbenringes in einer Brennkraftmaschine | |
DE3151313C2 (de) | Verwendung einer Eisenbasis-Sinterlegierung für einen Ventil-Betätigungsmechanismus | |
DE3041225C2 (de) | Verschleißbeanspruchter Lauf- und Gleitkörper für Verbrennungskraftmaschinen | |
DE3708035A1 (de) | Verschleissfeste, gesinterte legierung auf eisen-basis | |
DE4036614A1 (de) | Ventilsitz aus einer gesinterten fe-basis-legierung mit hoher verschleissfestigkeit | |
DE19911962B4 (de) | Kolbenring und eine Kombination von Verdichtungsringen | |
DE69524997T2 (de) | Verfahren zum Spritzen von Material, Verfahren zur Herstellung eines Gleitelementes mit gespritzter Gleitschicht; Kolben und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2819310A1 (de) | Gesinterte eisenbasislegierung fuer ventilsitze und verfahren zu deren herstellung | |
DE4240157A1 (de) | Synchronisierring mit einer Spritzbeschichtung aus einem verschleißbeständigen Messingmaterial | |
DE4413564A1 (de) | Hochfester nichtrostender Stahl zur Verwendung als Material von Kraftstoffeinspritzdüse oder -nadel für Brennkraftmaschine, aus dem nichtrostenden Stahl hergestellte Kraftstoffeinspritzdüse und Verfahren zur Herstellung der Kraftstoffeinspritzdüse | |
DE10207078A1 (de) | Kolbenring mit einer PVD-Beschichtung | |
DE69219330T2 (de) | Wälzlager mit belag aus einer korrosionsbeständigen zink-legierung | |
DE19900942C2 (de) | Verfahren zur Erzeugung eines Schutzbelags sowie Maschine mit wenigstens einem derartigen Schutzbelag | |
DE19953311A1 (de) | Kolbenring | |
EP0868539A1 (de) | Gleitlagerwerkstoff aus einer bis auf erschmelzungsbedingte verunreinigungen siliciumfreien aluminiumlegierung | |
DE2914618C2 (de) | Schichtwerkstoff mit auf einer Trägerschicht im Drahtexplosionsverfahren oder Kathodenzerstäubung (Sputtering) aufgebrachter Gleit- oder Reibschicht, Verfahren zu seiner Herstellung und Target zur Durchführung des Verfahrens | |
DE3221991A1 (de) | Zusammengesetzter oelring | |
DE2919478A1 (de) | Kupfer-zink-legierung und ihre verwendung | |
DE3501823C2 (de) | ||
DE112015001603T5 (de) | Gleitlement, Verbrennungsmotor und Verfahren zum Erhalten des Gleitelements | |
DE3049641C2 (de) | Gleitelement | |
DE2258280A1 (de) | Bauteil aus metall, mit gleitfaehiger oberflaeche |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R071 | Expiry of right |