DE2109186A1

DE2109186A1 - Machine part subject to sliding stress

Info

Publication number: DE2109186A1
Application number: DE19712109186
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Ing 5673 Bur scheid Fuhrmann
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1971-02-26
Filing date: 1971-02-26
Publication date: 1972-09-07

Description

Gleitend beanspruchtes Maschinenteil Die Erfindung betrifft ein gleitender Reibung unterworfenes Maschinenteil, insbesondere Dichtteil und/oder Gleitpartner in Verbrennungskraftmaschinen mit in den Gleitflächen eingearbeiteten Vertiefungen zur Aufnahme von Schmierstoffen. Machine part subjected to sliding stresses The invention relates to a sliding machine part Machine part subject to friction, in particular sealing part and / or sliding partner in internal combustion engines with recesses incorporated in the sliding surfaces for holding lubricants.

Bei aufeinander gleitenden Maschinenteilen werden zwei Hauptforderungen an die einander berührenden Gleitwerkstoffe gestellt.When machine parts slide on each other, there are two main requirements placed on the sliding materials in contact with one another.

Einmal soll der Reibwiderstand zwischen den beiden Gleitpartnern möglichst gering sein, um eine zu starke Erhitzung der Gleitflächenwerkstoffe infolge umgewandelter Bewegungsenergie in Wärme zu vermeiden. Zum anderen müssen die Gleitflächenwerkstoffe eine hohe Festigkeit bzw. Abriebbeständigkeit aufweisen, damit sie nicht vorzeitig verschleißen.On the one hand, the frictional resistance between the two sliding partners should be as possible be low in order to avoid excessive heating of the sliding surface materials as a result of converted Avoid kinetic energy in heat. On the other hand, the sliding surface materials must have a high strength or abrasion resistance so that they do not prematurely wear out.

Insbesondere müssen gleitender Reibung unterworfene Dichtteile, wie z.B. Kolbenringe und Dichtleisten, die zur Abdichtung der Brennräume in Verbrennung skraftma schinen dienen, zusätzlich hohen thermischen Belastungen standhalten. Man hat aus diesem Grund die vornehmlich aus Gußeisen bestehenden Grundkörper solcher Dichtteile im Bereich ihrer Gleitfläche mit verschiedenen Werkstoffen überzogen, die entweder besonders verschleißfest waren, z.B. Chrom, oder die thermisch hoch belastbar waren, z. B. Molybdän. Hierdurch konnten bisher nur einseitige Verbesserungen erzielt werden. Ein idealer Werkstoff ist bisher noch nicht gefunden worden.In particular, sealing parts subjected to sliding friction, such as e.g. piston rings and sealing strips that seal the combustion chambers in combustion Power machines are used to withstand high thermal loads. Man for this reason, the main body consisting primarily of cast iron has such Sealing parts in the area of their sliding surface with different Materials coated that were either particularly wear-resistant, e.g. chrome, or that were thermally were highly resilient, e.g. B. molybdenum. So far, this has only allowed unilateral improvements be achieved. An ideal material has not yet been found.

Neuerdings werden solche Dichtteile aus gesinterten Metalloxyden oder Keramik hergestellt oder deren Gleitflächenteile in diesem Werkstoff ausgebildet. Solche Werkstoffe weisen eine große Härte auf, sind damit besonders verschleißfest und besitzen einen geringen Reibwiderstand. Auch sind sie thermisch hoch belastbar, jedoch neigen sie bei Trockenlauf zum Rattern, was vermutlich auf die geringe Eigendämpfung des Werkstoffgefüges zurückzuführen ist.Recently, such sealing parts are made of sintered metal oxides or Manufactured ceramics or their sliding surface parts formed in this material. Such materials are extremely hard and are therefore particularly wear-resistant and have a low frictional resistance. They are also thermally highly resilient, however, they tend to rattle when running dry, which is probably due to the low level of self-damping the material structure is due.

Darüberhinaus ist es allgemein bekannt, bei gleitender Reibung unterworfenen Maschinentellen die Gleitflächen mit Vertiefungen zur Aufnahme von Schmierstoffen auszubilden. Beispielsweise wurden in die Laufflächen gußeiserner Kolbenringe taschenartige Vertiefungen eingefräst. Nach einem anderen Vorschlag sind solche Vertiefungen durch Herausätzen von Graphitlamellen in Gleitflächen aus Gußeisen gebildet. Auch ist es nicht neu, Chromschichten mit einem fein verteilten Rißnetzwerk als Gleitschichten auf Kolbenringlaufflächen abzuscheiden. Schließlich ist es bekannt, die Vertiefungen mit gleitverbessernden Werkstoffen, wie z.B. Molybdändisulfid, Polytetrafluoräthylen, zu füllen.Moreover, it is well known to be subjected to sliding friction Machine parts have the sliding surfaces with recesses for receiving lubricants to train. For example, pocket-like piston rings were made into the running surfaces of cast iron piston rings Milled recesses. According to another suggestion, such wells are through Etching out of graphite lamellae formed in sliding surfaces made of cast iron. Also is it is not new, chrome layers with a finely distributed network of cracks as sliding layers to be deposited on the piston ring running surfaces. After all, it is known the depressions with slip-improving materials such as molybdenum disulphide, polytetrafluoroethylene, to fill.

Die bisher bekannten Vertiefungen sind als langzeitiges Schmiermittelreservoir ungeeignet. Bei den nachträglich mechanisch eingearbeiteten Taschen, Schlitzen oder Nuten ist eine dauerhafte Verankerung des Schmiermittels, insbesondere wenn es sich dabei um flüssige Schmiermittel handelt, nicht gewährleistet. Das feine Rißnetzwerk in den Oberflächen von Chromschichten ist zu gering in seiner Tiefe, um eine während der gesamten Betriebszeit solcher Maschinenteile gleichbleibend gute Schmierwirkung zu erzielen.The wells known so far are used as long-term lubricant reservoirs not suitable. In the case of the mechanically incorporated pockets, slots or Grooves is a permanent anchor of the lubricant, especially if it is liquid lubricants are not guaranteed. The fine network of cracks in the Surface of chrome layers is too shallow in depth, by one constant during the entire operating time of such machine parts to achieve a good lubricating effect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vertiefungen in Gleitflächen von gleitender Reibung unterworfenen Maschinenteilen zu schaffen, die bei bester Haftung des Schmiermittels eine während der gesamten Betriebszeit gleichbleibende Schmierung der Gleitflächen sicherstellt.The invention is based on the object of creating depressions in sliding surfaces to create machine parts subject to sliding friction that are at their best Adhesion of the lubricant remains constant over the entire operating time Ensures lubrication of the sliding surfaces.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vertiefungen kapillarartig ausgebildet sind und sich von der Gleitfläche aus relativ weit in den Gleitflächenwerkstoff erstrecken. Vorzugsweise soll das Querschnitt-Tiefen-Verhältnis der Vertiefungen mindestens 1 : 5 betragen. Durch die Anordnung von etwa senkrecht von der Gleitfläche in den Gleitflächenwerkstoff sich erstreckenden Kapillaren ist selbst bei solchen Maschinenteilen, bei denen das Schmiermittel zentrifugalen Kräften ausgesetzt ist, wie z. B. bei Dichtleisten in Rotation skolb enma 5 chinen, eine aus reichende Haftung durch das Adhäsionsvermögen des Schmiermittels am Gleitwerkstoff innerhalb der Kapillaren gegeben. Die relativ große Tiefenerstreckung der Kapillaren sichert einen auch bei Verschleiß der Gleitfläche lang anhaltenden Schmiermittelvorrat.This object is achieved according to the invention in that the depressions are capillary-like and are relatively far in from the sliding surface extend the sliding surface material. The ratio of the cross-section to the depth should preferably be of the wells are at least 1: 5. By arranging approximately perpendicular from the sliding surface in the sliding surface material extending capillaries even with those machine parts where the lubricant is subjected to centrifugal forces exposed to such. B. with sealing strips in rotation skolb enma 5 chinen, one Adequate adhesion due to the adhesiveness of the lubricant to the sliding material given within the capillaries. The relatively large depth of the capillaries ensures a long-lasting supply of lubricant even if the sliding surface is worn.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Anzahl der pro Flächeneinheit vorgesehenen kapillaren Vertiefungen je nach Stärke der örtlichen Gleitbeanspruchung unterschiedlich ist. Diese Anpassung an die jeweiligen örtlich oft unterschiedlichen Beanspruchungsverhältnisse kann auch durch Veränderung des Querschnitt-Tiefen-Verhältnisses der Kapillaren erreicht werden.It is also proposed that the number of per unit area provided capillary depressions depending on the strength of the local sliding stress is different. This adaptation to the respective locally often different Stress ratios can also be changed by changing the cross-section-depth ratio of the capillaries can be reached.

Bei insbesondere Kolbenringen oder Dichtleisten, die mindest ens im Gleitflächenbereich aus einem Metalloxyd oder aus Sinterkeramik bestehen, wirdsgemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß mindestens im Bereich der Gleitflächen Vertiefungen in Form von Bohrungen und/oder Nuten mittels Elektronen- oder Laserstrahl eingearbeitet sind, da die mechanische Bearbeitung solcher extrem harten Schichten kaum möglich ist. In vorteilhafter Weise wird hierbei von der bekannten Lehre Gebrauch gemacht, daß sich feinste Bohrungen mittels Elektronenbeschuß oder langwelliger Lichtstrahlen herstellen lassen.In particular with piston rings or sealing strips, the at least ens The sliding surface area consists of a metal oxide or sintered ceramic the invention proposed that at least in the area of the sliding surfaces depressions incorporated in the form of bores and / or grooves by means of an electron or laser beam are, since the mechanical processing of such extremely hard layers is hardly possible is. Advantageously, use is made here of the known teaching, that the finest bores can be made by electron bombardment or long-wave light rays can be produced.

Zur Anpassung an die jeweiligen Gleitverhältnisse, was besonders wichtig ffir radial wirkende Dichtleisten ist, können sich die Bohrungen und/oder Nuten in unterschiedlicher Richtung und/oder Tiefe oder mit unterschiedlichen Abständen in den Gleitflächenwerkstoff erstrecken.To adapt to the respective sliding conditions, which is particularly important For radially acting sealing strips, the bores and / or grooves can be in different directions and / or depths or at different distances extend into the sliding surface material.

Vorzugsweise verlaufen die nutenförmigen Einschnitte quer zur Gleitrichtung, um das Einreiben und damit Verstopfen der schmiermittelhaltigen Öffnungen in der Gleitfläche durch im Schmieröl des Motors vorhandene Fremdkörper (Abrieb) zu vermeiden.The groove-shaped incisions preferably run transversely to the sliding direction, about rubbing in and thus clogging of the lubricant-containing openings in the Avoid sliding surface caused by foreign bodies (abrasion) in the engine's lubricating oil.

Für die Praxis ist es von besonderer Bedeutung, wenn die Bohrungen und/oder Nuten eine lichte Weite von weniger als 0, 5 mm aufweisen, da sonst die Kapillarwirkung zu gering ist.In practice, it is of particular importance if the holes and / or grooves have a clear width of less than 0.5 mm, otherwise the Capillary action is too low.

Schließlich ist daran gedacht, die Bohrungen und/oder Nuten mit einem porösen Werkstoff zu füllern, wobei die Poren des Werkstoffes mit Schmierstoffen gefüllt oder füllbar sind.Finally, it is thought that the bores and / or grooves with a To fill porous material, the pores of the material with lubricants are filled or fillable.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen geschlitzten Kolbenring Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Teilschnitt durch den Kolbenring nach Fig. 1 Fig. 3 eine Radial-Dichtleiste In Fig. list ein geschlitzter Kolbenring 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der eigentliche Ringkörper 2 besteht aus Grauguß, während die äußere vielfach auch als Lauffläche bezeichnete Gleitfläche 3 von einer galvanisch aufgebrachten Chromschicht 4 gebildet ist. In'die Chromschicht 4 sind radial von außen nach innen verlaufende kapillarartige Vertiefungen 5 mittels Elektronenstrahlbeschuß eingearbeitet, die zur Aufnahme von Schmieröl dienen. Die Abstände zwischen den einzelnen Vertiefungen sind nahe des oberen Ringrandes 6 geringer als nahe des unteren Ringrandes 7, da bei Verwendung des Kolbenringes 1 als Kompressionsring die obere Ringseite 8 stärker thermisch beansprucht wird und deshalb zur Vermeidung von Brandspuren hier eine intensivere örtliche Schmierung erforderlich ist.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. They show: FIG. 1 a slotted one Piston ring Fig. 2 shows an enlarged partial section through the piston ring According to Fig. 1, Fig. 3 shows a radial sealing strip. In Fig. 1, a slotted piston ring 1 shown in perspective view. The actual ring body 2 consists made of gray cast iron, while the outer sliding surface is often referred to as the running surface 3 is formed by an electroplated chromium layer 4. In the chrome layer 4 are capillary-like depressions 5 extending radially from the outside inwards Incorporated electron beam bombardment, which are used to absorb lubricating oil. the The distances between the individual depressions are smaller near the upper ring edge 6 than near the lower ring edge 7, since when using the piston ring 1 as a compression ring the upper ring side 8 is more thermally stressed and therefore to avoid burn marks require more intensive local lubrication.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilquerschnitt durch den Kolbenring 1 nach Fig. 1. Die etwa o, 3 mm starke Chromschicht 4 ist fast in ihrer ganzen Stärke von Kapillaren 5, die miteinander nicht in Verbindung stehen, durchzogen.Fig. 2 shows an enlarged partial cross section through the piston ring 1 according to Fig. 1. The approximately 0.3 mm thick chrome layer 4 is almost in its entire thickness of capillaries 5, which are not connected to each other, traversed.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 betrifft eine Radialdichtleiste lo, die ganz aus Sinterkeramik besteht. Im Bereich der gleitend beanspruchten Laufkuppe 11 sind kapillare Bohrungen 12 und Schlitze 13 eingearbeitet, die sich in Richtung auf den Scheitel 14 des Schwenkwinkels 15 erstrecken. Die Schlitze 13 verlaufen dabei in Längsrichtung der Dichtleiste lo, also im rechten Winkel zu deren Bewegungsrichtung. Die Bohrungen 12 und Schlitze 13 weisen etwa eine lichte Weite von 0,2 mm und eine Tiefe von 1 bis 1,5 mm auf.The embodiment according to FIG. 3 relates to a radial sealing strip lo, which is made entirely of sintered ceramics. In the area of the sliding crest 11 capillary bores 12 and slots 13 are incorporated, which extend in the direction on the vertex 14 of the pivot angle 15 extend. The slots 13 run in the longitudinal direction of the sealing strip lo, that is, at right angles to their direction of movement. The bores 12 and slots 13 have approximately a clear Width of 0.2 mm and a depth of 1 to 1.5 mm.

Die Schlitze 13 sind mit einem porösen Werkstoff gefüllt.The slots 13 are filled with a porous material.

Die Erfindung läßt sich gleichfalls auch bei Flankenflächen von Kolbenringen und Dichtleisten sowie bei den Gleitflächenpartnern, wie Zylinder oder Trochoide, anwenden. Ebenso erstreckt sich der Erfindungsgedanke auf andere gleitend beanspruchte Machinenteile, wie Führungen, Gleitlager udgl.The invention can also be applied to the flank surfaces of piston rings and sealing strips as well as the sliding surface partners, such as cylinders or trochoid, use. The idea of the invention also extends to other sliding claims Machine parts such as guides, plain bearings, etc.

Claims

1. Machine part subject to sliding friction, especially sealing part and / or Gleitpartne r in combustion skraftmas machines with incorporated in the sliding surfaces Depressions for receiving lubricants, characterized in that the depressions (5, 12, 13) are capillary-like and extend from the sliding surface (3, 11) extend relatively far into the sliding surface material (4).

2. Machine part according to claim 1, characterized in that the Cross-section-depth ratio of the depressions (5, 12, 13) is at least 1: 5.

3. Machine part according to claims 1 and 2, characterized in that that the number of capillary-like depressions provided per unit area (5) varies depending on the strength of the local sliding stress.

4. Machine part according to claims 1 to 3, characterized in that that the cross-section-depth ratio of the capillary-like depressions (5) as a function the respective sliding stress is chosen locally different.

5. Machine part, in particular according to claims 1 to 4, in particular Piston ring or sealing strip, which at least in the sliding surface area consists of a Metal oxide or sintered ceramic, characterized in that at least in the area of the sliding surface (3/11) depressions in the form of bores (5, 12) and / or Grooves (13) are incorporated by means of an electron or laser beam.

6. Machine part according to claim 5, characterized in that the Bores (5, 12) and / or grooves (13) differ in the sliding surface material extend.

7. Machine part according to claims 5 and 6, characterized in that that the grooves (13) run transversely to the sliding direction.

8. Machine part according to claims 5 to 7, characterized in that that the bores (5, 12) and / or grooves (13) have a clear width of less than 0.5 mm.

9. Machine part according to claims 5 to 8, characterized in that that the bores (5, 12) and / or grooves (13) are filled with a porous material are.