DE2343335C2 - Ölabstreifring für Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen ölabstreifring für Brennkraftmaschinen mit einer zur Bildung einer scharfen Abstreifkante geneigten Gleitfläche, die eine größere Härte aufweist als der Grundwerkstoff, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Bekanntlich sind ölabstreifringe der genannten Art prinzipiell dafür gedacht, übermäßiges Eindringen von Schmieröl in die Brennkammer des Motors zu verhindern. Sie werden im Betrieb an der inneren Wandfläche des zugehörigen Zylinders des hin- und hergehenden Kolbens oder des seitlichen Gehäuses einer Drehkolben-Brennkraftmaschine gleitend entlangbewegt, je nachdem, wo sie eingebaut sind, um jedes überschüssige Schmieröl, das an der Oberfläche anliegt, abzustreifen. Damit ein solcher ölabstreifring seine ölabstreiffähigkeit für eine ausreichende Zeitdauer beibehält, ist es erforderlich, daß die ölabstreifkante des Ölabstreifringes immer scharf genug gehalten wird, um linienförmigen Kontakt mit der zugeordneten Wandfläche des Motors aufrechtzuerhalten, so daß das ölabstreifen zufriedenstellend durchgeführt werden kann. Tatsächlich sind jedoch ölabstreifringe, und insbesondere die in Drehkolbenmotoren verwendeten, komplexen Außenkräften ausgesetzt und werden dazu angetrieben, komplizierte Bewegungen auszuführen. Dies verursacht eine beträchtliche Abnutzung am ölabstreifring durch Reibung. Das hat in der Vergangenheit zu einem wesentlichen Verlust der Schärfe und daher der ölabstreifwirkung der mit der Wandfläthe des Motors in gleitender Berührung gehaltenen öhbstreifkante ergeben und so den Schmierölverbrauch des Motors erhöht. Außerdem wird die mit der Wand des Motors in Berührung stehende Ringfläche größer, w«nn die Abnutzung des ölabstreifringes fortschreitet, und dies hat früher zur Verringerung des Kontaktdruckes zwischen diesen Teilen und einer ungleichen ölabstreifwirkung des ölabstreifringes geführt.
Um den obenerwähnten wesentlichen Verlust der Schärfe oder Scharfkantigkeit zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die scharfe Kante eines Kolbenringes mit einer Hartverchromung zu versehen bzw. mit Chrom zu plattieren, wie es in der US-PS 2 511 874 beschrieben ist, oder eine Einsatzhärtung durchzuführen, wie es in der DT-Gbm 1 953 819 beschrieben ist. Sowohl die eine als auch die andere vorgeschlagene Lösung haben jedoch den gleichen Nachteil, wie er oben beschrieben wurde, wenn die gehärtete Schicht auf Grund langer Laufzeit der Maschine abgenutzt ist

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten Ölabstreifring zu schaffen, der ungeachtet der im Betrieb unvermeidlichen Abnutzung frei von jeder wesentlichen Verringerung der ölabstreifwirkung ist, die durch den Verlust der Schärfe der ölabstreifkante, die Vergrößerung der Berührungsfläche des Ölabstreifringes mit der zugeordneten Wandfläche des Motors und den sich dadurch ergebenden abnehmenden Kontaktdruck zwischen beiden verursacht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Ölabstreifring der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Härte der einsatzgehärteten Gleitfläche an der Abstreifkante maximal ist und stetig mit der Entfernung von derselben abnimmt.

Durch die Erfindung wird auf diese Weise ein ölabstieifring geschaffen, dessen Abstreifkante wesentlich länger scharf bleibt als es bisher der Fall war, weil die Abnutzung der geneigten Gleitfläche, welche eine geringere Härte aufweist, größer als die der Abstreifkante ist. so daß die Schärfe der Abstreifkante über einen langen Zeitraum aufrechterhalten bleibt.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des obengenannten ölabstreifringes zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ringrohling mit einer Außenfläche vorbereitet wird, die unter einem zweckmäßigen Winkel β in einer Richtung entgegen der Richtung geneigt ist, in der die Gleitfläche des fertiggestellten ölabstreifringes um einen Winkel * geneigt ist, daß die Außenfläche einer Einsatzhärtung zum Eindringen bzw. Hineindiffundieren eines Härtemittels, z. B. Stickstoff, Kohlenstoff oder Chrom, in das Rohlingsmaterial zur Bildung einer gehärteten Schicht an der Außenfläche ausgesetzt und anschließend die gehärtete Schicht fertigbearbeitet wird, um zum Schluß die Gleitfläche zu erhalten.

Auf diese Weise wird eine Dicht- oder Gleitfläche am Ringrohling erhalten, die offensichtlich einen bestimmten Härtegradienten aufweist, d. h. die unter der Gleitfläche liegenden Schichten des Materials sind unterschiedlich behandelt, und dadurch ändert sich der Abnutzungswiderstand entlang der Oberfläche von einer Kante zur anderen. Es ist klar, daß sich im Betrieb der weniger harte Oberflächenbereich schneller abnutzt als der Bereich mit größerer Härte, und dadurch kann die ölabstreifkante der Gleitfläche, die am härtesten ist, scharf genug gehalten werden, um ihre Aufgabe während eines langen Zeitraums zu erfüllen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Anwendung auf eine Drehkolbenmaschine darstellt, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt mit am Rotor oder Drehkolben des Motors angebrachten erfindungsgemäßen ölabstreifringen,

F ig.2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines der in F i g. 1 dargestellten ölabstreifringe,

F i g. 3 eine schematische Teilansicht des Öla'bstreifringes, die das Verfahren seiner Herstellung veranschaulicht,

Fig.4 einen Teilquerschnitt, der darstellt, wie sich der Ölabstreifring im Betrieb abnutzt, und

F i g. 5 ein erläuterndes Diagramm, das die Verteilung des Kontaktdruckes an der Gleitfläche des in F i g. 4 gezeigten Ölabstreifringes veranschaulicht. _!0

In F i g. 1 der Zeichnung ist mit der Bezugszahl 1 das seitliche Gehäuse einer Drehkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 2 ein exzentrisch im Gehäuse I drehbar gelagerter Drehkolben und 3 und 3a Nuten in einer Seite des Drehkolbens 2 zur Aufnahme entsprechender Ölabstreifringe 4 und 4a, welche die vorliegende Erfindung verkörpern. Die Ölabstreifringe 4, 4a werden in Verbindung mit entsprechenden elastischen Dichtringen 5 und 5a aus Gummimaterial verwendet. Sie sind jeweils mit einer Abstreifkante 9 versehen, welche unter dem Druck einer rückwärtigen Feder 7 mit der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses 1 in Druckkontakt gehalten wird. Es ist leicht ?u verstehen, daß diese Ölabstreifringe im Betrieb da/u dienen, das dem Raum zwischen dem seitlichen Gehäuse 1 und dem Drehkolben 2 zugeführte Schmieröl daran zu hindern, im Übei maß in die Brennkammer außerhalb der Ölabstreifringe hineinzulecken.

In F i g. 2 ist einer der ölabstreifringe 4 im Querschnitt dargestellt. Die Gleitfläche iO des Abstreifringes 4. d. h. die ringförmige Außenfläche desselben, die mit der inneren Wandfläche des seitlichen Gehäuses in Eingriff gebracht wird, ist unter einem Neigungswinkel λ angeordnet und hat einen Härtegradienten, der eine veränderliche Oberflächenhärte aufweist, welche an 3* der Abstreifkante 9 am höchsten ist und stetig mit der Entfernung von derselben abnimmt. Die hintere oder gegenüberliegende Außenfläche 11 des ölabstreifringes steht unter Druck mit der Feder 7 in Eingriff, wenn der Ölabstreifring in die Nut 3 eingesetzt ist. Außerdem ist der Ölabstreifring 4 entlang seinem Innenumfang mit einer ringförmigen Nut 12 zur Aufnahme des elastischen Dichtringes 5 versehen.

Als nächstes soll das Verfahren beschrieben werden, wie der Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes 4, die der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses zugewandt ist, ein zweckmäßiger Härtegradient gegeben wird.

Zuerst wird ein Ringrohling vorbereitet, der eine angemessene Form und einen Teil zu entfernenden Materials aufweist, mit einer Außenfläche, die entgegengesetzt zur gewünschten Gleitfläche 10 abgeschrägt oder geneigt ist, wie in F 1 g. 3 durch die gestrichelte Linie 10a dargestellt ist. Die Außenfläch«; 10a des Ringrohlings wird zuerst bis zu einer entsprechenden Tiefe 14 durch gewöhnliches Nitrieren einsatzgehärtet und wird anschließend durch entsprechendes Bearbeiten fertigbearbeitet, um die Gleitfläche 10 zu erhalten, die relativ zur ursprünglichen Außenfläche 10a entgegengesetzt abgeschrägt oder geneigt ist. Die an dem Rohling ausgebildete, einsatznitrierte oder -gehärtete Schicht 15 weist offensichtlich eine sich mit der Tiefe ändernde Härte auf und ist an der äußeren Oberfläche am härtesten, so daß verschiedene Abschnitte der Schicht mit abweichender Tiefe außen liegen, um die Gleitfläche 10 zu bilden, wenn der ölabstreifring, wie oben beschrieben, fertiggestellt wurde, so daß er einen bestimmten Härtegradienten aufweist. Auf diese Weise weist die fertigbearbeitete Gleitfläche iO eine sich ändernde Härte auf, die an der radial inneren Kante der Gleitfläche, welche die Abstreifkante 9 bildet, am höchsten ist und stetig mit der Entfernung von der Kante in Aufwärtsrichtung abnimmt, wie in den F i g. 2 und 3 zu sehen ist

Es ist zu bemerken, daß der Härtegradient der Gleitfläche 10 leicht durch Ändern des Neigungswinkels β der Außenfläche 10a des Ringrohlings vor dem Nitrieren gewählt werden kann. Um den Gradienten stärker anwachsend zu gestalten, ist es z. B. nur notwendig, den Winkel β zu steigern.

Bei der Verwendung des nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Ölabstreifringes ist leicht einzusehen, daß die Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes sich nur minimal abnutzt auf Grund der hohen Abriebfestigkeit der gehärteten Schicht 15, welche diesem Ring eine extrem verlängerte Lebensdauer gibt. Zusätzlich hat die Gleitfläche 10 einen bestimmten Härtegradienten, wie oben beschrieben wurde, welche eine Härte aufweist, die an der Abstreifkante 9 maximal ist, wo der Abnutzungswidersiand am meisten erforderlich ist, und stetig in radialer Richtung nach außen mit der Entfernung von derselben abnimmt. Dadurch erhält die Oberfläche offensichtlich die Tendenz, sich in einem Muster entsprechend dem Härtegradienten und mit einem Betrag abzunutzen, der sich mit der Entfernung von der Abstreifkante 9 ändert, so daß die Kante ungeachtet der im Betneb unvermeidlichen Oberflächenabnutzung scharf gehalten wird.

F i g. 4 zeigt, wie die Gleitfläche 10 des Ölabstreifringes 4 durch Reibung abgenutzt wird. Die einsatznitnerte Schicht 15 ist in einem teilweise abgenutzten Stadium dargestellt und steht mit der inneren Wandfläche 8 des seitlichen Gehäuses 1 über einen radialen Bereich 9a-9i> in Berührung. Wie leicht zu erkennen ist. weist auch die abgenutzte Ringoberfläche im Bereich 9a-96 einen bestimmten Härtegradienten und einen entsprechenden Gradienten der Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und des Kontaktdruckes an der Wandfläche 8 auf. Wie in F i g. 5 zu beobachten ist, welche die Verteilung des Kontaktdruckes im Bereich 9£-9b darstellt, ist der Kontaktdruck der nitrierten Schicht an der Wandfläche 8 des Gehäuses an der radial inneren Kante 9a der Oberfläche am höchsten, welche zum Abstreifen des Öls dient, und nimmt mit der Entfernung von derselben ab.

Während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Anwendung auf eine Drehkolbenmaschine gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch mit Erfolg auf Ölabstreifringe für Hubkolben-Brennkraftmaschinen angewendet werden können, die gewöhnlich als abgeschrägte Ringe bezeichnet werden, einschließlich minimal abgeschrägter Ringe, und die bei hin- und hergehenden Kolben verwendet werden, um das Öl abzustreifen und abzudichten. Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich im allgemeinen sowohl auf Ölabstreifringe, wie sie an der Wandfläche 8 des Gehäuses als auch wie sie an der inneren Wandfläche eines der Zylinder einer Hubkolben-Brennkraftmaschine verwendet werden.

Es ist zu bemerken, daß — obwohl das Nitrieren zum Einsatzhärten beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wurde — auch andere Einsatzhärteverfahren einschließlich des Aufkohlens und Chromplattierens an Stelle des erwähnten Verfahrens mit zufriedenstellenden Ergebnissen angewendet werden können.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung ein ölabstreifring geschaffen, der mit einer Gleitfläche mit einem bestimmten Härtegradienten hergestellt ist Dieser Ölabstreifring kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Einsetzen aus einem Ringrohling hergestellt werden, der mit einem angemessenen Betrag durch eine Maschine abzuarbeitenden oder abzuschleifenden Materials vorbereitet ist und eine Außenfläche aufweist, die, wie in F i g. 3 mit 10a bezeichnet ist, in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung geneigt ist, in welcher die am Ende erhaltene Gleitfläche 10 geneigt ist, indem die Oberfläche des Rohlings einfach einem Einsatzhärten ausgesetzt wurde, um ein Härtemittel, wie Stickstoff, Kohlenstoff oder Chrom, in denselben eindringen zu lassen oder zu diffundieren und anschließend die einsatzgehärtete Oberfläche des

Rohlings durch Fräsen und Schleifen auf die Auslegungsneigung zu bringen. Der auf diese Weise hergestellte Ölabstreifring weist eine sich radial entlang der fertigen Gleitfläche ändernde Härte auf und kann im Betrieb mit der zugehörigen Wandfläche des Motors mit seiner Abstreifkante in Berührung gebracht werden, wo die Härte und daher der Abnutzungswiderstand am höchsten sind. So kann die als Ölabstreifkante dienende Abstreifkante 9 oder 9a immer mit dem höchsten Druck mit der Wandfläche des Motors in Berührung gehalten werden und unter einem spitzen Winkel zu derselben. Dies bedeutet offensichtlich, daß der erfindungsgemäße Ölabstreifring während seiner gesamten Verwendung eine gute Ölabstreiffähigkeit aufrechterhalten kann und eine extrem erhöhte Lebensdauer aufweist-

Hjerzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ölabstreifring für Brennkraftmaschinen mit einer zur Bildung einer scharfen Abstreifkante geneigten Gleitfläche, die eine größere Härte aufweist als der Grundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der einsatzgehärteten Gleitfläche (10) an der Abstreifkante (9) maximal ist und stetig mit der Entfernung von derselben abnimmt.

2. Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifringes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringrohling mit einer Außenfläche (10a) vorbereitet wird, die unter einem zweckmäßigen Winkel β in einer Richtung entgegen der Richtung geneigt ist, in der die Gleitfläche (10) des fertiggestellten Ölabstreifringes (4) um einen Winkel α geneigt ist, daß die Außenfläche (10a) einer Einsatzhärtung zum Eindringen bzw. Hineindiffundieren eines Härtemittels, z. B. Stickstoff, Kohlenstoff oder Chrom.

in das Rohlingsmaterial zur Bildung einer gehärteten Schicht (15) an der Außenfläche ausgesetzt und anschließend die gehärtete Schicht (15) fertigbearbeitet wird, um zum Schluß die Gleitfläche (10) zu erhalten.