DE2439854A1

DE2439854A1 - Zusammengesetzte scheiteldichtung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2439854A1
Application number: DE2439854A
Authority: DE
Inventors: Yeshwant P Telang
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1975-03-06
Also published as: JPS5063310A; BR7406758D0; US3910734A

Description

DR. A. KÖHLER M. SCHROEDER

TELEFON: 374742 θ MÜNCHEN 13

TELEORAMME: CARBOPAT FHANZ-JOSEPH-STWASSE

US-557

Ford-Werke AG., Köln

Zusammengesetzte Scheiteldichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Scheiteldichturigskonstruktion in einer Umlaufbrennkraftmaschine sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Gemäss der Erfindung wird die Scheiteldichtung innerhalb eines Spalts des Rotors geführt und wird durch Gasdruck zur Beibehaltung von Dichtungskontakt zwischen einer Seite des Spalts und dem Rotorgehäuse gepresst. Die Scheiteldichtung besitzt einen aus metallischem Material von leichtem Gewicht, wie beispielsweise Aluminium, gefertigten Trägerteil und einen durch Plasmastrahl praktisch als eine Hülle darum aufgebrachten abnützungsbeständigen Überzug, wobei sich die kombinierte Wärme des Plasmas sowie die Schlagkraft des Strahls vereinigen und eine verbesserte Haftung zwischen dem Überzug und dem Körper von geringem Gewicht

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ergeben» Unmittelbar nach der Plasmastrahlabscheidung wird die überzogene Scheiteldichtung einem Abschreckmedium unter Entwicklung einer Härte von wenigstens 40 R_n gleichmässig durch die. Masse des Materials ausgesetzt, wobei der.Überzug eine geregelte Porosität von 2 bis 5 % und eine Stärke im Bereich von 380 bis'685 um 05 bis 25 mils) aufweist.

Ratter-Marken werden beständig auf der. Innenwand des Rotorgehäuses für einen nach dem. Stand der Technik konstruierten Umlaufmotor angetroffen. Bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten des Kolbens ist dies besonders deutlich und führt gegebenenfalls zu einer unwirksamen Dichtung zwischen dem Rotor und dem Rotorgehäuse, weil die Dichtungsstreifen nicht in der Lage sind, sich den Windungen dieser Ratter-Marken anzupassen. Die Ratter-Marken ergeben sich teilweise aus ungewöhnlich hoher dynamischer Belastung an bestimmten Zonen der Epitrochoidbahn. Der exzentrisch angeordnete Rotor erteilt dem Dichtungselement Trägheitsenergie, um sich nicht nur radial nach aussen zu bewegen, sondern auch höher in einem Spalt'des Rotorgehäuses. Gasdruck unterstützt eine Kraft, die bewirkt, dass der Dichtungsstreifen mit einer Seite des Spalts oder Schlitzes sowie mit der Rotorgehäuseoberfläche in Eingriff kommt. Wenn die dynamische Belastung in bestimmten Zonen erhöht ist,, treten Ratter-Marken als Ergebnis von Aushöhlungen der Oberfläche des Rotorgehäuses auf.

Es besteht ein hohes Ausmass an Abrieb zwischen der inneren Epitrochoidfläche des Rotorgehäuses und Scheiteldichtungen auf dem Rotor. Um dies zu beseitigen, wurden abriebsbeständige Überzüge oder Schichten auch die Scheiteldichtungen aufgebracht. Schwierigkeiten werden hinsichtlich der Zusammensetzung des abriebbeständigen Materials angetroffen, da es die hohen Betriebstemperaturbedingungen im Motor .aushalten muss und ein wirtschaftliches wirksames Verfahren zur Aufbringung des 'Überzugs zur Verfügung stehen muss.'Besonders wichtig ist, dass, wenn der Motor in Betrieb ist, die abnützungsbeständige Söhicht sich leicht von ihrem Substrat abtrennen kann und

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auf Grund unzureichender Bindung wegbricht.

Ein bisher bekannter möglicher Weg zur Erhöhung der Abriebsbeständigkeit der Dichtung besteht darin, eine Schicht aus Mittel mit eingebetteten Teilchen aus Siliciumcarbid elektrolytisch aufzubringen. Jedoch führt die elektrolytische Abscheidung zu ungleichmässiger Überzugsdicke auf Grund der scharf gedrehten Konfiguration der Krone bzw..des Scheitels mit einer Scheiteldichtung. Nach der Stand der Technik wurden auch keramische Materialien verwendet, die insbesondere durch eine Flammsprühtechnik aufgebracht wurden. Eine durch Flammsprühen aufgebrachte keramische Schicht ist jedoch spröde und besitzt einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was zu Wärmedeformationen während des Betriebs des Motors führt. Versuche zur Verbesserung der Haftung zwischen flammgesprühten Materialien bestanden darin, dass (a) Schlitze unterschnitten wurden, (b) Zwischenschichten zur Begünstigung einer metallurgischen Bindung dazwischen verwendet wurden, wobei beides aufwendig'und zeitraubend ist und nicht zu optimaler Haftung führte.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in einer verbesserten Scheiteldichtungskonstruktion zur Verwendung auf dem Rotor einer Umlaufbrennkraftmaschine.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in einer zusammengesetzten Scheiteldichtungskonstruktion, die einmalige Haftung zwischen einem·abriebsbeständigen Überzug und dem Trägersubstrat aufweist. . ■

Andere Aufgaben der Erfindung umfassen die Herstellung eines abnützungsbeständigen Überzugs als Teil der zusammengesetzten Scheiteldichtungskonstruktion, wie in den vorstehendenAufgaben angegeben, wobei der abnutzungsbeständige Überzug begrenzte Porosität besitzt, die sich aus der Besonderheit der Abscheidung ergibt und der abnutzungsbeständige Teil ein höheres Ausmass an Härte bei erhöhten Temperaturen als verwandte Überzüge nach dem Stand der Technik aufweisen. Die

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zusammengesetzte Scheiteldichtungskonstruktion ist durch einen sehr geringen Elastizitätsmodul gekennzeichnet, wodurch ein Zusammenwirken erfolgt, bei dem der abnutzungsbeständige überzug während des Betriebs des Motors geringerer Beanspruchung unterworfen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in einem speziellen Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Dichtungskonstruktion, bei dem (a) ein metallischer Trägerteil für eine Scheitel dichtung,' die insbesondere eine Legierung aus Aluminium oder einem zur Gewichtsherabsetzung ausgehöhltes dichteres Material enthält, begrenzt wird; (b) der Trägerteil einem Plasmastrahl aus gemischten Pulvern ausgesetzt wird, die vorzugsweise aus martensitischem rostfreiem Stahl und Pulvern aus Legierung auf Nickelbasis, die Jeweils im allgemeinen die gleiche Härte aufweisen, bestehen; (die Pulver werden in eine Plasmaspistole mit einer divergierenden Ultraschalldüse ©ingeführt, die Pulver werden einer Temperatur von wenigstens 1538° C unterworfen und durch die Kraft des Plasmastrahls unter Deformierung in den unregelmässigerweise mit geringerer Porosität als nach dem Stand der Technik auftritt«, vorwärtsgetrieben) 5 (c) unmittelbar nach der Abscheidung des plasmagetriebenen Pulvers werden der Körper und der Überzug einem Abschreckmedium ausgesetzt, das zur Entwicklungs eines Härtewertes von wenigstens R_ 80 wirksam ist. Die Kraft des Plasmastrahls ergibt eine mechanische Bindung zwischen dem Überzug und dem Trägerteil, die wenigstens

ρ
600 kg/cm (8500 p.s.i.), bestimmt durch einen Epoxyhaftungs-'tests, beträgt.

Die erfindungsgemässe Scheiteldichtungskonstruktion zeichnet sich insbesondere durch eine Umhüllung bzw. einen Überzug aus Pulvern aus martensitischem rostfreiem Stahl und Legierung auf Hickelbasis auf einem leichten festen Träger von geringem Modul , insbesondere Aluminium, aus» Der Überzug weist eine geregelte Porosität von 2 bis 5 % auf. Das Pulver wird durch

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Plasmastrahl aufgebracht und liefert die oben angegebene hervorragende Haftung von wenigstens 600 kg/cm . Dadurch ergeben sich die Vorteile der besseren Haftung einer überzogenen Scheiteldichtung sowie der Kombination sehr "hoher Abnutzungsbeständigkeit mit geregelter Porosität -für die Schmierwirkung.

Von den Zeichnungen geben

Fig. 1 eine Ansicht einer UmIaufbrennkraftmaschine mit einem weggebrochenen Teil zur Erläuterung der Orientierung der Gehäuseseiten in Bezug auf die Rotorgehäuse und gegen die die Scheiteldichtungskonstruktion arbeiten muss,

Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Fig. 1, . - .

Fig. 3 einen vergrösserten zentralen Querschnitt einer das Prinzip der Erfindung wiedergebenden Scheiteldichtungskonstruktion,

Fig. 4 eine gebrochene Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion, · . ·

Fig. 5 eine schematische Erläuterung der Mikrostruktur des Überzugssystems der Scheiteldichtungskonstruktion, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung elper Plasmasprühvorrichtung, welches das Verfahren zur Abscheidung des Überzugssystems gemäss der Erfindung erläutert,

wieder,,

Die Fig. 1 und 2 geben eine erfindungsgemässe Scheiteldichtungskonstruktion 10 wieder, die so ausgebildet ist, dass sie in Schlitze 11 passt,* die innerhalb der Scheitel eines zur planetarischen Bewegung innerhalb einer epitrochoidal geformten Gehäusekammer 12 angeordneten' Rotors begrenzt sind. Die Scheiteldichtungskonstruktion dient zur Trennung des Haums zwischen dem dreieckigen Rotor 12 und den umgebenden Gehäusewänden in drei Kammern a,.b und c vom variablen Volumen. Bei der Durchführung eines Viertakt^_-1 jnotorbetriebs in jeder

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der Kammern mit variablem Volumen wird die Wirksamkeit während einer einzelnen Umdrehung des Rotors kritisch.

Die die epitrochoidal geformte Kammer 13 begrenzende Struktur weist Sßitgehäuse .14 und 15 auf, die in einem etwas grösseren Abstand voneinander angeordnet sind als der Breite des engen Rotors entspricht. Die Seitenwände sind durch ein Rotorgehäuse 16 an dem äussersten Bereich verbunden, das eine nach innen gerichtete epitrochoidal-geförmte Wand 16a aufweist. Die jeweiligen Seitengehäuse sind mit einem abnützungsbeständigen Überzugssystem 1? versehen, wobei sich der Überzug durch den gesamten Bereich der Seitenwände erstreckt, die in Kontakt mit den Enden der Scheiteldichtungskonstruktion während des Betriebs kommen. Das .Rotorgehäuse besitzt ein wirksames Überzugssystem, um gegen Abnutzung auf Grund des Eingriffs mit der Scheiteldichtungskonstruktion beständig zu sein. Jeder diesejr überzüge auf den Gehäuseteilen kann aus Materialien, wie beispielsweise elektrolytisch abgeschiedenen Mittel mit eingebetteten Siliciumcarbidteilchen bestehen. Das Überzugssystem sollte ein Mindesthärteausmass von wenigstens 30 R_ aufweisen, um in verträglicher Weise mit den metallurgischen Eigenschaften der hier beschriebenen Scheiteldichtungskonstruktion zu arbeiten.

Die Scheiteldichtung der Erfindung umfasst insbesondere einen Trägerteil, der als ein langgestreckter Streifen begrenzt ist, der so ausgebildet ist, dass er die Breite der Verbrennungskammer überspannt, um einen kontinuierlichen gleitenden Dichtungseingriff zwischen der Epitrochoidwand des Rotorgehäuses und einer Seite eines sich über einen Scheitel des Rotors erstreckenden Schlitzes herbeizuführen. Wie in Fig. gezeigt, kann der langgestreckte Trägerteil 20 einen unterschnittenen Teil 21, der Füsse 22 und 2.3 an den gegenüberliegenden Enden der langgestreckten Teile der Füsse begrenzt, die in Eckdichtungen 24 passen, welche wirksam hinsichtlich der Unterstützung einer echten Dichtung am Stoss zwischen den Se,itdichtungen 25 und den Scheiteldichtungen sind.

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Die unterschnittenen Teile erleichtem di© Verschiebung von Gasdruckkräften, die auf die Unterseite der Scheiteldichtung wirken, um die Dichtung zu einer oder der anderen Seite des Schlitzes zu bewegen, um di© entsprechende Dichtung an verschiedenen Zonen der Epitrochoidbahn herbeizuführen. ·

Der Träger 20 ist vorzugsweise aus einem gegossenen Material, wie beispielsweise Aluminium, mit einem spezifischen Gewicht von etwa 2₉8 und einem Elastizitätsmodul von etwa 0,77 bis 0,84 Millionen kg/cm '{11-12 million p.s.i«) aufgebaut. Es ist wichtig, dass das zur Begrenzung des Trägerteils gewählte Material geringes Gewicht aufweist, gegenüber den Umgebüngsbedingungen von Temperatur und Korrosion, die in einem Rotationsmotor angetroffen werden, beständig ist und einen geringen Elastizitätsmodul aufweist, so dass stärkere Biegung des auf diesem Trägerteil gelagerten Überzug stattfindet (der festere Trägerteil führt zu höherer Deformationsbelastung auf den Überzug und ergibt einen Oberflächenkontakt im Gegensatz zu einem Linienkontakt).'Ein besonders günstiges. Aluminium für diesen Zweck ist Typ 2618 oder K01, das hohe Festigkeit seigenschaf ten bei erhöhter Temperatur hat. Es weist eine Analyse von 5 % Kupfer, 0,62 % Silber, 0,29 % Titan und als Rest Aluminium auf. Die Aluminiumlegierung wird während 16 Stunden bei 535° C (995° F) Lösungswärmebehand- / lungsbedingungen unterworfen und dann in kaltem Wasser auf etwa 16° C (60° E) abgeschreckt und dannWährend 5 "bis 20 Stunden auf 154 bis 188° C (310 bis 370° F) erhitzt.

Die Oberfläche des Trägerteils ist direkt nach dem Giessen relativ rauh₉ isas die Bindung zu dem darüber aufgebrachten Überzug erleichtert. Andere Materialien können für den Trägerteil ausgewählt werden, wie beispielsweise Stahl, der zur Verringerung des mittleren Gewichts durch das gesamte normalerweise von dem Trägerteil umschlossene Volumen ausgehöhlt ist» In jedem Fall sollten die Materialien ein spezifisches Gewicht für Zwecke des vollständigen Volumens ihrer Konfiguration von nicht mehr als 3?0 und einen Elasti-

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zitätsmodul von nicht weniger als 0,84 Millionen kg/cm (12 million p-rs.i.) aufweisen.

Ein abnutzungsbeständiger Überzug wird auf dem Trägarteil aufgebracht und ist so ausgebildet _? dass er den Trägerteil im wesentlichen umhüllt, wobei lediglich die Bodenfläche 28 freibleibt» Der überzug besteht aus einem plasmagesprühten Gemisch von metallgebundenen feuerfesten Pulvern und sollte einen geri ngen Gehalt an trockenen Schmiermitteln enthalten. Vorzugsweise kann ein Gemisch von Pulvern aus martensitischem rostfreiem Stahl und Legierung auf Nickelbasis verwendet werden, wobei beide im allgemeinen gleiche Härte aufweisen. Ein anderes ist Eisen und Titancarbid. Die kritische Bedeutung besteht in der Anwendung der Plasmasprühtechnik gemäss den hier angegebenen Parametern. Die gemischten Pulver, welche die chemische Anlayse des Überzug bilden, sollten einer Temperatur von wenigstens 15*^0° C (2800° F) unterworfen werden und einer Strahlgeschwindigkeit ausgesetzt werden, die Schallgeschwindigkeit erreicht und in einigen Ausführungsformen bei Überschallgeschwindigkeit liegt, wie beispielsweise Mach Die sich aus der Kombination von Temperatur und Strahlgeschwindigkeit ergebende Haftungsbindung begünstigt eine Haftung für metallgebundene feuerfeste Materialien, die wenigstens 600 kg/cm ( 8500 p.s.i.) beträgt, bestimmt durch einen Epoxy-Haftungstest. Dieser Test fordert, dass ein vorbestimmter Bereich des Überzugs mit einem EpoxyabSchluss überzogen wird, wobei der Abschluss bzw. die Verbindung mit einer mechanischen Vorrichtung zur Aufgabe von Belastung verbunden wird. Die -Epoxybindung selbst besitzt eine grössere Haftung als die erwartete Bindung zwischen dem Überzug und Substrat. Bisher bekannte überzüge, die nach anderen Sprühtechniken aufgebracht wurden, besitzen eine typische maximale Haftungsqualität avon etwa 280 bis 38? kg/cm (4000 bis 5500 o.s.i.), wiederum bestimmt durch den Epoxy-Haftungstest.

Gleich wichtig ist der dichtere überzug, der sich aus der Anwendung der hier beschriebenen Technik ergibt. Auf Grund

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der erhöhten Geschwindigkeit des Düsenstrahls» der die erhitzten Teilchen führt, schlagen die. Teilchen mit beträchtlich grösserer Kraft auf, was zur Deformation der Teilchen und grösserer Beseitigung von Lücken, die in normalerweise gesprühten Überzügen auftreten können, führt. Anstalt der typischen Porosität von 6 bis 15 %» die in normalgesprühten ■ Überzügen auftreten kann, liegt hier die Dichte gleichmässig im Bereich von 2 bis 5 %% was in kritischem Masse wichtig ist, um die öleindringung in den Überzug zu regeln· Mehr als 5 % Porosität führt zu'übermässiger Flutung und Störung der Dichtungswirksamkeit der Scheiteldichtung.

Um die kombinierten Vorteile höhere Abnutzungsbeständigkeit, starker Haftung und eines dichteren Überzugs zu erhalten, müssen bestimmte Parameter eingehalten werden. Beispielsweise sollte die Teilchengrösse der gemischten Pulver aus Metall und feuerfesten Materialien im Bereich von 44 bis 74· Mikron liegen, was einem relativ feinen Pulver entspricht. Eine verbesserte Oberflächengüte wird erzeugt und es ergibt sich ein Oberflächenfinish im Bereich von 400 r.m.s. (quadratischer Mit.tel-Rauhwert). Anschliessendes Polieren unter Erhalt einer polierten Oberfläche von 4 bis 8 r.m.s. wird erleichtert. Zusätzlich wird die Dichte als Ergebnis der geregelten Teilchengrösse verbessert und kann 95 his 98 % theoretische Dichte erreichen. Das Abscheidungsausmass der Pulver sollte wenigstens 4,5 kg/h (10 lbs. per hour) sein, um dadurch die Wirksamkeit der Abscheidungstechnik zu erhöhen; das gesteigerte Abscheidungsausmass ergibt sich aus der höheren Strahlgeschwindigkeit und der erhöhten Temperatur. Die gewählte Temperatur des Plasmastrahls sollte so abgestimmt sein, dass die Teilchen praktisch auf Lösungsbedingungen erhitzt werden, um dadurch eine Phasenumwandlung beim Durchgang durch die Plasmapistole zu ermöglichen. Dies ermöglicht erhöhte Härte, ·. wenn der Überzug unmittelbar nach der Abscheidung abgeschreckt wird. Eine metallgebundene feuerfeste bzw. hitzebeständige Masse., die gemäss der Erfindung sprühaufgezogen ist, ist in Fig. 5 wiedergegeben; martensitischer rostfreier Stahl und Le-

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gierung auf Nickelbasis wurden als die gemischten Pulver ausgewählt. Einige Teilchen aus martensitischem rostfreien Stahl nehmen ©in@ gestreifte Konfiguration an,anstelle eine vollkommen kugelförmige Gestalt aufzuweisen; die Legierung auf Nickelbasis, die eine etwas grössere Teilchengestalt aufweist, nimmt ©ine äusserst irreguläre Konfiguration an. Beide Konfigurationen vereinigen sich unter Erzielung einer guten Bindung und von gutem Ineinandergreifen zwischen den Teilchen des Überzugs. Die Hohlräume (welche die Porosität bilden) in dem Überzug¹ sind wesentlich geringer. Das rauhe Aluminiumsubstrat direkt nach dem Giessen wird durch die aufschlagenden Teilchen etwas erhitzt und liefert ein begrenztes Ausmass an Legierung zwischen gewissen angrenzenden Teilchen. Dies ist eine in sich abgeschlossene Wärmebehandlung als Ergebnis der Erfindung, wodurch sich ein geringerer Sauerstoffgehalt im Überzug ergibt.

Verfahren

Ein besonders geeignetes Verfahren zur Aufbringung des Überzugs gemäss der Erfindung besteht in der Herstellung eines Plasmastrahls von wenigstens Schallgeschwindigkeit, bevorzugt Ultraschallgeschwindigkeit. Ein Mach II-Strom kann zum Erhalt von Teilchengeschwindigkeiten verwendet werden, die beträchtlich höher sind, was zu erhöhter Uberzugsdichte und Bindungsfestigkeit führt. Die höhere Dichte ergibt sich auf Grund der. verbundenen höheren kinetischen Energie der Teilchen. Die Bindungsfestigkeit des Überzugs wird gleichfalls auf Grund des erhöhten mechanischen Energieaufwands am Aufschlag gesteigert, was zur Deformation und Ineinandergreifen der Teilchen führt. Die Plasmastuahlgeschwindigkeit wird durch Verwendung eines Auslassverengungseinsatzes mit einer geraden Bohrung und einem divergierenden Abschnitt erhöht. Wie bei üblichen chemischen Sprühmethoden besteht das Prinzip des Plasmasverfahrens darin, dass Energie, sowohl thermische als kinetische, den injizierten Teilchen durch den Plasmastrom erteilt wird. Da diese Energieübertragung grundsätzlich mit

Kollision verbunden ist, sind sowohl die Temperatur als auch

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Geschwindigkeit irgendeines mitgerissenen Teilchens davon abhängig, jedoch weniger als die Eigenschaften des Plasmar stroms. Um einennahezu geschmolzenen'Zustand und eine optimale Auslassgeschwindigkeit der injizierten Teilchen zu erhalten, müssen nicht nur die physikalischen Eigenschaften und Parameter des Plasmastroms, sondern auch solche der injizierten teilchen-' förmigen Materialien berücksichtigt werden.

In Plasmasprühsystemen mit Unterschallgeschwindigkeit werden die Temperatur und Dichte des Plasmastroms im allgemeinen variiert, um den gewünschten Temperaturwert eines injizierten Sprühpulvers beizubehalten. Dies wird entweder durch unabhängige oder gleichzeitige Einstellung von Bogenenergie und Bogengasfluss erreicht. Da der Umgebungsdruck bei 1 Atmosphäre festgesetzt ist, führt diese Einstellung entweder zur Erhöhung oder Herabsetzung der Plasmastromauslassgeschwindigkeit auf Grund der Druckvariationen stromaufwärts der Auslassmündung. Wenn jedoch der maximale Bogenkammerdruck umgestellt wird, so dass bei erheblich über 5 atm (29 »4 p.s.i.) gearbeitet wird und wenn das Bogengas oder Gasgemisch so eingestellt wird, dass es eine erhöhte Enthalpie über 1000 b.t.Ü./0,45 kg (1000 b.toU./lb.) aufweist und wenn die Auslassmündung nicht nur einen geraden Abschnitt, sondern auch einen divergierenden Abschnitt besitzt, kann die Auslassgeschwindigkeit des Plasmastroms auf Überschallbedingungen erhöht werden. Beispielsweise sind zur Erzielung von Überschall Mach II-Auslassbedingungen bei 1 Atmosphäre Umgebungsdruck ein Bogenkammerdruck von 6,5 bis 8 Atmosphären (81 bis 103 p.s.g.) und ein Argonplasmastrom mit einer Enthalpie -im Bereich von 1500 bis 4000 b.t.u./0,4-5 kg (1500 bis 4000 b.t.u./lb.) erforderlich. Das Verhältnis von Düsenverengung zu Auslassbereich wird dem erforderlichen Druckverhältnis für diese Bedingungen angepasst. Dies verhindert die Ausbildung von Strömungsschock und ergibt einen vollständig expandierten Plasmastrom, der eng auf eden Auslassdurchmesser der Düse zugeschnitten ist. Daher bleiben die erhitzten und beschleunigten Teilchen innerhalb des Stroms von dem Düsenauslass zum Werkstück eingeengt. Die Bogenenergiewerte von wenigstens 80 kw müssen angewendet werden,

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- 12 um die erforderlichen Bogengasdruckbedingungen zu erhalten.

In Fig. 6 ist eine typische schematische Anordnung einer Vorrichtung für das beschriebene Verfahren wiedergegeben. Die Plasmapistole enthält eine Gasbogenkammer 31.mit einer Auslassmündung, die teilweise einen Abschnitt 33 ndt gerader Bohrung und einen divergierenden Abschnitt 34- aufweist. Die Gaszufuhr erfolgt am linken Teil der Gaskammer 31> und ein Bogen wird über die Kammer durch eine Bogenenergiezufuhr 56 erzeugt. Die metallischen und feuerfesten bzw. hitzebeständigen Pulver werden in die Pistole aus einer Pulverzuführvorrichtung 37 eingeführt und zu ei nem Vorerhitzungsrohr 38 gebracht, das durch eine Pulvervorerhitzungszufuhr

39 mit Energie versorgt wird; das Pulver wird dann zu einem bestimmten Ort in der Auslassmündung über einen Durchgang

40 gebracht, der leicht gewinkelt ist (bei 41 mit Bezug auf eine Hittelinie 42 des Durchgangs) und tritt in die Auslassmündung genau an dem Verbindungspunkt des Abschnitts mit gerader Bohrung und der divergierenden Abschnitts ein. Der Strom aus der Plasmapistole wird von einem Scheiteldichtungsträgerteil 45 gerichtet, der auf einen beweglichen Träger geführt wird. Das gesamte Werkstück sowie *r Plasmastrom ist innerhalb einer Kammer 44 eingeschlossen, die durch geeignete mechanische Einrichtungen 47 evakuiert ist.Das Werkstück wird bei einem spezifischen elektrischen Potential durch eine übertragene Bogenenergiezufuhr 48 gehalten, so dass PlasmasprühteiIchen aufgenommen werden.

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Claims

- 13 Patentansprüche

1. Scheiteldichtung für eine UmIaufbrennkraftmaschine mit abzudichtenden Oberflächen, gekennzeichnet durch

(a) einen Trägerteil (20), der so begrenzt ist, dass er sich zwischen den Oberflächen erstreckt und der aus einem Metall aufgebaut ist, das ein spezifisches Gewicht von nicht mehr als 3jO und einen Elastizitätsmodul von nich^; weniger als 0,84 Millionen kg/cm (12 million p.s.i.) und

(b) einen abnutzungsbeständigen Überzug (27)ι der den Trägerteil im wesentlichen einhüllt und aus einem Gemisch von selbst/'geschmolzenen abriebsbeständigen Teilchen aufgebaut ist, wobei der Überzug mit dem Trägerteil mit einer gleichmässigen Haftungskraft

von nicht weniger als 600 kg/cm (8500 p;s.i.), bestimmt nach einem Epoxy-Testverfahren, mechanisch verbunden ist.

2. Scheiteldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Überzug gegen den Trägerteil durch einen Plasmastrom unter Herbeiführung gleichmässiger Haftung aufgeschlagen wurden.

3. Scheiteldichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des zum Aufschlagen der Teilchen verwendeten Plasmastroms über Mach I beträgt.

4. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des abgeschiedenen Überzugs im Bereich von 380 bis 635 Mm 05 his 25 mils) liegt.

5· Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug nach .der Abscheidung eine Härte von wenigstens 40 R_c aufweist und bei einer Betriebstemperatur von etwa 177° C (350° F) eine Härte von wenigstens B 40 aufweist.

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6. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerteil (20) einen Scheitel zur Darbietung einer gekrümmten Oberfläche zum gleitenden Eingriff mit einem Teil des Motors aufweist, wobei der abnutzungsbeständige Überzug (27) der Krümmung des Scheitels entspricht und einen Linienkontakt an dessen äusserster Krümmung ergibt, wobei der geringe Elastizitätsmodul des Trägerteils niedrigere Einheitsbelastung des Überzugs auf Grund einer Veränderung des Linienkontaktes begünstigt.

7· Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des abnutzungsbeständigen Überzugs (27) in Grenzen von 2 bis 5 % geregelt ist.

8. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Trägerteils (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

9. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der abnutzungsbeständige Überzug (27) aus einem Gemisch aus martensitischem rostfreiem Stahlpulver und einem Pulver aus Legierung auf Nickelbasis besteht, wobei beide im allgemeinen gleiche Härte aufweisen.

10. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse jedes der gemischten Pulver in Grenzen von 44 bis 74 Mikron geregelt sind.

11. Scheiteldichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Obefflächenrauheit des Überzugs direkt nach der Abscheidung nicht über. 300 r.m.s.

\ (quadratischer Mittel-Rauhwert) liegt.

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12. Drehkolbenmotor, in dem ein Rotor zur planetarischen Bewegung innerhalb eines Gehäusebestandteils des I'lotors angeordnet ist und der Rotor wenigstens ein Dichtungselement innerhalb eines Schlitzes an dessen Scheitel trägt, wobei die Dichtung so ausgebildet ist, dass sie durch Gasdruck in dem Gehäusebestandteil unter Dichtung gegen die Seite des Schlitzes und auch gegen das Gehäuse gepresst wird, gekennzeichnet durch die Kombination von

(a) einem Überzugseystem für das Gehäuse, bestehend aus einem metallgebundenen feuerfesten bzw. hitzebeständigen Material mit einer Härte von wenigstens 40 E_n und

(b) einer Scheiteldichtungskonstruktion mit einem Trägerteil (20),das so ausgebildet ist, dass es sich zwischen dem Schlitz und dem Überzugssystem des Gehäuses erstreckt, wobei der Trägerteil einen gekrümmten Scheitel aufweist, der geeignet ist, den gleitenden Eingriff mit dem Gehäuseüberzugssystem zu erleichtern, und einem abnutzungsbeständigen Überzug (27)_t der wenigstens mit dem Scheitel des Trägerteils mit

einer Haftungskraft von wenigstens 600 kg/cm (8500 p.s.i.g.), bestimmt nach· einem Epoxy-Testverfahren, mechanisch verbunden ist, wobei der abnutzungsbeständige Überzug aus einem metallgebundenen feuerfesten bzw. hitzebeständigen Gemisch besteht.

13· Kombination nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der abnutzungsbeständige Überzug eine Stärke im Bereich von 380 bis 635 pm (15 bis 25 mils) aufweist.

14. Kombination nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der abnutzungsbeständige Überzug aus einem metallgebundenen feuerfesten Pulvergemisch aufgebaut ist, wobei das Gemisch selbstgeschmolzen ist, indem es einer Temperatur im Bereich von wenigstens 1538° C (2800° F) unterworfen wird und durch einen Düsenstrom

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mit einer Geschwindigkeit von wenigstens Mach I vorwärtsgetrieben wird.

15· Verfahren zur Herstellung einer Scheiteldichtung, die zur Dichtung zwischen einem Rotor und sowohl den Stirnais den Seitenwänden eines Rotorgehäuses einer Umlaufbrennkraftmaschine geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) ein metallischer Trägerteil mit einer wirksamen Konfiguration zur Dichtung zwischen dem Rotor und den Gehäusewänden begrenzt wird, wobei der Trägerteil aus einem festen oder ausgehöhltem Metall mit einem niedrigen spezifischen Gewicht aufgebaut ist,

(b) eine Zufuhr aus gemischten feuerfesten und Metallpulvern einem Plasmastrahl unterworfen wird, wobei die Pulver durch den Strahl so ausgerichtet werden, dass eine Hülle im wesentlichen um den Trägerteil als Überzug auf getragen wird, wobei der Plasmastrahl die Temperatur der Pulver auf wenigstens 1538° G (2800° F) erhöht und die Pulver gegen den Trägerteil mit einer Geschwindigkeit von wenigstens Mach. Ivorwärtstreibt, wodurch die Pulverteilchen auf eine Temperatur über die Phasenumwandlung erhitzt werden und

(c) unmittelbar nach Abscheidung des plasmaaufgezogenen Pulvers Trägerteil und Überzug einem Abscheckmedium unterworfen werden, das wirksam ist, einen Härtewert von wenigstens R. 40 zu entwickeln.

16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die das Gemisch für den Überzug ausmachenden Pulver insbesondere aus Eisen und Titancarbid bestehen.

17. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die das Gemisch ausmachenden Pulver insbesondere aus martensitischem rostfreiem Stahl und Legierung auf Nickelbasis bestehen.

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18. Verfahren nach Anspruch 15 "bis 17» dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Plasmastrahl _t entwickelte Geschwindigkeit wenigstens Mach II beträgt.

19· Verfahren nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Pulverteilchen als Ergebnis der während der Plasmastrahlanwendung auftretenden Wärmebehandlung herabgesetzt wird.

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