DE2713096C3

DE2713096C3 - Verfahren zur Herstellung von öldichtringen für Rotationskolbenmotoren

Info

Publication number: DE2713096C3
Application number: DE19772713096
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Morishita; Teruo Sunami
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1979-03-01
Also published as: DE2713096A1; JPS5629081B2; DE2713096B2; JPS52115906A

Description

Die Erfindung betrifft Rotationskolbenmotoren, insbesondere öldichtringe für Rotationskolbenmotoren.

Übliche Rotationskolbenmotoren besitzen ein Gehäuse mit einem mittleren Gehäuseteil und zwei Gehäuseseitenteilen, die an entgegengesetzten Seiten des mittleren Gehäuseteils befestigt sind und mit diesem einen Hohlraum begrenzen, in dem ein Rotationskolben angeordnet ist, der um seine eigene Achse rotieren und um die Achse einer Abtriebswelle umlaufen kann und

dessen Umfangsfläche mit dem Gehäuse Arbeitsräume begrenzt. Damit in diese Arbeitsräume kein Schmieröl eintreten kann, sind auf beiden Seitenflächen des Rotationskolbens Öldichtanordnungen vorgesehen.

Zu diesem Zweck ist der Rotationskolben derartiger Rotationskolbenmotoren auf beiden Seitenflächen mit je einer kreisförmigen Dichtnut versehen, die einen öldichtring aufnimmt. Dieser hat üblicherweise eine Lippe, die mit der benachbarten Innenfläche des Gehäuses in Gleitberührung steht. Hinter dem in die Dichtnut eingesetzten öldichtring, befindet sich in dieser Nut gewöhnlich eine Wellenfeder, welche die Lippe des öldichtringes so gegen die Innenfläche des Gehäuseseitenteils drückt, daß zwischen diesen beiden Teilen eine Gleitberührung vorhanden ist. Damit das Schmieröl nicht auf der Rückseite des öldichtringes an diesem vorbeisickern kann, ist zwischen dem öldichtring und einer der Umfangswände der Dichtniit ein O-Dichtring vorgesehen.

Diese öldichtringe müssen hinsichtlich ihrer Steifheit, ihrer Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen und ihrer ölundurchlässigkeit bestimmte Forderungen erfüllen. Sie müssen ferner so biegeelastisch sein, daß sie sich auch einer gewellten Innenfläche des Gehäuseseitenteils anpassen können. Außerdem dürfen sie die mit ihnen in Berührung stehenden Innenflächen der Gehäuseseitenteile nicht zerkratzen. Schließlich soll der öldichtriiig leicht und billig herstellbar sein.

Zur Schaffung eines diese Forderungen erfüllenden Öldichtringes ist in der US-PS 34 56 624 (Hideo Okamoto) bereits vorgeschlagen worden, die Lippe des öldichtringes beispielsweise durch Verchromen oder durch Aufspritzen von Molybdän mit einer verschleißfesten Schicht zu versehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auf diese Weise keine Schicht mit einer befriedigenden Verschleißfestigkeit erhalten werden kann.

Ferner ist beispielsweise in der am 13. Juni 1972 eingereichten und am 12. Februar 1974 als Auslegeschrift 49-15 808 japanischen Patentanmeldung Sho 47- 58 229 vorgeschlagen worden, einen öldichtring mit einem Grundkörper aus Eisen mit einer vergüteten oder nitrierten Schicht zu versehen. Dieser Vorschlag hat sich jedoch nicht als vorteilhaft erwiesen, weil der öldichtring so dünn ist, daß er sich bei seinem Vergüten oder Nitrieren oft verformt.

Man hat auch schon versucht, in einem öldichtring bekannte Werkstoffe von ausgezeichneter Verschleißfestigkeit zu verwenden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß keiner dieser Werkstoffe für einen Öldichtring vorteilhaft verwendet werden kann. Beispielsweise kann man einem metallischen Werkstoff auf Eisenbasis ein Metallcarbid oder eine Metallverbindung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit zusetzen. Dabei kann man eine befriedigende Verschleißfestigkeit jedoch nur durch einen Zusatz in beträchtlicher Menge erzielen und erhält dann einen spröden und weniger elastischen Werkstoff. Ein aus einem derartigen Werkstoff bestehender öldichtring kann sich in einem Rotationskolbenmotor beim Auftreten von relativ hochfrequenten Schwingungen der mit ihm in Gleitberührung stehenden Innenfläche des Gehäuseseitenteils u. U. nicht anpassen.

Es ist bekannt, daß Sinterlegierungen eine hohe Verschleißfestigkeit besitzen. Sinterlegierungen sind jedoch porös und daher öldurchlässig. Ferner können Sinterlegierungen bei ihrer spangebenden Bearbeitung an scharfen Kanten brechen. Außerdem sind Sinterlegierungen an einer porösen Gleitfläche nicht genügend

verschleißfest Es sind zwar Hartmetalle von relativ geringer Porosität bekannt, beispielsweise vom Typus WC-CO, doch haben diese Hartmetalle den Nachteil, daß sie beim Sintern schrumpfen und daß sie nicht genügend elastisch sind. ί

Die Aufgabe der Erfindung besteh·, in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines öldichtringes, der die vorgenannten Forderungen befriedigend erfüllt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, da? die vorstehend erläuterten Forderungen einwandfrei durch in einen Öldichtring erfüllt werden können, der einen Grundkörper auf Eisenbasis und eine verschleißfeste Schicht aus einer Legierung besitzt, die vorwiegend aus Eisen besteht, wobei die genannte Schicht auf dem Grundkörper in Pulverform aufgetragen, verdichtet, geschmolzen und dann erstarren gelassen wird; anschließend wird die aus der Legierung bestehende Schicht durch spanende Bearbeitung zu einer Lippe verformt, die mit einer Innenfläche das Gehäuseseitenteil eines Rotationskolbenmotors gleitend abzudichten >o vermag.

Die im Rahmen der Erfindung verwendete verschleißfeste Legierung besteht vorwiegend aus Eisen. Man kann beispielsweise eine eutektische phosphorhaltige Eisen-Legierung verwenden; sie besteht aus 4 bis -5 7% Phosphor, 1 bis 2,5% Kohlenstoff, Rest Eisen oder aus einer eutektischen Eisen-Molybdän-Legierung mil 10 bis 25% Molybdän, 3 bis 5% Kohlenstoff oder aus einer Legierung aus 3 bis 5% Kohlenstoff, 2 bis 10% Molybdän, 2 bis 10% Wolfram, 5 bis 20% Kobalt, Res! m Eisen. Diese verschleißfesten Legierungen werden in Pulverform mit Teilchengrößen unter 100 μπι verwen det. Man kann den Legierungspulvern Carbide, beispielsweise des Wolframs oder Titans oder vorzugsweise des Molybdäns, Niobs, Tantals oder Chroms, in reiner Menge von 10 bis 50 Gew.% des Legierungspulvers zusetzen. Durch einen derartigen Carbidpulverzusatz kann die Verschleißfestigkeit der Legierung auf einen gewünschten Wert erhöht werden.

Vor dem Auftragen auf den Grundkörper wird dem Pulver aus der verschleißfesten Legierung vorzugsweise ein Pulver aus Silicium oder einer Calcium-Silicium-Legierung in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.%, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 Gew.% des verschleißfesten Legierungspulvers, homogen beigemischt. Durch rdieses homogene Mischen wird bewirkt, daß der in dem verschleißbeständigen Legierungspulver enthaltene Sauerstoff mit dem Silicium- oder Calcium-Siliciumpulver reagiert, während das Legierungspulver durch Erhitzen aufgeschmolzen wird. Infolgedessen wird die ¹So Legierung desoxidiert, so daß in der von ihr gebildeten Schicht keine Gasporen gebildet werden. Durch das Beimischen des Pulvers aus Silicium oder aus der Calcium-Silicium-Legierung zu dem Pulver aus der verschleißfesten Legierung werden ferner die Fließfähigkeit und die Benetzbarkeit des Pulvers aus der verschleißfesten Legierung verbessert, so daß bei der zur Erstarrung der Legierung führenden Abkühlung die Bildung von Lunkern vermieden wird. Eine Beimischung des Pulvers aus der Calcium-Silicium-Legierung in einer <j< > Menge von über 1 Gew.% hat den Nachteil, daß die Verschleißfestigkeit der Legierung in der Oberflächenschicht herabgesetzt wird, so daß eine zusätzliche spanende Erarbeitung erforderlich ist.

Zu den im Rahmen der Erfindung für den fe5 Grundkörper geeigneten metallischen Werkstoffen auf Eisenbasis gehören verschiedene Gußeisen, wie gewöhnlicher Grauguß, Grauguß mit Kugelgraphit (Sphäroguß) oder Legierungsgußeisen, ferner verschiedene Stähle, wie Kohlenstoffstahl oder Legierungsstahl sowie vorwiegend aus Eisen bestehende Sinterlegierungen.

Zum Verdichten des Legierungspulvers wird dieses vorzugsweise mit einem Dmck von 5000 bis 60 000 N/ cm² gepreßt.

Das Erhitzen wird bis zu einer Temperatur im Bereich von 950 bis 1250°C durchgeführt, weil zum Schmelzen des Pulvers aus der Eisenlegierung eine Temperatur von mindestens 950⁰C erforderlich ist und bei einer Temperatur über 1250°C der Grundkörper mindestens teilweise schmelzen würde. Vorzugsweise wird das Erhitzen bis zu einer Temperatur durchgeführt, die um micht mehr als 20 bis 4O⁰C höher ist als die Liquidustemperatur des Legierungspulvers. Die Erhitzung erfolgt unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum. Die Erhitzung wird während eines Zeitraumes von wenigen Sekunden bis zu dreißig Minuten durchgeführt. Eine Mindestdauer der Erhitzung ist nicht klar erkennbar. In manchen Fällen kann man schon bei einer Erhitzung von wenigen Sekunden befriedigende Ergebnisse erzielen. Dagegen soll die Erhitzung nicht langer als 30 Minuten dauern, damit eine Bildung einer zu dicken Diffusionsschicht zwischen dem Grundkörper und der verschleißfesten Legierung verhindert wird.

In dem auf diese Weise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten öldichtring hat die Lippe vorzugsweise eine Härte von 600 bis 1000 HV, während der Gehäuseseitenteil eine Härte von 150 bis 250HV hat.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Schnitt-Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Teil einer typischen Ö'dichtanordnung in einem Rotationskolbenmotor;

F i g. 2 öldichtring zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 und 4 je ein weiteres Durchführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 5 öldichtring nach der Fertigbearbeitung.

In der F i g. I ist ein Teil eines Rotationskolbenmotors mit einem Gehäuse und einem in diesem drehbar gelagerten Rotationskolben 1 dargestellt. Das Gehäuse besitzt zwei Gehäuseseitenteile 7, von denen nur einer gezeigt ist und die mit je einer der Seitenflächen des Rotationskolbens 1 zusammenwirken. In jeder Seitenfläche des Rotationskolbens 1 ist eine im Querschnitt rechteckige Ringnut 2 zur Aufnahme eines öldichtringes 4 ausgebildet. Dieser besitzt eine Lippe 4a, die von einer Feder 3 gegen die Innenfläche des benachbarten Gehäuseseitenteils 7 gedrückt wird. Der öldichtring 4 besitzt eine radial einwärts offene Nut 5_: die einen O-Ring 6 aufnimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. In dem rechten Teil der F i g. 2 erkennt man ein aus einer verschleißfesten Legierung bestehendes Pulver 10 in einer Rinne, die in Form einer Ringnut 9 in der oberen Fläche 8a eines ringförmigen Giundkörpers

8 aus einem metallischen Werkstoff auf Eisenbasis ausgebildet ist. Nach dem Verdichten des Legierungspulvers in der Ringnut 9 wird die so erhaltene Anordnung in einem Ofen erhitzt, so daß in der Ringnut

9 des Grundkörpers die in Fig. 2 links erkennbare Schicht 10a aus der verschleißfesten Legierung gebildet wird.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe von Begrenzungsringen 11a und üb aus keramischem Material auf der oberen

Fläche 8a des ringförmigen Grundkörpers 8 eine Ringrinne 9a ausgebildet. Dabei steht die auswärts gneigte Außenunifangsfläche des inneren Begrenzungsringes 11a mit dem oberen Innenumfangsrand des Grundkörpers und die einwärts geneigte Innenumfangsfläche des äußeren r<cgienzungsringes 116 mit dem oberen AußenumfangsranddesGruiidkötperi in Berüii-•"!^|ng. Nun wird das Pulver 10 aus der verschleißfesten Legierung in die Ringrinnc 9a eingebracht und in dieser verdidiiui und danach der Grundkörper mit dem Legierungspulver und den in Stellung gehaltenen Begrenzungsringen zum Aufschmelzen des Legierungspulvers erhitzt.

in dem in Fig.4 dargestellten Ausführuiigsbeispiel der Erfindung wird das Pulver 10 aus der verschleißtesten Legierung in eine stufenförmige Vertiefung 9b eingebracht, die an dem oberen Rand der innemiinfangswandung eines ringförmigen Grundkörpers 8 ausgebildet und radial einwärts von einem Ring lla begrenzt ist. χ

In den vorstehend beschriebenen Beispielen wird das Pulver aus der verschleißfesten Legierung auf der oberen Fläche des Grundkörpers verdichtet. Man kann jedoch das Legierungspulver auch von dem Grundkörper getrennt zur Erzielung einer gewünschten Form verdichten und im verdichteten Zustand in die Vertiefung einbringen.

Gemäß F i g. 5 erhält der Ring 4, der in der vorstehend beschriebenen Weise mit einer Legierungsschicht versehen worden ist, durch spangebende so Bearbeitung die gewünschte Form, so daß der öldichtring 4 mit einer Lippe 4a erhalten wird, die aus

Legierung besteht. Die von der verschleißfesten Legierung gebildete Lippe 4a hat vorzugsweise eine π Dicke von 0,1 bis 1,0 mm.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann man im Rahmen der Erfindung die auf dem Grundkörper vorgesehene, verschleißfeste Schicht aus jeder geeigneten Legierung herstellen, die genügend verschleißfest ist. Diese Legierungsschicht ist ferner im wesentlichen porenfrei. Der öldichtring gemäß der Erfindung ist daher infolge der aus der verschleißfesten Legierung bestehenden Schicht in hohem Maße ölundurchlässig. Ein weiterer Vorteil des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten öldichtrings besteht dann, daß d'p Lippe genügend flexibel ist uiui sich daher den Unebenheiten eier Oberfläche des Gehäuseseitenieüs gui anpassen kann. Die aus der versehleiöfeMcr. Legierung bestehende Lippe kann sich etwas verlagern, weils sie auf dem stauen Grundkörper aus dem Eisenbasismetal' elastisch abgestützt ist. Aus diesem Grund wird die Innenfläche des üehauseseilcnteils durch die aus der verschleißfesten Legierung besiehende Lippe des crfindungsgeniaß hergestellten öldichtringes trotz der großen Härte dieser Legierung nicht virkraUi. Ferner führt die Erfindung zu dem Vorteil, dall die öldichtringe mit scharfkantigen Lippen mit hoher Prcduk'ionsleistung hergestellt werden können.

In der anhand der Fi g. 2 beschriebenen Weise wurde in der oberen Fläche 8a eines ringförmigen Grundkörpers 8 durch spanende Bearbeitung eine Ringnut 3 ausgebildet, die eine Breite von 3 mm, eine Tiefe vor 2 mm und in der Mitte ihrer Breite einen Durchmesser von 116 cm hai In die Ringnut 9 wurde eine Pulvermischung 10 mit der verschleißfesten Legierung eingebracht. Zur Herstellung dieser Mischung wurde Legierungspulver der Zusammensetzung MoC 20%, C 4%, Cr 4%, Mo 5%, Co 13%, W 6%, Rest Eisen (Schmelzpunkt 1130°C) mit einer Teilchengröße unter 100 pm mit Pulver einer Caljium-Silicium-Legierung (Ca-Gehalt 50 Gew.%) gemischt, wobei die Menge der Calcium-Silicium-Legierung 0,5 Gew.% der erstgenannten Legierung betrug. In der Ringnut wurde das Pulver aus der verschleißfesten Legierung unter einem Preßdruck von 30 000 N/cm² verdichtet. Die so erhaltene Anordnung wurde dann in einem Ofen unter einer _n;Ai«.;j;n.»,,j._n Ainwnk;», o..r

fünf Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten, so daß auf der oberen Fläche des Grundkörpers eine Schicht 10a aus der verschleißfesten Legierung in einer Dicke von 1 mm gebildet wurde. In dieser Schicht wurden keine Gasporen festgestellt. Aus dem auf diese Weise erhaltenen Halbfabrikat wurde durch spanende Bearbeitung ein Öldichtring hergestellt bei dessen Verwendung infolge seiner ausgezeichneten ölundurchlässigkeit der Ölverbrauch nur halb so groß ist wie bei Verwendung eines üblichen Öldichtringes, während seine Standzeit doppelt so groß ist wie die eines üblichen öldichtringes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 27 13G96

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einer Lippe versehenen öldichtringes für einen Rotationskolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche eines Grundkörpers auf Eisenbasis mit einem Auftrag aus einem verdichteten, aus Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 100 μπι bestehenden Legierungspulver versehen wird, das aus einer eutektischen Eisen-Phosphor-Legierung aus 4 bis 7% Phosphor, 1 bis 2,5% Kohlenstoff, Rest Eisen, oder einer eutektischen Eisen-Molybdän-Legierung aus 10 bis 25% Molybdän, 3 bis 5% Kohlenstoff, Rest Eisen oder einer Legierung aus 3 bis 5% Kohlenstoff, 2 bis 10% Molybdän, 2 bis 10% Wolfram, 5 bis 20% Kobalt, Rest Eisen, besteht, worauf das verdichtete Legierungspulver auf der Oberfläche des Grundkörpers zusammen mit diesem unter nichtoxidierenden Bedingungen erhitzt und höchstens 30 Minuten lang auf einer Temperatur gehalten wird, die über der Liquidustemperatur des Legierungspulvers und unter dem Schmelzpunkt des Grundkörpers liegt, daß die geschmolzene Legierung zum Erstarren gebracht wird und daß schließlich durch spanende Bearbeitung des Grundkörpers und der Legierungsschicht die Lippe ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Temperatur erhitzt wird, die 20 bis 40°C über der Liquidustemperatur des Legierungspulvers liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Grundkörpers eine Rinne ausgearbeitet, zur Bildung des verdichteten Auftrages das Legierungspulver in diese Rinne eingebracht und in der Rinne unter einem Druck von mindestens 5000 N/cm² verdichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des verdichteten Auftrages auf der Oberfläche des Grundkörpcs eine Rinne ausgebildet und das bereits verdichtete Legierungspulver in die Rinne eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Rinne ein Begrenzungselement an den Grundkörper angelegt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Pulvermischung aus dem Legierungspulver mit 0,05 bis 1,0Gew.-% Silicium und/oder einer Calcium-Silicium-Legierung, bezogen auf das Gewicht des Legierungspulvers.

7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Pulvermischung aus dem Legierungspulver mit mindestens einem Carbid in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% des Legierungspulvers.