DE2728725A1

DE2728725A1 - Auf reibenden verschleiss beanspruchtes maschinenteil mit einer beschichtung der laufflaeche in ein- oder beidseitig gekammerter ausfuehrung

Info

Publication number: DE2728725A1
Application number: DE19772728725
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Beyer; Ulrich Dipl Ing Buran; Hans-Joachim Dr Neuhaeuser
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1977-06-25
Filing date: 1977-06-25
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2728725B2; DE2728725C3; SU1047395A3

Description

Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit
einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung Die Erfindung betrifft ein auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie insbesondere einen Kolbenring oder eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder bS idseitig gekammerter Ausführung Auf Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, wie insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten von Verbrennungskraftmaschinen, die hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, werden bekanntlich vor allem zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit, ihrer Brandspursicherheit und ihrer Gleiteigenschaften mit Beschichtungen an ihren Laufflächen versehen . Vorzugsweise werden diese Schichten dabei durch bekannte thermische Spritzverfahren aufgetragen, und besonders bewährt haben sich Spritzschichten aus Molybdän oder Molybdänlegierungen Nachteilig ist es jedoch bei diesen Schichten, daß ihre äußeren Kanten relativ spröde und brüchig sind und daher abgeschrägt werden müssen . Dadurch fehli ihnen eine scharfe äußere Kante, die eng an ihrer Gegenfläche anliegt, so daß es gerade in Verbrennungskraftmaschinen zu Abgasleckagen, dem sogenannten Blow - By, kommen kann . Zur Abhilfe werden daher, wie seit langem bekaniit, in den Grundwerkstoff der Maschinenteile Ausnehmungen oder Nuten eingearbeitet, die dann mit dem Schichtwerkstoff ausgefüllt werden . Je nachdem, ob nur an einer äußeren Kante ein Steg des Grundwerkstoffes oder an beiden äußeren Kanten je ein Steg des Grundwerkstoffes belassen wurde, spricht man von Beschichtungen in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung . In anderen Fällen werden auch mehrere parallel laufende Nuten in den Grundwerkstoff eingearbeitet, die dann mit dem Schichtwerkstoff ausgefüllt werden Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung ( 1628 Die so beschichteten Maschinenteile besitzen zwar scharfe äußere Kanten mit guter Abdichtwirkung und gleichzeitigen guten Laufeigenschaften, aber insbesondere bei hoher thermischer und mechanischer Belastung können im Bereich der Kammerstege Risse entweder in der Schicht selbst oder zwischen Schicht und Grundwerkstoff entstehen, die bis in den Schichtgrund hinunter, von dort entlang der Schichtlamellen und dann abknickend nach oben bis zur Lauffläche verlaufen können . Je nach Laufzeit oder Belastung kann es dann zum Ausbrechen ganzer Schichtbereiche und dadurch zum vollständigen Versagen der Maschinen kommen Bekanntlich ist insbesondere die Festigkeit von thermischen Spritzschichten und ihre Haftung am Grundwerkstoff nicht sonderlich hoch . Es wurde daher zunächst zur Abhilfe des oben geschilderten Problems versucht, Festigkeiten und Haftung der Schichtwerkstoffe zu erhöhen . Mit erheblichem, technischem Aufwand wurden zwar Schichten mit verbesserter Festigkeit und Haftung entwickelt, es kam jedoch trotzdem noch zu Ausbrüchen der Schichten . Im Prinzip wurde sogar eine Vermehrung der Schichtausbrüche festgestellt Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf reibenden Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, und zwar insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten für Verbrennungskraftmaschinen, mit Beschichtungen, vorzugsweise in einem. thermischen Spritzverfahrcn, in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung so zu versehen, daß ein Ausbrechen der Schichtwerkstoffe nicht mehr erfolgen kann Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß innere Kammerwand und Schichtwerkstoff ohne Haftung bindungsfrei zueinander hergestellt sind . Erstaunlicherweise wurde dabei gerade entgegen der bisherigen Annahme gefunden, daß bei einem bindungsfreien Nebeneinanderstehen voll Schichtwerkstoff und Kammerwand die reibend beanspruchten Maschinenteile auch bei hoher thermischer und mechanischer Belastung keine Ausbrüche in den Schichtwerkstoffen mehr Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung ( 1628 ) zeigten Fiir die Ausfiihrung der Erfindung ist es daher wesentlich, daß zumindest ein feiner Spalt innere Kammerwand und Schichtwerkstoff voneinander trennt . Dies kann am besten geschehen durch eine Kerbe, die beispielsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung, durch elektrochemische oder elektromeche Verfahren oder auch durch Abschmelzen, Aufschmelzen oder Abdampfen mu zum Beispiel einem Laser -, Elektronen - oder Plasmastrahl in den Grundwerkstoff und / oder den Schichtwerkstoff eingearbeitet wird Gegebenenfalls kann beins Auftraten der Beschichtung auch die Kerbe direkt hergestellt werden . Gerade bei Spritzverfahren kann die Spritzpistole so a ausgerichtet sein, daß an der Kammerwand ein Spritzschatten ohne Schic @twerkstoff entsteht . Gegebenenfalls knnn zur Verstärkung des Effektes die Kammerwandung in axialer Richtung nach außen weisend von vorneherein abgeschrägt sein Durch ein nachfolgendes Schleife1l der Lauffläche wird dann die Bindungsfreiheit von Spritzschicht und innerer Kamme rwandung erreicht Ferner kann eine Trennung von Beschichtung und Kammerwand dadurch erreicht werden, wenn vor der eigentlichen Beschichtung die Kammerwände mit Zwischenschichten, die zum Schichtwerkstoff keine Haftung besitzen, abgedeckt werden Dies kann beispielsweise bei Verwendung von aufgespritztem Molybdän als Schichtwerkstoff durch eine vorher galvanisch aufgetragene Kupferzwischenschicht ge -schehen, da Kupfer zu Spritzschichten aus Molybdan praktisch ke@ne Ha@tung besitzt . In anderen Fälien können auch Abdecklacke oder spezielle Kunststoffe als Zwischenbeschichtung eingesetzt werden . Diese Zwischenschichten können ent -weder nach dem Aufspritzen belassen oder sit können relativ einfach durch bei -spielsweise Ausbrenneii entfernt werden Im allgemeinen genügt es für die Erfindung, wenn zwischen Kammerwand @nd Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung ( 1628 Schichtwerkstoff keine Bindung besteht und damit praktisch nur ein sehr feiner Spalt zwischen beiden Werkstoffen vorhanden ist . Bevorzugt werden die Spalten aber als Ausnehmungen Von rechteckigem oder dreieckigem Querschnitt in Keilform von einer maximalen Breite von etwa uber 0,2 mm ausgearbeitet . Zur Vermeidung von insbesondere Ahlagerungen von Verbrennungsrückständen, wie z. B.
Kohle, in den Ausnehniungen können diese zusätzlich noch mit elastisch oder plastisch leicht verf@rmbaren Materialien auf organischer oder anorganischer Basis ausgefüllt sein Die auf diese Weise beschichteten Mas schinenteile in ein - oder beidseitig gekam -merter Ausführung zeigten auch nach längerem Betrieb unter hoher thermischer und mechanischer Belastung keine Ausbrüche von Beschichtungen.
Anhand der Abbildungen sei die Erfindung näher erläutert . Und zwar zeigen Figu r 1 den n Querschnitt durch einen eiiise itig ge -kammerten Kolbenring mit einer Molybdäns1>ritzschicht Figur 2 deti Querschnitt durch einen beidseitig gekammerten Kolbenring mit einer Molyb<länspritzscnicht und zwei Entlastungskerben Figur 3 den Querschnitt durch einen beidseitig gekammerten Kolbenring mit einer Mo -lybdänspritzschicht und einer Zwischenschicht aus Kupfer an den Kammerwandungen In Figur 1 ist 1 dcr Kolbenring mit einer Molybdänspritzschicht 2 auf der Lauf- Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung ( 1628 ) fläche 3, dessen freistehende äußere Kante 4 in bekannter Weise abgeschrägt ist Die zweite äußere Begrenzung des Kolbenringes 1 bildet einen Steg 5 aus dem Grundwerkstoff, der bis zur Lauffläche 3 reicht . Seine äußere Wandung 6 bildet zur Gegenfläche eine scharfe Begrenzung, während seine innere, in radialer Richtung nach außen abgeschrägte Wandung 7 die Kammerwand der Spritzschicht 2 bildet . Durch schräge Spritzstellung in angegebener Pfeilrichtung 8 ist zwischen innerer Kammerwandung 7 und Spritzschicht 2 als Sipritzschattet. eine keilförmige Kerbe 9 entstanden . Nach dem Spritzen ist die Lauffläche 3 bis zur gestrichelten Linie 12 abgeschliffen In Figur 2 sind 1 der Kolbenring, 2 die Spritzschicht und 5 die beiden bis auf die Lauffläche 3 reichenden Stege aus dem Grundwerkstoff des Kolbenringes 1 . Nach dem Spritzvorgang sind durch einen Schleifprozeß durch die beiden Entlastungskerben 10 von keilförmigem Querschnitt Spritzschicht 2 und innere Kammerwand 7 voneinander getrennt In Figur 3 sind 1 der Kolbenring, 2 die Spritzschicht und 5 die beiden bis auf die Lauffläche 3 reichenden Stege aus dem Grundwerkstoff des Kolbenringes 1 . Die in radialer Richtung verlaufenden inneren Wandungen 7 der Stege 5 sind mit einer galvanischen Kupferschicht 11 überzogen, die die Spritzschicht 2 und innere Kante merwandung 7 bindungsfrei voneinander trennen L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie insbesondere ein Kolbenring oder ieiile Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein - oder beidseitig gekammerter Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtwerkstofi ( 2 j und innere Kante merwand ( 7 ) bindungsfrei sind
2 . Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1, d3-durch gekennzeichnet, daß zwischen innerer Kammerwand ( 7 / unil Schichtwerkstoff ( 2 ) eine Zwischenschicht ( 11 ) ohne Bindung zurn S@hichtwerkstoff ( 2 ) angebracht ist
3. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen innerer Kammerwand ( ) t1.d S<.hichtwerkstoff ( 2 ) eine Ausnehmung ( 9,10 ) in den Grundwerkstoff des K@lbenringes ( 1 ) und / oder den Schichtwerkstoff ( 2 ) eing@arbeitet ist
4. Auf reibenden Verschleiß beanspruch@es Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dann die Ausnehmungen ( 9, 10 ) einen rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt iii Kei forn besitzen
5 . Auf reibenden Verschleiß heanspruchtes Maschinenteil nach <len Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen ( 9, 10 ) eine maximale Breite von mehr als 0, 2 mm besitzen
6 . Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschirienteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenslzeichnet, daß die Ausnehmungen ( 9, 10 ) mit elastisch oder plastisch organischem oder anorganischem Material ausgefüllt sind Auf reibenden Verschlei@ beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche ifl ein - nder beidseitig gekammerter Ausführung ( Patentansprüche / 1628 )
7 . Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach einem der Anspruche 1 l,is b, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ( 2 ) eine in einem @hermischen Spritzver@ahren aufgebrachte Schicht ist.
8. @@reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinentei@ nach einem der Ansprüche @ bis,, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzschicht ( 2 ) aus Molybdän oder Molybdänlegierung besteht.