DE2728725B2

DE2728725B2 - Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil mit einer Beschichtung der Lauffläche in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung

Info

Publication number: DE2728725B2
Application number: DE19772728725
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Beyer; Ulrich Dipl.-Ing. Buran; Hans-Joachim Dr. 5060 Bergisch Gladbach Neuhaeuser
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1977-06-25
Filing date: 1977-06-25
Publication date: 1979-11-29
Also published as: SU1047395A3; DE2728725A1; DE2728725C3

Description

Die Erfindung betrifft ein auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie insbesondere einen Kolbenring oder eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer verschleißfesten Beschichtung auf der Lauffläche, vorzugsweise bestehend aus einer thermischen Spritzschicht aus Molybdän oder Molybdänlegierung, in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung.

Auf Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, wie insbesondere Kolbenringe oder Dichtleisten von Verbrennungskraftmaschinen, die hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, weiden bekanntlich vor allem zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit, ihrer Brandspursicherheit und ihrer Gleiteijjenschaften 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.

Gegebenenfalls werden zum Beispiel nach dem DE-Gbm 18 88 842 auch dem Molybdänspritzpulver Festschmierstoffe, wie insbesondere Graphit, hinzugefügt, so daß eine Beschichtung mit verbesserten Gleit- und Verschleißeigenschaften entsteht.

Nachteilig ist es jedoch bei diesen Schichten, daß ihre äußeren Kanten relativ spröde und brüchig sind und daher abgeschrägt werden müssen. Dadurch fehlt ihnen auch 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 bekannt, 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.

So werden beispielsweise auch nach der DE-AS 20 36 495 die.Nuten in den Laufflächen von Kolbenringen mit relativ weichen Gleitmitteln ausgefüllt, während die Gleitflächen der Stege mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen sind. Ebenso sind nach der DE-OS 25 29 384 mit Chrom gefüllte Nuten in den Laufflächen von Kolbenringen bekannt In diesem Fall ist die Chromschicht im Bereich der Kammerwände etwa V-förmig eingekerbt, und diese Kerbe sorgt im motorischen Betrieb für die Aufnahme von Schmierölen und somit für bessere Gleiteigenschaften.

Die so beschichteten Maschinenteile besitzen zwar scharfe äußere Kanten mit guter Abdichtwirkung und gleichzeitigen guten Laufeigenschaften, aber insbesondere bei thermischen Spritzschichten, wie gekammerten molybdän- beziehungsweise molybdänlegierungsbeschichteten Kolbenringen, werden gerade bei hoher thermischer Belastung im Bereich der Kammerstege Risse entweder in der Schicht selbst oder zwischen Schicht und Grundwerkstoff beobachtet, die bis in den Schichtgrund hinunter, von dort entlang der Schichtlamellen uivd dann abknickend nach oben bis zur Lauffläche verlaufen. 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 ihrer 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 Spritzverfahren, 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 von Schichtwerkstoff und Kammerwand die reibend beanspruchten Maschinenteile auch bei hoher thermischer und mechanischer Belastung keine Ausbrüche in den Schichtwerkstoffen mehr zeigten.

Ferner kann eine Trennung von Beschichtung und Kammerwand dadurch erreicht werden, wenn vor der eigentlichen Beschichtung in Kammerwände mit Zwischenschichten, die zum Schichtwerkstoff keine Haftung besitzen, abgedeckt werden.

Zur Vermeidung von insbesondere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen, wie zum Beispiel Kohle, in

ι.

den Ausnehmungen können diese zusätzlich noch mit elastisch oder plastisch leicht verformbaren Materialien auf organischer oder anorganischer Basis ausgefallt sein.

Die auf diese Weise beschichteten Maschinenteile in ein- oder beidseitig gekammerter 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 zeigt

F i g. 1 den Querschnitt durch einen einseitig gekammerten Kolbenring mit einer Molybdänspritzschicht

Fig.2 den Querschnitt durch einen beidseitig gekammerten Kolbenring mit einer Molybdänspritzschicht und zwei Entlastungskerben

Fig.3 den Querschnitt durch einen beidseitig gekammerten Kolbenring mit einer Molybdänsprizschicht und einer Zwischenschicht aus Kupfer an den Kammerwandungen

In F i g. 1 ist 1 der Kolbenring mit einer Molybdänspritzschicht 2 auf der Lauffläche 3, dessen freistehende äußere Kante 4 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. Es ist wesentlich, daß zumindest ein feiner Spalt innere Kammerwand und Schichtwerkstoff voneinander trennt. Dies kann durch eine Kerbe geschehen, die beispielsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung, durch elektrochemische oder elektromechanische Verfahren oder auch durch Abschmelzen, Aufschmelzen oder Abdampfen mit zum Beispiel einem Laser-, Elektronen- oder Plasmastrahl in den Grundwerkstoff und/oder den Schichtwerkstoff eingearbeitet wird.

Gegebenenfalls kann beim Auftragen der Beschichtung auch die Kerbe direkt hergestellt werden. Gerade bei Spritzverfahren kann die Spritzpistole so ausgerichtet sein, daß an der Kammerwand ein Spritzschatten ohne Schichtwerkstoff entsteht. Gegebenenfalls kann zur Verstärkung des Effektes die Kammerwaindung in axialer Richtung nach außen weisend von vorneherein abgeschrägt sein. Durch ein nachfolgendes Schleifen der Lauffläche wird dann die Bindungsfreiheit von Spritzschicht und innerer Kammerwandung erreicht Beim Ausführungsbeispiel ist durch schräge Spritzstellung in angegebener Pfeilrichtung 8 zwischen innerer Kammerwandung 7 und Spritzschicht 2 als Spritzschatten eine keilförmige Kerbe 9 entstanden. Nach dem Spritzen ist die Lauffläche 3 bis zur gestrichelten Linie 12 abgeschliffen.

In Fig.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

Die Ausnehmung zwischen Beschichtung und Kammerwand kann eine Zwischenschicht enthalten, die zum Schichtwerkstoff keine Haftung besitzt Dies kann beispielsweise bei Verwendung von aufgespritztem Molybdän als Schichtwerkstoff durch eine vorher galvanisch aufgetragene Kupferzwischenschicht geschehen, da Kupfer zu Spritzschichten aus Molybdän praktisch keine Haftung besitzt In anderen Fällen können auch Abdecklacke oder spezielle Kunststoffe als Zwischenbeschichtung eingesetzt werden. Diese Zwischenschichten können entweder nach dem Aufspritzen belassen oder sie können relativ einfach durch beispielsweise Ausbrennen entfernt werden.

In F i g. 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 Kammerwandung 7 bindungsfrei voneinander trennen.

Im allgemeinen genügt, wenn zwischen Kammerwand und Schichtwerkstoff keine Bindung besteht und damit praktisch nur ein sehr feiner Spalt zwischen beiden Werkstoffen vorhanden ist. Es können aber auch die Spalten als Ausnehmungen von rechteckigem oder dreieckigem Querschnitt in Keilform von einer maximalen Breite von etwa über 0,2 mm ausgearbeitet werden, die zur Vermeidung von insbesondere Ablagerungen von Verbrennungsrückständen wie zum Beispiel Kohle zusätzlich noch mit elastisch und plastisch leicht verformbaren Materialien auf organischer oder anorganischer Basis ausgefüllt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil, wie insbesondere ein Kolbenring oder eine Dichtleiste einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer verschleißfesten Beschichtung auf der Lauffläche, vorzugsweise bestehend aus einer thermischen Spritzschicht aus Molybdän oder Molybdänlegierung, in ein- oder beidseitig gekammerter Ausführung, dadurch gekennzeichne t, daß Schichtwerkstoff (2) und radial gerichtete innere Kammerwand (7) bis auf den KaiTimerboden hin bindungsfrei angeordnet sind.

2. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Kammerwand (7) und dem Schichtwerkstoff (2) eine Zwischenschicht (11) ohne Bindung zum Schichtwerkstoff (2) angebracht ist

3. Auf reibenden Verschleiß beanspruchtes Maschinenteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen innerer Kammerwand (7) und dem Schichtwerkstoff (2) eine Ausnehmung (9, 10) in den Grundwerkstoff des Kolbenringes (1) und/oder den Schichtwerkstoff (2) eingearbeitet ist, die mit elastischem oder plastischem, anorganischem oder organischem Material ausgefüllt ist.