DE3917951C2

DE3917951C2 -

Info

Publication number: DE3917951C2
Application number: DE19893917951
Authority: DE
Inventors: Motonobu Gunma Jp Onoda; Katsuaki Warabi Saitama Jp Ogawa; Takeji Tsuchiya; Yukio Urawa Saitama Jp Tateishi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1993-01-14
Also published as: DE3917951A1; JPH01307568A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring zum Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a piston ring for use in an internal combustion engine.

Moderne, mit Hochgeschwindigkeit arbeitende Leichtbau-Verbrennungskraftmaschinen erfordern qualitativ hochwertige Kolbenringe. Im allgemeinen werden Kolbenringe an ihrer Lager- bzw. Lauffläche zur Verbesserung ihrer Verschleißbeständigkeit behandelt. Als solche Oberflächenbehandlungen sind Hartverchromung, Metallaufspritzen und Nitrierung bzw. Nitrierhärtung bekannt.Modern, high-speed, lightweight internal combustion engines require high quality piston rings. Generally piston rings on their bearing or running surface to improve their wear resistance treated. As such surface treatments are hard chrome plating, metal spraying and nitriding or nitriding.

Die Nitrierung ermöglicht die gewünschten Eigenschaften der Verschleißbeständigkeit, so daß sie öfter als eine andere Oberflächenbehandlung für Kolbenringe für schwere Einsatzbedingungen Anwendung findet.The nitriding enables the desired properties of wear resistance, so they more often as another surface treatment for piston rings for heavy duty conditions Application.

Die nitriergehärteten bzw. Nitrid-Kolbenringe sind in ihrer Verschleißbeständigkeit überlegen, aber sie haben die Tendenz, die betreffenden Kolbenringnuten abzuschaben. Wenn der Nitrid-Kolbenring in einen Kolben aus einer Alumini umlegierung eingebaut ist, treten Ablagerungserscheinungen auf, so daß die untere Oberfläche der Kolbenringnut abgenutzt wird und Aluminiumablagerungen an der unteren Oberfläche des Kolbenrings ausgebildet werden. Durch diese Erscheinungen können nachteilige Abnutzungen in begrenzten Teilen der Kolbenringnut erzeugt werden, wenn sich der Kolben hin- und her bewegt. Die lokale Abnutzung führt zu "Durchbläsern" von Verbrennungsgasen in der Maschine, so daß der Ölverbrauch ansteigt und die Maschinenleistung abfällt. Die Abnutzung an der unteren Oberfläche der Kolbenringnut im Kolben nimmt in kurzer Zeit so zu, daß die Haltbarkeit der Maschine beeinträchtigt wird.The nitride-hardened or nitride piston rings are resistant to wear superior, but they tend to have the piston ring grooves in question scrape off. If the nitride piston ring in a piston from an aluminum is installed, deposits appear, so that the lower Surface of the piston ring groove is worn and aluminum deposits on the bottom surface of the piston ring are formed. Through these appearances can cause adverse wear in limited parts of the piston ring groove when the piston moves back and forth. The local wear and tear leads to "blow through" combustion gases in the machine, so that the oil consumption increases and the machine performance drops. Wear on the bottom The surface of the piston ring groove in the piston increases in a short time so that the Durability of the machine is impaired.

Als Abhilfe zum Schutz der Kolbenringnut gegen Abnutzung bzw. Abrieb ist in der japanischen Patent anmeldung JP U Sho 60-82 552 vorgeschlagen, den Kolbenring an seiner unteren Oberflache mit einer hitze- und abriebbeständigen Kunstharzschicht zu versehen, die feste Schmierstoffe enthält. Die Kunstharzschicht ist auf einer unteren Schicht aus Phosphat oder Eisen (III)-Tetraoxid ausgebildet.As a remedy to protect the Piston ring groove against wear or abrasion is in the Japanese patent JP U Sho 60-82 552 proposed the piston ring at its lower To provide the surface with a heat and abrasion-resistant synthetic resin layer, that contains solid lubricants. The synthetic resin layer is on a lower layer formed from phosphate or iron (III) tetraoxide.

Wenn der Nitrid-Kolbenring so behandelt ist, daß er eine untere bzw. Grundschicht aufweist, bevor er mit einer abschließenden hitze- und abriebbeständigen Kunstharzschicht mit festen Schmierstoffen beschichtet wird, verschlechtert er sich hinsichtlich der Dauerfestigkeit und neigt zum Brechen.If the nitride piston ring is treated so that it has a lower or base layer before being finished with a final heat and abrasion resistant If the synthetic resin layer is coated with solid lubricants, it deteriorates in terms of fatigue strength and tends to break.

Zusätzlich zu der Verschlechterung der Dauerfestigkeit hat der Kolbenring mit einer Phosphatgrundschicht einen weiteren Nachteil darin, daß sich die Endschicht aus hitze- und abriebbeständigem Kunstharz manchmal bei der langzeitigen Hin- und Herbewegung des Kolbens ablöst. Der Grund dafür ist, daß Grundschichten wie die Phosphat- oder die Eisen (III)-Tetra-Oxidschicht stark durch die Behand lungslösung, die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit nachteilig beeinflußt werden. Beispielsweise soll im Falle einer Manganphosphatschicht die Behandlungslösung einen Säuregrad oder pH-Wert von 5 bis 6 aufweisen. Wenn der Säuregrad niedriger ist als 5, kristallisiert das Manganphosphat so langsam, daß die Anätzung größer wird und sich Ätzgrübchen vertiefen. Die tiefen Ätzgrübchen verursachen eine Verschlechterung der Dauerfestigkeit des Kolbenrings, der dadurch empfindlich wird. Andererseits ist Manganphosphat bei Säuregraden, die höher als 6 sind, inaktiv und ohne zufriedenstellenden kristalline Bindungskraft zum Verbund mit dem Grundmetall des Kolbenrings, was zur Folge hat, daß die Grundschicht ihrerseits dazu tendiert, sich beim Betrieb von dem Kolbenring abzulösen.In addition to the deterioration of the fatigue strength, the piston ring also has Another disadvantage of a phosphate base layer is that the final layer made of heat and abrasion-resistant synthetic resin sometimes for long-term and the piston moves off. The reason for this is that base layers such as the phosphate or the iron (III) tetra oxide layer strongly by the treatment solution, the treatment temperature and the treatment time disadvantageous to be influenced. For example, in the case of a manganese phosphate layer Treatment solution have an acidity or pH of 5 to 6. If the acidity is lower than 5, the manganese phosphate crystallizes so slowly that the etching becomes larger and the dimples deepen. The deep dimples cause a deterioration in the fatigue strength of the piston ring, which thereby becomes sensitive. On the other hand, manganese phosphate is at acid levels that are higher than 6 are inactive and without satisfactory crystalline binding power to the composite with the base metal of the piston ring, which means that the base layer in turn, tends to separate from the piston ring during operation.

Aus der DE-AS 26 16 883 ist es bekannt, zur Vermeidung von Verschleiß der Kolbenringe in ihren unbewehrten Nuten eine Eisensulfidschicht an den Flanken der Kolbenringe anzubringen, um Aufplattierungen von Aluminium an den Kolbenringen zu vermeiden. Hierbei ist insbesondere an Kolbenringe gedacht, deren Lauffläche wegen einer zur Erzielung guter Lauf und Verschleißeigenschaften besonders behandelten Zylinderoberfläche nicht mit einer besonderen Laufflächen schicht versehen zu werden braucht.From DE-AS 26 16 883 it is known to avoid wear of the Piston rings in their unreinforced grooves have an iron sulfide layer on the flanks the piston rings to attach aluminum plating to the To avoid piston rings. Here, in particular, piston rings are thought of Tread because of good running and wear properties specially treated cylinder surface does not have a special tread layer needs to be provided.

Das DE-GM 79 21 071 gibt für einen Kolbenring mit einer Gleit- oder Lauffläche, die mit einer harten Metallegierung beschichtet und mit Graphit als Antifriktionsmittel versehen ist, an, den Graphit harzgebunden auf die Lauffläche aufzubringen. Dabei wird auf eine thermisch auf den Ringgrundwerkstoff aufgebrachte Basislaufschicht mittels einer Spritzpistole ein Gemisch aus Harz, Graphit und Verdünnungsmittel aufgespritzt. Bei einer Erhitzung des Kolbenringes verdunstet der Alkohol als Verdünnungsmittel, so daß der Graphit im Kresolharz haftfest auf der Basislaufschicht eingebrannt wird.The DE-GM 79 21 071 gives for a piston ring with a sliding or Tread coated with a hard metal alloy and with graphite as Anti-friction is provided on the graphite resin-bound on the tread to apply. Thereby, a thermal is applied to the ring base material applied base running layer by means of a spray gun a mixture of resin, Sprayed on graphite and diluent. When the piston ring is heated The alcohol evaporates as a diluent, so that the graphite in the cresol resin is firmly burned onto the base running layer.

Weiterhin ist in der DE-35 06 746 A1 ein Kolbenring beschrieben, dessen gesamte Oberfläche mit einer nitrierten Schicht, bestehend aus einer Diffusionsschicht und einer darüber liegenden Verbundschicht, versehen ist. Dabei ist auf der äußeren Oberfläche des Ringkörpers wenigstens die Verbundschicht entfernt und auf der freigelegten Diffusionsschicht eine plattierte oder aufgespritzte Schicht aufgetragen. Die plattierte Schicht kann dabei aus Chrom oder aus einer Disperson von Teilchen in einer mit dem Zylinder- oder Zylinderbuchsenmaterial kompatiblen Plattiermatrix und die aufgespritzte Schicht aus einem Eisenwerkstoff oder Molybdän bestehen.Furthermore, a piston ring is described in DE-35 06 746 A1, the entire piston ring Surface with a nitrided layer consisting of a diffusion layer and an overlying composite layer is provided. It is on the outside Surface of the ring body at least the composite layer removed and on the exposed diffusion layer applied a plated or sprayed layer. The plated layer can be made of chrome or from a disperson of Particles in a compatible with the cylinder or cylinder liner material Plating matrix and the sprayed-on layer of an iron material or Molybdenum exist.

Mit der Erfindung wird ein Kolbenring vorgeschlagen, der eine hitze- und abriebbeständige Kunstharzschicht aufweist, ohne dabei seine Dauerfestigkeit herabzusetzen und Aluminium an seiner Ablagerung am Kolbenring hindert.With the invention, a piston ring is proposed which is a heat and has an abrasion-resistant synthetic resin layer without losing its fatigue strength lower and aluminum prevents its deposition on the piston ring.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with the characterizing part of claim 1 solved.

Die hitze- und abriebbeständige Kunstharzschicht kann aus Epoxyharz, Fluorpolyme ren, Polyamid-Imid-Kunstharz oder ähnlichem bestehen. Die festen Schmierstoffe können aus Molybdänsulfid, Graphit, Bornitrid o. ä. bestehen. Zusätzlich zu den Schmierstoffen kann die Schicht als Füllstoff Kohlenstoffasern, Glasfasern o. ä. enthalten. Das hitze- und abriebbeständige Kunstharz ist vorher mit den festen Schmierstoffen gemischt worden. Das Gemisch wird auf die Oberfläche des Kolbenrings mit Hilfe von Sprühen, Tauchen oder elektrostatischer Beschichtung aufgebracht und ein Film mit einer Dicke von 1 bis 20 Micron erzeugt.The heat and abrasion-resistant synthetic resin layer can be made of epoxy resin, fluoropolyme ren, polyamide-imide synthetic resin or the like. The solid lubricants can consist of molybdenum sulfide, graphite, boron nitride or similar. In addition to the Lubricants can be used as filler carbon fibers, glass fibers or the like. contain. The heat and abrasion-resistant synthetic resin is previously with the solid Lubricants have been mixed. The mixture is applied to the surface of the Piston rings using spraying, dipping or electrostatic coating applied and a film with a thickness of 1 to 20 microns produced.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Kolbenringes ergeben sich aus dem Anspruch 2.Appropriate developments of the piston ring result from the claim 2nd

Die nitrierte bzw. Nitridschicht besteht aus einem oberen Verbundschichtteil und einem unteren Diffusionsschichtteil. Der Verbundschichtteil hat eine Härte von ungefähr HV 1300, so daß er sehr hart und beständig gegen Abrieb ist. Wenn der Verbundschichtteil mit einem hitze- und abriebbeständigen Kunstharz, das feste Schmierstoffe enthält, beschichtet ist, verhindert das die Ablagerung von Aluminium besser als dies der Verbundschichtteil allein könnte. Wenn die Nitridschicht einer Behandlung unterzogen wird, um den Verbundschichtteil zu entfernen, bleibt der Diffusionsschichtanteil zurück, in den sich Verbundbestandteile eingelagert haben. Die behandelte Nitridschicht hat eine Härte von mehr als HV 700. Wenn die behandelte Schicht mit einer hitze- und abriebbeständigen Kunstharzschicht über zogen ist, die feste Schmierstoffe enthält, kann sie die Ablagerung von Aluminium besser verhindern als der Verbundschichtteil, der mit der gleichen Schicht beschichtet ist. Die Härte von HV 700 stellt sicher, daß die Nitridschicht eine langfristig ausreichende Abriebbeständigkeit aufweist. Die Härte von etwa HV 1300 ist nicht zu hoch, um die Ablagerung von Aluminium zu verhindern. Im Hinblick auf die Nitrierkosten und die Verhinderung der Aluminiumablagerung beträgt die Härte der Nitridschicht vorteilhaft etwa HV 950 bis 1100. Wenn die Dicke des obigen Films weniger als 1 Micron beträgt, ist dies unzureichend, um die Ablagerung von Aluminium zu verhindern. Andererseits steigen die Kosten bei einer Zunahme der Dicke über 20 Micron, ohne die Wirkung gegen Aluminium ablagerung zu verbessern. Daher soll der Film zweckmäßig eine Dicke von 2 bis 10 Micron unter Berücksichtigung sowohl der Aluminium-Ablagerungsverhinderung als auch der Behandlungskosten haben.The nitrided or nitride layer consists of an upper composite layer part and a lower diffusion layer part. The composite layer part has a hardness of approximately HV 1300 so that it is very hard and resistant to abrasion. If the Composite layer part with a heat and abrasion-resistant synthetic resin, the solid Contains lubricants, is coated, this prevents the deposition of aluminum better than the composite layer part alone could. If the nitride layer is one Undergoes treatment to remove the composite layer part, the remains Back part of the diffusion layer in which composite components have been incorporated. The treated nitride layer has a hardness of more than HV 700. If the treated layer with a heat and abrasion resistant synthetic resin layer over that contains solid lubricants, it can deposit aluminum prevent better than the composite layer part that with the same layer is coated. The hardness of HV 700 ensures that the nitride layer is a has sufficient abrasion resistance in the long term. The hardness of about HV 1300 is not too high to prevent the deposition of aluminum. With regard on the nitriding costs and the prevention of aluminum deposition Hardness of the nitride layer advantageously about HV 950 to 1100. If the thickness of the film is less than 1 micron, this is insufficient to Prevent aluminum from depositing. On the other hand, the costs increase an increase in thickness over 20 microns without the effect against aluminum improve deposit. Therefore, the film should suitably have a thickness of 2 to 10 micron considering both the aluminum deposit prevention as well as the treatment costs.

Der erfindungsgemäße Kolbenring kann erfolgreich unter schweren Betriebs bedingungen eingesetzt werden, weil er an den unteren Oberflächen mit einer nitrierten bzw. Nitridschicht beschichtet ist, die im Hinblick auf die Verschleißbe ständigkeit sehr gut geeignet ist. Da der Kolbenring mit einer hitze- und abriebbeständigen Kunstharzschicht, die feste Schmierstoffe enthält, auf seiner Nitridschicht versehen ist, wird die betreffende Kolbenringnut gegen Verschleiß geschützt. Daher wird Aluminiumlegierung weder aus der Kolbenringnut abgetragen noch auf dem Kolbenring abgelagert, wenn der Kolben aus einer Alumini umlegierung hergestellt ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, verschlechtert sich die Dauerfestigkeit des Kolbenrings nicht, so daß er auch nicht leicht bricht. Der Grund dafür liegt darin, daß der Kolbenring keine untere Phosphatschicht oder dergleichen aufweist. Der Kolbenring weist keinen Basisüberzug außer der Nitridschicht auf, mit welcher die Kunstharzschicht fest verbunden ist und dadurch vor Ablösungen vom Kolbenring im Betrieb geschützt ist.The piston ring according to the invention can be used successfully under heavy operating conditions because it is coated on the lower surfaces with a nitrided or nitride layer, which is very suitable in terms of wear resistance. Since the piston ring is provided with a heat and abrasion-resistant synthetic resin layer, which contains solid lubricants, on its nitride layer, the relevant piston ring groove is protected against wear. Therefore, aluminum alloy is neither removed from the piston ring groove nor deposited on the piston ring if the piston is made of an aluminum alloy. As shown in Fig. 2, the fatigue strength of the piston ring does not deteriorate, so that it does not break easily. The reason for this is that the piston ring has no lower phosphate layer or the like. The piston ring has no base coating other than the nitride layer, with which the synthetic resin layer is firmly connected and is thus protected from detachment from the piston ring during operation.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further advantages result from the following explanation of the invention on an embodiment with reference to the drawing. In the drawing demonstrate:

Fig. 1 eine Schnittansicht des betreffenden Abschnitts des Kolbenrings, wobei der Kunstharzüberzug übertrieben dargestellt ist; Figure 1 is a sectional view of the relevant portion of the piston ring, the synthetic resin coating is exaggerated.

Fig. 2 ein Diagramm mit den Ergebnissen eines Langzeit versuchs. Fig. 2 is a diagram with the results of a long-term experiment.

Der in Fig. 1 gezeigte Kolbenring mit abgerundeter Stirnfläche weist im Querschnitt eine Lager- bzw. Lauffläche 1, untere und obere Oberflächen 2 und 3 und eine innere Oberfläche 4 auf. Alle Oberflächen sind außen mit einer Nitridschicht 5 versehen. Der Kolbenring hat einen Durchmesser von 92 mm, eine axiale Dicke von 2,0 mm und eine radiale Dicke von 3,3 mm. Ein Gemisch aus Polyamid-Imid-Kunstharz und als festen Schmierstoff Molybdänsulfid und Graphit wird vorher zubereitet. Der Anteil der Schmierstoffe beträgt 20 Gew.- % in bezug auf den Kunstharz. Das Gemisch wird auf die untere und obere Oberfläche 2 und 3 des Kolbenrings zusammen mit einem flüchtigen Träger mittels einer Sprühpistole aufgetragen und dann bei 200°C für 40 Minuten gebrannt, um einen Kunstharzfilm von 7 Micron Stärke zu bilden. Der Kunstharzfilm 7 überdeckt die Nitridschicht 5 an allen Oberflächen des Kolbenrings. Der Kolbenring ist aus nichtrostendem Stahl mit einer angelassenen Martensitstruktur hergestellt, wobei die Zusammen setzung aus 0,63 Gew.-% Kohlenstoff, 0,31 Gew.-% Silizium, 0,28 Gew.-% Mangan, 13,45 Gew.-% Chrom, 0,34 Gew.-% Molybdän, 0,026 Gew.-% Phosphor, 0,005 Gew.-% Schwefel, Rest Eisen besteht. Die Nitridschicht wurde auf der oberen und unteren Oberfläche 2 und 3 durch Gasnitrierung gebildet, und der überwiegende Teil des Verbundüberzuganteils wurde mit dem Ergebnis entfernt, daß sie nur noch einen Diffusionsschichtanteil mit einer Oberflächenhärte von HV 950 aufweisen. Die Schicht weist ebenfalls Bestandteile auf, die in den Diffusions schichtteil eingedrungen bzw. auf letzterem dispergiert sind.The piston ring shown in FIG. 1 with a rounded end face has a bearing or running face 1 , lower and upper surfaces 2 and 3 and an inner surface 4 in cross section. All surfaces are provided with a nitride layer 5 on the outside. The piston ring has a diameter of 92 mm, an axial thickness of 2.0 mm and a radial thickness of 3.3 mm. A mixture of polyamide-imide synthetic resin and molybdenum sulfide and graphite as a solid lubricant is prepared beforehand. The proportion of lubricants is 20% by weight based on the synthetic resin. The mixture is applied to the lower and upper surfaces 2 and 3 of the piston ring together with a volatile carrier by means of a spray gun and then baked at 200 ° C for 40 minutes to form a 7 micron thick resin film. The synthetic resin film 7 covers the nitride layer 5 on all surfaces of the piston ring. The piston ring is made of stainless steel with a tempered martensite structure, the composition of 0.63% by weight carbon, 0.31% by weight silicon, 0.28% by weight manganese, 13.45% by weight. % Chromium, 0.34% by weight molybdenum, 0.026% by weight phosphorus, 0.005% by weight sulfur, balance iron. The nitride layer was formed on the upper and lower surfaces 2 and 3 by gas nitriding, and most of the composite coating portion was removed with the result that they have only a diffusion layer portion with a surface hardness of HV 950. The layer also has constituents which have penetrated into the diffusion layer part or have been dispersed on the latter.

Trial operation

Der Kolbenring wurde im Vergleich mit einem konventionellen Nitrid-Kolbenring, der dem ersteren in den Abmessungen ähnlich, aber nicht mit einem Kunstharzfilm überzogen war, getestet. Sowohl der erfindungsgemäße als auch der konventionelle Kolbenring wurden entsprechend als erster Kompressionskolbenring in der folgenden Versuchsmaschine montiert und unter den gleichen Bedingungen getestet:The piston ring was compared to a conventional nitride piston ring, similar in size to the former, but not with a synthetic resin film was coated, tested. Both the inventive and the conventional Piston ring were accordingly used as the first compression piston ring in the following Test machine assembled and tested under the same conditions:

Experimental machine

Typ: 4 Takt 4 Zylinder
Kolbenmaterial: Aluminium
Hubraum: 2000 ccm
Zylinderbohrung: 92 mmType: 4 stroke 4 cylinder
Piston material: aluminum
Displacement: 2000 cc
Cylinder bore: 92 mm

Betriebsbedingungen:
Einlauf: 4000 Upm, 4/4 Last, 20 MinutenOperating conditions:
Run-in: 4000 rpm, 4/4 load, 20 minutes

Vollast:
7500 Upm, 4/4 Last, 10 Minuten
Treibstoff: Hochoktaniges Benzin
Öl: Mischungsverhältnis 32 : 1
(spezifisches Gewicht: 0,75)Full load:
7500 rpm, 4/4 load, 10 minutes
Fuel: high-octane gasoline
Oil: mixing ratio 32: 1
(specific weight: 0.75)

Der Versuch zeigte, daß keine Aluminiumablagerungen an den oberen und unteren Oberflächen des erfindungsgemäßen Kolbenrings waren und daß auf den oberen und unteren Oberflächen des konventionellen Kolbenrings Aluminiumablagerungen in begrenztem Maße vorhanden waren.The experiment showed that there were no aluminum deposits on the top and bottom Surfaces of the piston ring according to the invention were and that on the upper and lower surfaces of the conventional piston ring aluminum deposits were present to a limited extent.

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß der Kunstharzfilm, der an den oberen und unteren Oberflächen gebildet ist, selbstschmierende und hitzebeständige Eigen schaften aufweist, die das Aluminium der betreffenden Kolbenringnut daran hindern, sich an der Oberfläche des Kolbenrings abzulagern. Bei dem erfindungs gemäßen Kolbenring treten nicht die Probleme konventioneller Kolbenringe auf, daß die Gasdichtigkeitseigenschaften des Kolbenrings aufgrund der Aluminium ablagerung auf dem Kolbenring abgesenkt werden, so daß die Maschinenleistung vermindert und die Durchblasneigung erhöht wird.The test results show that the synthetic resin film attached to the upper and bottom surfaces is formed, self-lubricating and heat-resistant self has shafts, the aluminum of the relevant piston ring groove on it prevent it from being deposited on the surface of the piston ring. In the invention according to the piston ring, the problems of conventional piston rings do not arise, that the gas-tight properties of the piston ring due to the aluminum deposit on the piston ring can be lowered so that the machine performance is reduced and the tendency to blow through is increased.

Long-term trial

Der erfindungsgemäße Kolbenring mit dem Kunstharzüberzug wurde im Vergleich mit dem konventionellen Kolbenring getestet, der den gleichen Kunstharzüberzug aufweist, welcher auf der unteren Phosphatschicht ausgebildet ist. The piston ring according to the invention with the synthetic resin coating was compared tested with the conventional piston ring, which has the same synthetic resin coating which is formed on the lower phosphate layer.

In der Versuchsvorrichtung wurde der Kolbenring einer Vibrationsbeanspruchung unterzogen, die den Ringspalt veranlaßte, sich 2000mal in der Minute zu öffnen und zu schließen bzw. umgekehrt. Die Spannung S wurde an einer Stelle gemessen, die dem Ringspalt am Außenumfang des Kolbenrings gegenüberlag. Die Anzahl der Lastenspiele N wurde ebenfalls erfaßt.In the test device, the piston ring was subjected to vibration which caused the ring gap to open 2000 times a minute and close or vice versa. The voltage S was at one point measured, which was opposite the annular gap on the outer circumference of the piston ring. The Number of load cycles N was also recorded.

Die Testergebnisse sind als S-N-Diagramm in Fig. 2 dargestellt. Die Kurven zeigen, daß der erfindungsgemäße Kolbenring eine Dauerschwingfestigkeit von 68 kg/mm und der konventionelle eine von 46 kg/mm² haben, und daß der konventionelle Kolbenring, dessen Kunstharzfilm sich auf der unteren Phosphatschicht befindet, in seiner Dauerfestigkeit im Vergleich zum erfindungsgemäßen Kolbenring vermindert wird, der den gleichen Überzug auf der Nitridschicht aufweist. Bei einigen konventionellen Kolbenringen lösten sich deren Kunstharzüberzüge während des Langzeitversuches ab. Bei verschiedenen anderen konventionellen Kolbenringen brachen die Grundmetalle infolge der Kerbwirkung der Ätzgrübchen auf.The test results are shown as an SN diagram in FIG. 2. The curves show that the piston ring according to the invention has a fatigue strength of 68 kg / mm and the conventional one of 46 kg / mm ² , and that the conventional piston ring, the synthetic resin film of which is on the lower phosphate layer, has a fatigue strength in comparison with the piston ring according to the invention is reduced, which has the same coating on the nitride layer. With some conventional piston rings, their synthetic resin coatings came off during the long-term test. In various other conventional piston rings, the base metals cracked due to the notch effect of the etched dimples.

Claims

1. piston ring for use in an internal combustion engine, characterized in that its lower surface ( 3 ) is provided with a nitride layer ( 5 ) which consists of an upper composite layer section and a lower diffusion layer section, from which the upper composite layer section is removed and that on the Nitride layer a solid lubricant, heat and abrasion resistant synthetic resin layer ( 7 ) is provided.

2. Nitride piston ring according to claim 1, characterized in that its upper and lower surfaces ( 2 , 3 ) are provided with the nitride layer ( 5 ), which consists of the upper composite layer section and the lower diffusion layer section, from which the upper composite layer section is removed and that the heat-resistant and abrasion-resistant synthetic resin layer ( 7 ) containing solid lubricants is provided on the nitride layer.