DE3938833A1 - Oelringanordnung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Verbundölring, insbesondere auf Verbesserungen an einer Stahl-Verbundölringanordnung, die einen Abstandshalter und Seitenelemente besitzt, welche oberhalb und unterhalb des Abstandshalters angeordnet sind und durch den Abstandshalter mit der Innenwand eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine in Druckkontakt gebracht werden.

Um die Abnutzungsfestigkeit der Seitenelemente, die in der Ölringnut eines Kolbens angeordnet sind, in einer Verbundölringanordnung zu verbessern, ist es das herkömmliche Verfahren, daß man sogenannte "verchromte Seitenelemente" erzeugt, von denen jedes an der äußeren Umfangsfläche oder an beiden, an der äußeren und inneren Umfangsfläche verchromt wird, oder man sogenannte "nitrierte Seitenelemente" erzeugt, von denen jedes mit seiner gesamten Randoberfläche einem Nitrierverfahren unterzogen wird. Diese Seitenlemente werden in die Verbrennungskraftmaschine eingebaut.

Die Abnutzung an den Ölringnutseitenflächen, verur­ sacht durch den Kontakt zwischen den nitrierten Seitenelementen bzw. den verchromten Seitenelementen und diesen Seitenflächen, ist im Fall der nitrierten Seitenelemente fünfmal größer. Beim Gebrauch der nitrierten Seitenelemente ist der Leistungsverlust der Seitenelemente durch die Abnutzung hoch und es wird eine große Menge Öl verbraucht.

Es ist herausgefunden worden, daß diese Abnutzungserscheinung an der Ölringnut des Kolbens ein Merkmal der nitrierten Seitenelemente ist, und das die Nutabnutzung durch die Ecken an der Öffnung zwischen den gegenüberstehenden Enden der nitrierten Seitenelemente verursacht wird.

Die nitrierten Seitenelemente haben eine hohe Oberflächenhärte von Hv 1100-1200 und diese erstreckt sich bis an die oben erwähnte Öffnung zwischen den gegenüberstehenden Enden der Sei­ tenelemente. Während des Betriebs der Maschine schwingt die Öffnung so, daß sich die Ecken in die Seitenflächen der Kolbenölringnut einschneiden und dadurch eine Abnutzung verursachen.

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Ölringanordnung mit nitrierten Seitenelementen für einen Stahl-Verbundölring bereitzustellen, so angepaßt, daß die Abnutzung der Seitenflächen einer Ölringnut verhindert wird, um so das oben erwähnte Problem herkömmlicher Technik zu lösen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß eine Stahl­ Verbundölringanordnung, die in eine Ringnut eines Kolbens montiert ist, bereitgestellt wird, bestehend aus einem Paar ringförmiger Seiten­ elemente, von denen jedes gegenüberstehende Endbereiche hat, die so behandelt sind, daß die Nitrierung verhindert wird, und einen Abstandshalter, der die Seitenelemente mit einer Innenwand der Ringnut in Berührung bringt, wobei jedes der Seitenelemente einem Nitrierverfahren unterzogen wird, um darauf eine Nitridschicht zu erzeugen, ausgenommen an den gegenüberstehenden Endbereichen.

Erfindungsgemäß werden beide gegenüberstehende Endbereiche jedes Seitenelementes mit einem nitrierverhinderndem Mittel beschichtet, bevor das Seitenelement einem Nitrierverfahren unterzogen wird. Im Ergebnis wird auf den beschichteten ge­ genüberstehenden Endbereichen der Seitenelemente die Ausbildung einer Nitridschicht verhindert, wodurch die Härte in diesen Bereichen vermindert ist. Dies verringert das Ausmaß der Abnutzung der Seitenflächen der Kolbenölringnut, wenn die gegenüberstehenden Endbereiche des Seitenelements während des Betriebs der Maschine vibrieren.

Erfindungsgemäß kann der Abnutzungsgrad der Seiten­ flächen der Ölringnut im gleichen Maß verringert werden, wie er mit den herkömmlichen verchromten Seitenelementen erzielt wird. Dies wird durch eine einfache Maßnahme erreicht, nämlich durch eine nitrierverhindernde Behandlung der gegenüberstehen­ den Endbereiche der Seitenelemente. Darüber hinaus kann die Abnutzungsfestigkeit auf den gleichen Wert verbessert werden wie er mit herkömmlich nitrierten Seitenelementen erreicht wird.

Andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung und die Ansprüche, basierend auf den entsprechenden Zeichnungen verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stahl-Verbundölrings in einem in einer Kolbenölringnut montierten Zustand;

Fig. 2 ist eine Aufsicht eines Seitenelements das in der Ölringanordnung enthalten ist; und

Fig. 3 ist ein Diagramm, daß die Ergebnisse von Verschleißtests darstellt, wobei (A) die Ergebnisse zeigt, die man beim Gebrauch von herkömmlichen verchromten Seitenelementen erhält, (B) die Ergebnisse zeigt, die man beim Gebrauch von nitrierten Seitenelementen erhält, und (C) die Ergebnisse zeigt, die man beim Gebrauch von nitrierten Seitenelementen erhält, die der vorliegenden Erfindung entsprechen.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ölringanordnung wird nun in Bezug auf die entsprechenden Zeichnungen detailliert beschrieben.

In Fig. 1 wird eine Stahl-Verbundölringanordnung 1 gezeigt, die aus einem Abstandshalter 2 und zwei Seitenelementen 3 besteht, die oberhalb und unterhalb des Abstandshalters 2 angeordnet sind. Diese Ölringanordnung 1 ist in einer Ölringnut 5 montiert, die in der Wandung eines Kolbens 4 aus­ geformt ist und Seitenflächen 8f-1, 8-2 hat.

Der Abstandshalter 2 besitzt eine Schulter 6, die in dieser Ausführungsform von der inneren Umfangsfläche jedes Seitenelements 3 berührt wird. Verursacht durch den Druck, der auf die Seitenelemente 3 von der Schulter 6 aufgebracht wird, werden die Seitenelemente 3 mit der Innenwand 7 eines Zylinders und mit den Seitenflächen 8-1, 8- 2 der Ölringnut 5 in Berührung gebracht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, hat jeder Ölring 3 gegenüberstehende Endbereiche 9. Während nach dem Stand der Technik die gesamte Randoberfläche eines Seitenelements nitriert ist, werden entsprechend der vorliegenden Erfindung die Bereiche A der ge­ genüberstehenden Endbereiche 9 so behandelt, daß die Ausbildung einer Nitridschicht verhindert wird. Es ist ausreichend, wenn der Bereich A 5 mm oder weniger lang ist. Beispielsweise werden nur die Bereiche A auf den gegenüberstehenden Endbereichen des Seitenelements 3 mit einem nitrierverhindernden Mittel beschichtet bevor das Seitenelement einem Nitrierverfahren unterzogen wird.

Ein Beispiel eines Nitrierverhindernden Mittels wird unter dem Markennamen "NO-TRIDE" verkauft, hergestellt von der Park Chemical Company in den USA. Dieses Mittel wird mit einem Pinsel, nachdem das Seitenelement entfettet und gewaschen ist, aber vor der Nitrierbehandlung, gleichmäßig auf die gegenüberstehenden Endbereiche des Seitenelements aufgebracht. Das Seitenelement darf dann für ca. 60 Minuten in der Atmosphäre lufttrocknen. Danach wird das Seitenelement für 130 Minuten auf 570° erhitzt, um in einer Ammoniakgasatmosphäre die Nitrierung durchzuführen.

Nach dem Aufbringen des Nitrierverhindernden Mittels, beim Durchführen der Nitrierung, wird eine geringe Erhöhung der Härte erreicht, aber im gesamten wird die Härte auf einer niedrigen Hv 350-550 gehalten.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse der Versuche mit herkömmlichen Kolbenringen und des erfindungsgemäßen Kolbenrings. Fig. 3 (A) verdeutlicht den Verschleißzustand einer Kolbenölringnut, wenn die herkömmlichen verchromten Seitenelemente benutzt werden, (B) zeigt den Zustand, wenn die herkömmlichen nitrierten Seitenelemente benutzt werden, und (C) zeigt den Zustand, wenn die erfindungsgemäßen Seitenelemente benutzt werden. Jede der oberen Kurven in diesen Zeichnungen bezieht sich auf die Seitenfläche 8-1, und jede der unteren Kurven bezieht sich auf die Seitenfläche 8-2. In Ubereinstimmung mit den Ergebnissen von Messungen, beträgt mit den verchromten Seitenelementen das maximale Verschleißmaß der Seitenfläche 8-1 4.2 µm und das maximale Verschleißmaß der Seitenfläche 8-2 ist 1.8. Mit den herkömmlichen nitrierten Seitenelementen beträgt das maximale Verschleißmaß der Seitenfläche 8-1 22.0 µm und das maximale Ver­ schleißmaß der Seitenfläche 8-2 ist 2.5 µm. Mit den erfindungsgemäßen Seitenelementen beträgt das maximale Verschleißmaß der Seitenfläche 8-1 4.5 µm und das maximale Verschleißmaß der Seitenfläche 8-2 ist 2.5 µm.

An einem Kolben, der in Übereinstimmung mit der Erfindung Seitenelemente trägt, deren gegenüberstehende Endbereiche so behandelt sind, daß die Nitrierung verhindert wird, werden die Sei­ tenflächen 8-1, 8-2 der Ölringnut 5 weniger durch die gegenüberstehenden Endbereiche der Kolbenringe abgenutzt, auch wenn durch den Lauf der Maschine Schwingungen erzeugt werden. Dies ermöglicht es hervorragende Ergebnisse zu erzielen, nämlich eine Ölnutseitenflächenabnutzung die der entspricht, die man mit herkömmlichen verchromten Seitenelementen erreicht.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann, basierend auf dem Wesentlichen auf zahlreiche Arten verändert werden, ohne dabei den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.

Eine Stahl-Verbundölringanordnung besteht aus nitrierten Seitenelementen und einem Abstandshalter. Die gegenüberstehenden Endbereiche jedes Seitenelements werden so behandelt, daß die Ausbildung einer Nitridschicht nur an diesen Bereichen verhindert wird, um deren Härte zu verringern. Dies vermindert das Ausmaß, in dem die Eckbereiche der gegenüberstehenden Enden die Seitenflächen einer Kolbenölringnut abnutzen.

Claims (1)

1. Stahl-Verbundölringanordnung (1) in einer Kolbenringnut (5) montiert, gekennzeichnet durch:
   ein Paar ringförmiger Seitenelemente (3), von denen jedes gegenüberstehende Endbereiche (9) hat, die so behandelt sind, daß die Nitrierung verhindert wird; und
   einen Abstandshalter (2), der die Seitenelemente (3) mit einer Innenwand der Ringnut (5) in Berührung bringt, wobei
   jedes der Seitenelemente (3) einem Nitrierverfahren unterzogen wird, um darauf eine Nitridschicht zu erzeugen, ausgenommen an den gegenüberstehenden Endbereichen (9).