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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gleitelemente, die zwischen relativ
zueinander gleitenden Gleitoberflächen von Gleitelementen ausreichende Schmierölmengen
halten können
und die den Gleitwiderstand reduzieren können und die Entstehung eines
ungewöhnlichen
Geräuschs
dazwischen wirksam vermeiden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Kolben für Brennkraftmaschinen, der
auf der Gleitoberfläche
mit einer Buchse ausreichende Schmierölmengen halten kann.
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Technischer
Hintergrund
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Um
den Gleitwiderstand gleitender Elemente zu reduzieren, sind den
Materialien von Gleitelementen Fluorverbindungen, Silikon oder dergleichen
hinzugefügt
worden, oder alternativ sind zuvor Beschichtungen vorgesehen worden,
die aus Materialien wie etwa Molybdän und Fluor-Harz hergestellt sind.
Jedoch kann der erstere Fall nicht zu einer wesentlichen Reduktion
des Gleitwiderstands führen, und
der letztere Fall hat Probleme darin, dass die Beschichtung absplittert
oder verschleißt.
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Insbesondere
wird in einem Kolben von Brennkraftmaschinen (nachfolgend einfach
als "Kolben" bezeichnet) ein
Teil des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer von einem Kolbenring
aufgenommen, der in Bezug auf eine Buchse gleitet. Die Position
des Kolbens wird durch Kontaktieren eines Hemdabschnitts, der am
unteren Abschnitt des Kolbens vorgesehen ist, mit der Buchse beibehalten. Wenn
daher der Kontakt des Hemdabschnitts mit der Buchse nicht glattgängig erfolgt,
nimmt der Gleitwiderstand zu, wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird
und aufgrund des Kontakts vom Kolben mit der Buchse in einigen Fällen ein
ungewöhnliches
Geräusch
erzeugt wird.
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Die
japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen, Erstveröffentlichungen Nr. 16451/77
und 193941/82 schlagen Verfahren vor, in denen auf einem Hemdabschnitt
von Kolben durch Sandstrahlen oder Kugelstrahlen feine Dellen gebildet
werden. Es ist bekannt, dass diese Verfahren nicht zu der Wirkung
führen
können,
die Entstehung eines ungewöhnlichen
Geräuschs
zu vermeiden.
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Allgemein
ist es bekannt, dass relativ zueinander gleitende Oberflächen anfänglich einem
starken Verschleiß unterliegen.
Der Grund hierfür
ist, dass anfänglich
durch spanende Bearbeitung gebildete scharte Kanten verschleißen, und
dieser Verschleiß wird "Anfangsverschleiß" genannt. Der Anfangsverschleiß tritt
auf, während
er zusammen durch mehrere Faktoren beeinflusst wird, wie etwa die
den Gleitoberflächen
zugeführten
Schmierölmenge,
den auf die Gleitoberflächen
ausgeübten
Oberflächendruck,
der Gleitgeschwindigkeit, der Oberflächenrauhigkeit der Oberflächen und
der Wärme,
die durch die Wirkungen dieser Faktoren erzeugt wird. Der Verschleißbetrag
und der Gleitwiderstand werden reduziert, wenn diese Faktoren ausgeglichen sind
(Einlaufphänomen).
Nachdem Einlaufphänomen treten
große
Verschleißbeträge nicht
auf, so lange das Gleichgewicht nicht unterbrochen ist. Wenn sich jedoch
die Zufuhr von Schmieröl
oder die Relativgeschwindigkeit des Gleitens oder dergleichen stark verändert, könnte eine
Wärmeerzeugung,
ein rascher Verschleiß und
eine Makro-Verformung der Gleitoberflächen auftreten, und diese können ein
ungewöhnliches
Geräusch
hervorrufen.
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Daher
beruht die vorliegende Erfindung auf dem Anfangsverschleiß an den
Gleitelementen, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, Gleitelemente
mit idealen Oberflächeneigenschaften
nach dem Anfangsverschleiß bereitzustellen.
Das heißt,
die Aufgabe der Erfindung ist es, Gleitelemente bereitzustellen,
die nach dem Anfangsverschleiß glattgängig gleiten
und ein ungewöhnliches
Geräusch
wirksam vermieden werden kann. Ferner ist es eine andere Aufgabe
der Erfindung, einen Kolben bereitzustellen, an denen die Gleitelemente
angewendet werden, so dass das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt
und der Buchse eng sein kann, wodurch die Position des Kolbens stabil
sein kann, und ein Klappern des Kolbens verhindert werden kann und
daher Geräusch
und Vibration unterdrückt
werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleitwiderstand
in einer frühen
Stufe durch Auftreten von Anfangsverschleiß innerhalb einer kurzen Zeit
in einer Anfangsstufe des Betriebs zu reduzieren.
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In
der
U.S. 5 630 953 erstrecken
sich die Nuten parallel zur Längsrichtung
des Vorsprungs, der durch die Kanäle definiert ist, so dass sie
eine Art Barriere an dem oberen Längsrand des trapezförmigen Querschnitts
bilden, die den Öltransfer
zwischen den Kanälen
und der Oberseite des trapezförmigen Querschnitts,
der die Nuten enthält,
unterbindet.
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Die
EP 0 709 587 zeigt Gleitelemente
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dort ist an der Oberseite der Vorsprünge eine
scharfe spitze Rauhigkeit vorgesehen.
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In
der
U.S. 5 239 955 wird
eine Kolbenoberfläche
mit Dellen versehen, um den Eingriff eines Fest-Schmiermittelfilms
zu verbessern.
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In
der
U.S. 4 258 084 ist
das Glaskugelstrahlen ebener Zylinderwände offenbart, um Vertiefungen auszubilden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sieht Gleitelemente vor, die eine Gleitoberfläche haben
und die relativ zueinander in einer Gleitrichtung gleiten, wobei
die Gleitoberfläche
zumindest eines der Gleitelemente umfasst: einen Vorsprung, der
sich entlang einer die Gleitrichtung kreuzenden Richtung erstreckt;
und eine Rauigkeit, die an einer Oberfläche des Vorsprungs vorgesehen
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung bei Betrachtung
im Querschnitt entlang der Gleitrichtung einen angenähert trapezförmigen Querschnitt
hat, worin der trapezförmige Querschnitt
die Gleitoberfläche
und an seinen peripheren Abschnitten gebildete Kanten bildet; und
die Rauigkeit durch eine Mehrzahl feiner Dellen gebildet ist, die
Drainageabschnitte an den peripheren Abschnitten des angenähert trapezförmigen Abschnitts bilden,
welche dazu ausgelegt sind, der Gleitoberfläche durch die Drainageabschnitte
entlang der Gleitrichtung Schmieröl zuzuführen.
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In 1A und
in den anderen Figuren werden die Funktionen der Erfindung in Bezug
auf Kolben erläutert.
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1A zeigt
eine Oberfläche
eines Hemdabschnitts eines Kolbens ohne Dellen, welche durch eine
Computer-generierte Darstellung gezeigt ist, und zeigt Vorsprünge, die
sich entlang dem Außenumfang
des Kolbenkörpers
erstrecken. 1A zeigt den Zustand des Außenumfangs
des Kolbenkörpers
nach spanender Bearbeitung. Der Vorsprung wird zwischen Vertiefungen
ausgebildet, die einen kreisförmigen
Querschnitt haben. Die spanende Bearbeitung kann derart durchgeführt werden,
dass der Außenumfang
des Kolbenkörpers
mit einem Eingriff geschnitten wird, wenn der Kolbenkörper in
seiner axialen Richtung relativ gefördert wird. In diesem Fall ist
der Vorsprung entlang der axialen Richtung spiralig.
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Wenn
an dem Kolben Anfangsverschleiß auftritt,
wird der Kantenabschnitt des Vorsprungs abgetragen, so dass er einen
angenähert
trapezförmigen
Querschnitt bekommt, wie in 1B gezeigt. Der
trapezförmige
Abschnitt besteht aus einer Gleitoberfläche und einer Kante E, die
an dessen peripheren Abschnitten ausgebildet ist, und die Kante
E verhindert, dass das in den Vertiefungen angesammeltes Schmieröl der Gleitoberfläche, die
eine Schmierung benötigt,
zugeführt
wird. Die 2A und 2B zeigen
einen Querschnitt des in den 1A und 1B gezeigten
Vorsprungs, worin 2A einen Zustand nach der spanenden
Bearbeitung zeigt und 2B einen Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
Wie sich aus 2B versteht, fungiert die Kante,
die an dem peripheren Abschnitt der Gleitoberfläche nach dem Anfangsverschleiß gebildet
ist, als Spitze, und das Schmieröl
kann an einigen Abschnitten nicht zugeführt werden. In diesem Fall würde die
Temperatur der Abschnitte zunehmen und ein ungewöhnliches Geräusch hervorrufen.
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3A zeigt
eine Oberfläche
eines Hemdabschnitts des Kolbens gemäß der Erfindung, die durch
eine Computer-generierte Darstellung gezeigt ist, und zeigt einen
Vorsprung, der sich entlang dem Außenumfang des Kolbenkörpers erstreckt,
sowie feine Dellen, die an der Oberfläche des Vorsprungs ausgebildet
sind. Wenn an dem Kolben Anfangsverschleiß auftritt, wird der Kantenabschnitt
des Vorsprungs abgetragen, so dass der Querschnitt angenähert trapezförmig wird,
wie in 3B gezeigt. Die Dellen bilden
Drainageabschnitte B an den peripheren Abschnitten der Gleitoberfläche an dem
trapezförmigen
Abschnitt.
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Die
Funktionen der Dellen in der Erfindung werden in Bezug auf die 5A und 5B erläutert. Wie
in 5A gezeigt, hat die Oberfläche des Kolbens im fertig spanend
bearbeiteten Zustand mehrere V-förmige
Nuten, die sich entlang seinem Außenumfang erstrecken, bei vergrößerter Betrachtung.
Wenn der Oberfläche
Schmieröl
zugeführt
wird und darauf ein Oberflächendruck
ausgeübt
wird, sammelt sich aufgrund des Kapillareffekts das Schmieröl am Boden
der Nut rascher an als am oberen Kantenabschnitt, so dass sich nur
schwer ein Ölfilm
bildet und der Gleitwiderstand groß ist. Im Gegensatz hierzu
zeigt 5B eine Ausführung der Delle gemäß der Erfindung.
Wenn einer solchen Oberfläche
Schmieröl
zugeführt
wird, wie in 5C gezeigt, fungiert die Delle
als Ölreservoir
und akkumuliert Öltröpfchen O.
Daher bleibt der Ölfilm
S erhalten, wenn auf die Oberfläche
ein Oberflächendruck ausgeübt wird,
und hierdurch wird eine Zunahme des Gleitwiderstands verhindert.
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Gemäß der Erfindung
akkumuliert jede feine Delle das Schmieröl, und durch die Hin-und-Her-Bewegung
des Kolbens kann das Schmieröl
der Gleitoberfläche
durch den Drainageabschnitt B leicht zugeführt werden. Nachdem der Anfangsverschleiß stattgefunden
hat und der Kolben in die Buchse eingesetzt wird, wird daher das
Schmieröl
dem Gleitabschnitt zugeführt,
um einen Ölfilm
zu bilden, um hierdurch die Gleitoberfläche zu schmieren und ein ungewöhnliches
Geräusch
zu vermeiden. Die 4A und 4B sind
Querschnitte des in den 3A und 3B gezeigten
Vorsprungs, wobei 4A den Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt,
und 4B den Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
Da, wie in 4A gezeigt, der Vorsprung mit Dellen
ausgebildet ist, findet der Anfangsverschleiß rasch statt. Es tritt ein
Einlaufphänomen
auf, wenn mehrere Faktoren wie etwa die der Gleitoberfläche zugeführte Schmierölmenge und
der auf die Gleitoberfläche
ausgeübte
Oberfächendruck
im Gleichgewicht stehen. Das Gleichgewicht wird bei einem niedrigen
Gleitwiderstand erhalten, da der Anfangsverschleiß in einer
kurzen Zeit im Anfangszustand des Betriebs abgeschlossen wird. Darüber hinaus
wird das Schmieröl
den Gleitoberflächen
glattgängig
zugeführt
und sammelt sich in den auf der Gleitoberfläche verbleibenden Dellen an,
und der Gleitwiderstand nach dem Anfangsverschleiß kann stark
reduziert werden. Daher kann das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt
des Kolbens und der Buchse eng sein, so dass die Position des Kolbens
stabil sein kann und ein Klappern des Kolbens verhindert wird, um
hierdurch Geräusch
und Vibration zu unterdrücken.
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Das
oben erwähnte
Einlaufphänomen
sollte rasch und mit einem geringen Verschleißbetrag vonstatten gehen. Der
vordere Abschnitt des Vorsprungs, der entlang dem Umfang des Hemdabschnitts
vorgesehen ist, der mit einer Buchse eine Gleitoberfläche darstellt,
verschleißt
während des
Gleitens, bis der Oberflächendruck
stabil wird. Der Grund hierfür
ist, dass der überstehende
Spitzenabschnitt des Vorsprungs beseitigt wird, um eine entsprechende
Fläche
von Vorsprüngen
beizubehalten, die beim Gleiten dem Oberflächendruck widerstehen können. Der
beseitigte obere Abschnitt verbleibt in dem Schmieröl als Schleifpartikel.
Um die Menge der Schleifpartikel auf so gering wie möglich zu
reduzieren, ist es wirksam, zuvor eine ebene Oberfläche auszubilden,
die dem Oberflächendruck widerstehen
kann, anstatt eine scharfe Kante auszubilden. Daher hat der Vorsprung
einen angenähert trapezförmigen Abschnitt,
bei Betrachtung im Querschnitt entlang der Gleitrichtung. Bei einer
solchen Konstruktion können
der Oberflächendruck,
der auf die Gleitoberfläche
ausgeübt
wird, und die Oberflächenrauhigkeit
davon, sowie die gemäß der relativen Gleitgeschwindigkeit
zugeführte
Schmierölmenge
in einer kürzeren
Dauer stabil sein, im Gegensatz zu dem Fall, in dem durch spanende
Bearbeitung eine scharfe Kante ausgebildet wird.
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Um
die oben erwähnten
Vorteile zu erlangen, müssen
die Dellen eine geeignete Größe haben. Wenn
die Dellen zu klein sind, ist die Funktion, das Schmieröl zu akkumulieren,
nicht ausreichend, und die Funktion des Extrahierens des Schmieröls zu der Gleitoberfläche hin
ist nicht ausreichend, da der Drainageabschnitt zu klein ist. Wenn
hingegen die Dellen zu groß sind,
wird der Vorsprung zu stark deformiert, und die Funktionen durch
den Vorsprung können nicht
erhalten werden. Die Delle kann durch Kugelstrahlen gebildet werden.
In diesem Fall liegt, entsprechend den Einschränkungen der Größe der Dellen,
die durchschnittliche Tiefe der Dellen bevorzugt im Bereich von
0,6 bis 1,8 μm.
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Die 6A und 6B zeigen
Querschnitte der Vorsprünge
vor dem Anfangsverschleiß. 6A zeigt
eine Ausführung,
die eine Vertiefung mit kreisförmigen
Querschnitt hat. In einer Ausführung
hat der Vorsprung einen kreisförmigen
Querschnitt, wie in 6B gezeigt, im Gegensatz zu
jenem von 6A, oder Vertiefungen in Vorsprüngen erstrecken
sich im Querschnitt als Wellen, wie in 6C gezeigt,
oder haben einen dreieckigen Querschnitt, wie in 6E gezeigt.
Die Ausführungen
der 6A, 7B, 6C und 6E sind
durch die vorliegende Erfindung nicht abgedeckt. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Ausführung,
in der die Vertiefung und der Vorsprung einen trapezförmigen Querschnitt
haben, wie in 6D gezeigt.
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Um
die Voreile der Erfindung zu erlangen, liegt der Abstand P der Vorsprünge bevorzugt
im Bereich von 200 bis 400 μm,
und besonders bevorzugt im Bereich von 250 bis 300 μm. Die Höhe N1 bis zum oberen Rand des Vorsprungs vom
Boden der Vertiefung vor dem Anfangsverschleiß beträgt bevorzugt 7 bis 15 μm, und besonders
bevorzugt 8 bis 12 μm.
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Bei
dem Kugelstrahlprozess zur Bildung von Dellen werden bevorzugt kleine
partikuläre
Glasperlen durch Luft auf den Kolben gestrahlt. Der durchschnittliche
Durchmesser der Kugel liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 60 μm, und der
Durchmesser der Kugel beträgt
bevorzugt 20 μm
oder mehr. Der Luftdruck beim Kugelstrahlen liegt bevorzugt im Bereich
von 1,5 bis 5,0 kg/cm2. Es sollte angemerkt
werden, dass es bevorzugt ist, die Dellen auf der gesamten Oberfläche einschließlich der
Vertiefung auszubilden, obwohl die Dellen auch nur auf dem Vorsprung
ausgebildet werden können.
Die Vorsprünge und
die Dellen werden bevorzugt nicht nur auf dem Hemdabschnitt des
Kolbens ausgebildet, sondern auch auf Nuten der Kolbenringe und
einem Steg, so dass die Entstehung ungewöhnlicher Geräusche zwischen
der Nut und dem Kolbenring und zwischen dem Steg und der Buchse
verhindert werden.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Gleitelemente der Erfindung nicht
auf die oben erwähnten Kolben
beschränkt
sind, sondern auf beliebige Typen von Elementen anwendbar sind.
Zum Beispiel kann die Erfindung auf hin-und-her gleitende Elemente angewendet
werden, und rotierende Gleitelemente, wie etwa Kolbenbolzen, Gleitmetalle
für Brennkraftmaschinen
und Nockenwellenhalter. In dem man zumindest eines eines Paars von
Gleitelementen in der obigen Weise ausgestaltet, kann man die gleichen
Vorteile wie oben beschrieben erhalten, worin das Schmieröl auf der
Gleitoberfläche
gehalten werden kann und die Herstellung die Erzeugung eines ungewöhnlichen
Geräuschs
verhindert werden kann.
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Ferner
können
Festschmierstoffe wie etwa Molybdän-Disulfid und fluorartige
Harze vor oder nach dem Kugelstrahlprozess durch einen Oberflächenbehandlungsprozess,
wie etwa Beschichtung, Imprägnierung
und Diffusion, vorgesehen werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A und 1B sind
jeweils Ansichten, die vergrößerte Oberflächen eines
Kolbens ohne Delle zeigen, worin 1A den
Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 1B den
Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
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2A und 2B sind
Querschnitte eines Kolbens ohne Dellen, worin 2A den
Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 2B den
Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
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3A und 3B sind
Ansichten, die vergrößerte Oberflächen eines
Kolbens der Erfindung zeigen, worin 3A den
Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 3B den
Zustand nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
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4A und 4B sind
Querschnitte eines Kolbens der Erfindung, worin 4A den
Zustand vor dem Anfangsverschleiß zeigt und 4B den Zustand
nach dem Anfangsverschleiß zeigt.
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5A ist
eine schematische Zeichnung, die einen Querschnitt eines herkömmlichen
Kolbens zeigt, 5B ist eine schematische Zeichnung,
die einen Querschnitt eines Kolbens der Erfindung zeigt, und 5C zeigt
den Zustand, in dem sich in einer Delle ein Öltröpfchen angesammelt hat.
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6A und 6B sind
Querschnitte von Vorsprüngen
von Kolben vor dem Anfangsverschleiß, worin 6A einen
Kolben mit einer kreisförmigen
Vertiefung zeigt und 6B einen Kolben mit einem kreisförmigen Vorsprung,
entgegengesetzt zu 6A, zeigt. 6C bis 6E sind
Querschnitte von Vorsprüngen
von Kolben vor dem Anfangsverschleiß, worin 6C einen
Kolben zeigt, in dem Vertiefungen und Vorsprünge sich als Wellen erstrecken, 6D einen
Kolben zeigt, in dem die Querschnitte der Vertiefung und des Vorsprungs
trapezförmig
sind, und 6E einen Kolben zeigt, in dem
die Querschnitte der Vertiefungen und der Vorsprünge dreieckig sind.
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7 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem einwirkenden Druck
und der durchschnittlichen Tiefe von Dellen in einer Ausführung zeigt.
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8 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Einlaufdauer und dem
Reduktionsindex einer Ausführung
zeigt.
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9 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der durchschnittlichen
Dellengröße und der Reduktionsrate
des Gleitwiderstands in einer Ausführung zeigt;
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10 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem einwirkenden Druck
und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands in einer Ausführung zeigt.
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11 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der auf Proben ausgeübten Last
und dem Reibkoeffizienten in einer Ausführung zeigt.
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Beste Art zur Ausführung der
Erfindung
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A. Herstellung von Proben
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Es
wurden Kolben mit typischer Form und Größe hergestellt. Vorsprünge (Streifen)
mit einem in 6A gezeigten Querschnitt wurden
um den Außenumfang
der Kolben herum ausgebildet. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen betrug
etwa 250 μm
und deren Höhe
betrug etwa 10 μm.
Der Kolben wurde auf einem Drehteller angebracht, und Glasperlen
mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 μm wurden mit Druckluft auf die Seitenoberfläche des
Kolbens gestrahlt, während
der Kolben gedreht wurde. Es wurden mehrere Proben hergestellt,
während
der einwirkende Druck von 1,5 kg/cm2 auf
5,0 kg/cm2 geändert wurde.
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B. Dellenmessung
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Zur
Auswertung der durchschnittlichen Tiefe von Dellen in jeder Probe
wurde die Oberflächenrauigkeit
Ra der Probe gemessen, und Ra wurde definiert als die durchschnittliche
Tiefe. Die Ergebnisse sind in 7 gezeigt.
Wie aus 7 ersichtlich, nimmt die Tiefe
der Delle zu, wenn der ausgeübte Druck
beim Kugelstrahlprozess erhöht
wurde.
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C. Messung des Reibverlusts
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Es
wurden geeignete Proben ausgewählt, und
sie wurden in Brennkraftmaschinen installiert, und deren Reibverlust
wurde dann gemessen. Bei der Messung des Reibverlusts wurde der
Leistungs-Reibverlust
der Brennkraftmaschine gemessen, und der Reduktionsindex des Gleitwiderstands wurde
gemäß der Leistungsänderung
berechnet. Der Reduktionsindex beim Anfangsbetrieb wurde als "1" definiert, und die zeitliche Änderung
im Reduktionsindex ist in 8 gezeigt.
Es sollte angemerkt werden, dass 0,9% des Reduktionsindex bedeutet,
dass der Gleitwiderstand mit der Rate von 10% reduziert ist. Als
Vergleichsbeispiel wurde ein Kolben mit dem in 6A gezeigten
Querschnitt ohne Kugelstrahlprozess einem ähnlichen Einlaufbetrieb unterzogen,
und das Ergebnis davon ist in 8 gezeigt.
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Wie
in 8 gezeigt, sank der Reduktionsindex in der Erfindung
rasch von 1 auf 0,94, wenn der Einlaufbetrieb gestartet wurde, und
sank dann langsam weiter. Im Gegensatz hierzu sank der Reduktionsindex
im Vergleichsbeispiel viel langsamer als in der Erfindung und blieb
dann auf einem höheren
Niveau als in der Erfindung. Vergleicht man den Reduktionsindex
nach dem Abschluss des Einlaufbetriebs, war zu erkennen, dass das
Beispiel der Erfindung 2,2% niedriger war als im Vergleichsbeispiel.
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D. Gleittest
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Die
Seitenoberfläche
der Probe in dem Beispiel wurde gegen eine Platte gedrückt, die
eine Buchse simulierte, und wurde mit einem Hub von 50 mm hin und
her bewegt. In diesem Fall wurde Schmieröl auf die Oberfläche der
Platte getropft, und die Drucklast wurde allmählich erhöht. In diesem Zustand wurde
der Echtzeit-Reibwiderstand gemessen, und der durchschnittliche
Reibwiderstand pro Zeiteinheit wurde durch Integrieren des Reibwiderstands über die
Zeit gemessen. Die im obigen Einlaufbetrieb verwendete Probe des
Vergleichsbeispiels wurde dem gleichen Gleittest wie oben unterzogen.
Der durchschnittliche Reibwiderstand in dem Beispiel wurde berechnet,
wobei der durchschnittliche Reibwiderstand in dem Vergleichsbeispiel
als "1" definiert wurde
und die Reduktionsrate (%) des Gleitwiderstands in der Erfindung
in Bezug auf jene des Vergleichsbeispiels berechnet wurde. Die Beziehung zwischen
der durchschnittlichen Dellentiefe und der Reduktionsrate des Gleitwiderstands
ist in 9 gezeigt. Wie sich aus 9 versteht,
ist die Reduktionsrate des Gleitwiderstands groß, wenn die durchschnittliche
Tiefe der Dellen im Bereich von 0,6 bis 1,8 μm liegt.
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Die
in 9 gezeigte Beziehung ist in die Beziehung zwischen
dem beim Kugelstrahlprozess einwirkenden Druck und der Reduktionsrate
des Gleitwiderstands gebracht, und diese ist in 10 gezeigt.
In 10 sind die einwirkenden Drucke im Bereich von
2,5 bis 4,5 kg/cm2 aufgetragen. Auf den Plot
wird eine gekrümmte
Linie aufgelagert, und die gekrümmte
Linie wird extrapoliert, wie mit der gestrichelten Linie angegeben.
Im Ergebnis wird angenommen, dass die Reduktionsrate des Gleitwiderstands
groß ist,
wenn der ausgeübte
Druck im Bereich von 1,5 bis 5,0 kg/cm2 liegt.
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E. Fresstest
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Im
obigen Gleittest wurde das Auftropfen des Schmieröls gestoppt,
und der Kolben wurde hin und her bewegt, bis ein Fressen auftrat,
während
der Reibkoeffizient gemessen wurde. Die Proben in der Erfindung
und dem Vergleichsbeispiel wurden dem Test unterzogen, und die Ergebnisse
davon sind in 11 gezeigt. Wie in 11 gezeigt,
trat im Vergleichsbeispiel das Fressen bei 7 kgf auf. Im Gegensatz
hierzu trat in der Erfindung das Fressen bis zu 22 kgf nicht auf.
Somit wurde bestätigt,
dass der Kolben in der Erfindung einen überragenden Gleitwiderstand
hat, und dies zeigte auch, dass er wirksam darin ist, die Entstehung
eines ungewöhnlichen
Geräuschs
zu vermeiden.
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Da
wie oben erläutert,
die Erfindung einen sich entlang dem Außenumfang erstreckenden Vorsprung
und an der Oberfläche
des Vorsprungs vorgesehene feine Dellen enthält, wird Schmieröl in den Dellen
akkumuliert und wird beim Einlaufbetrieb durch einen von der Delle
gebildeten Drainageabschnitt leicht extrahiert. Im Ergebnis wird
die Entstehung eines ungewöhnlichen
Geräuschs
verhindert, und der Gleitwiderstand nach dem Einlaufvorgang kann
in der Erfindung reduziert werden. Da das Spiel zwischen dem Hemdabschnitt
des Kolbens und der Buchse eng sein kann, kann daher die Position
des Kolbens stabil sein und kann ein Klappern des Kolbens verhindert
werden, um hierdurch Geräusch
und Vibration zu unterdrücken.