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Verfahren zum Herstellen von selbstfedernden Kolbenringen aus Sintereisen
Aus Sintermetall hat man bisher einerseits Legierungen, die im Schmelzfluß nicht
herstellbar waren, z. B. für Hartmetallwerkzeuge, andererseits poröse, selbstschmierende
Werkstücke für Lager od. dgl. angefertigt. Auch Kolbenringe aus Sintermetall sind
bereits bekanntgeworden, und zwar solche aus gesintertem, pulverförmigem Leichtmetall
mit Zusätzen von Schwermetallen hoher Schmelztemperatur und Ringe aus einem selbstschmierenden
Gemisch von Metallpulver und Graphit. Im ersten Falle wollte man einen Kolbenring
mit möglichst geringem spezifischem Gewicht, im zweiten einen solchen mit möglichst
;guten Lauf- und Notlaufeigenschaften herstellen. Dem Ziel, einesteils gute Laufeigenschaften
und andernteils hohe Festigkeit zu erhalten, dienen Zweimetal.lkolbenringe, deren.
Rückenteil aus Gußeisen oder Stahl und deren Lau.fflächenteil aus einem Werkstoff
mit ,guten Laufeigenschaften, z. B. Bronze, Leichtmetall, Kupfer, Weißmetall od.
dgl., besteht. Es sind bereits derartige Kolbenringe bekanntgeworden, deren Laufflächenteil
durch Zusammenpressen oder Zusammenbacken eines Gemisches von pulverförmigen Eisen-
oder Nichteisenmetallen hergestellt und mit dem elastischen Rückenteil durch Sintern
verbunden wurde. Dort befriedigt aber .die Haftung zwischen den beiden auf verschiedenen
Wegen 'hergestellten Ringteilen
nicht, und außerdem setzt :die Fertigung
eines solchen Ringes ,sowohl Einrichtungen zum Gießen und Bearbeiten der Rückenteile
als auch :solche zum Sintern der Laufflächenteile voraus.
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Vorgeschlagen, aber nicht zum Stand der Technik gehörig, ist ein Verfahren
.zur Herstellung von Kolbenringen aus Sintermetall, bei .dem eine Sintermetallachicht
den Rückenteil, eine zweite Sintermetallschichtden: Laufflächentei.l .des Kolbenringes
bildet und beide Schichten, deren Zusammensetzung :den verschiedenen Ansprüchen
entsprechend, ver-.schieden ist, in Pulverform zusammengefügt und :gleichzeitig
gesintert werden.
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Es hat sich nun gezeigt, :daß bei selbstfedernden Kolbenringen aus
Sintermetall die Spannungsgebung besondere Schwierigkeiten bereitet"da hohe Spannung
und gute Spannungsbeständigkeit in Sinterkörpern, insbesondere solchen aus Sintereisen,
nicht mit guten Lauf- und Selbstschmiereigenschaften zu vereinigen sind. Entweder
sind die mechanischen Eigenschaften .des Sinterkörpers gut genug, die erforderliche
hohe und beständige Spannung zuzulassen,dann . .setzt :das voraus, :daß der Sinterkörper
möglichst dicht und porenlos ist, womit man jedoch auf die angestrebte gute öladsorption
und Selbstschmierung verzichtet, oder der Sinterkörper wird in der Art selbstschmierender
Sinterlager porös und ölaufsaugend sowie durch Graphitzusatz selbstschmierend gemacht.
Dann fehlt ihm aber die notwendige Festigkeit und Elastizität. Der oben erwähnte
Vorschlag will diese Schwierigkeiten durch gleichzeitiges Sintern verschieden,zusammengesetzter
Pulver überwinden.
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Die Erfindung geht zur Lösung des Problems einen anderen Weg, indem
das Sinternder aus verschieden zusammengesetzten Eisenpulvern bestehenden Kolbenringe
in zwei getrennten Vorgängen vorgenommen und das Spannen des Ringes zwischen die
beiden Sinterstufen eingeschaltet wird. Auf diese Weise werden die sich aus der
ungenügenden Festigkeit der Sinterringe bisher ergebenden Schwierigkeiten am sichersten:
vermieden: werden, und zwar ohne daß man auf :die Vorteile des Sinterverfahrens
bei, der Herstellung und die mit ihm erzielbaren guten Notlaufeigenschaften der
Ringe verzichtet.
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Die Erfindung besteht demnach darin, daß die Kolbenringe aus einem
Pulver, das Sinterkörper hoher Festigkeit und Maßhaltigkeit ergibt, gesintert, darauf
;gespannt und schließlich in einem zweiten Sintervorgang mit einer Laufflächenschicht
aus einem -gut gleitfähigen, vorzugsweise graphithalti:-gen und porösen Werkstoff
überzogen werden. Beispielsweise kann der -Kolbenringgrundkörper aus einem Eisenpulver
mit etwa o,i Abis o,811/a Kohlenstoff bestehen, gegebenenfalls unter Zusatz von
1,5 bis 3°/a Chrom und/oder Nickel .sowie von Mangan. Das Sintern eines solchen
Pulvers ergibt einen hochfesten und genau maßhaltigen Sinterkörper, der gegebenenfalls
:durch Nachverdichter und Vergüten auf noch wesentlich höhere Festigkeit und Härte
gebracht werden kann. Die dabei auftretende Entkohlung und Ferritbildung in der
Randzone ist nicht schädlich, da der Ringerfindungsgemäß nachträglich mit einer
:gut gleitfähigen Laufflächenschicht überzogen wird. Die erforderliche Spannung
läßt sich dem Kolbenring nunmehr .auf irgendeine an sich bekannte Weise erteilen,
vorzugsweise durch thermisches Spannen, bei dem der geschlitzte Ring um ein bestimmtes
Maß aufgebogen und in diesem Zustand geglüht wird, aber auch durch Hämmern, Walzen,
Unrunddrehen od. dgl. Wird dem Kolbenring im gespannten Zustand nunmehr eine Laufflächenschicht
:aus einem Eisen-Graphit-Pulver mit beispielsweise 2o°%. Graphit, .an dessen Stelle
gegebenenfalls auch Ruß, Kokspulver od. dgl. beigemischt sein kann, aufgepreßt und
diese Schicht zusammen mit ,dem Grundkörper erneut gesintert, wobei sich gegebenenfalls
das Pressen und Sintern im Wege :des sogenannten Heißpressens oder Drucksinternsgleichzeitig
vollziehen kann, so haftet die Laufflächenschicht besser .auf dem Grundkörper, als
wenn dieser aus einem Guß- oder Schmiedestück bestünde. Ferner wird .die Haftverbindung
nicht der Beanspruchung ausgesetzt, :die sie beim Spannen ,des Kolbenrings erfahren
würde, und schließlich wird die Maßhaltigkeit des Sinterringes, bei richtiger, nicht
zu starker Bemessung,der Laufschichtstärke nicht so wesentlich gestört, daß eine
spanabhebende Nachbearbeitung erforderlich wäre. Der gemäß der Erfindung hergestellte
Kolbenring nutzt also alle Vorteile des Sinterverfahrens -aus, nämlich den Vorteil
schneller und einfacher Herstellung, sowie denjenigen der Erzeugung eines porösen,
ölaufsaugenden und selbstschmierenden Körpers aus in der Schmelze nicht miteinander
zu verbindenden Bestandteilen.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, -daß bei Verwendung :des thermischen
Spannverfahrens das Spannen und der zweite Sintervorgang in einem Arbeitsgang stattfinden
können. Für das thermische Spannen von Kolbenringen aus Gußeisen sind Temperaturen
von 500 bis 700° verwendet worden, die auch zum Aufsintern einer Laufflächenschicht
hinreichen würden.
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Möglich ist .aber auch, das thermische Spannen getrennt vorzunehmen
und .das sogenannte Warmfestglühen thermisch gespannter Kolbenringe mit dem ,zweiten
Sintervorgang zu vereinigen.. Es ist bekannt, :daß thermisch gespannte, selbstfedernde
Teile in,der Betriebstemperatur anfänglich einen besonders starken Spannungsabfall
erleiden, so daß man vielfach -derartigen Teilen zunächst eine höhere als die betriebsnotwendige
Spannung gibt und durch das Warmfestglühen diesen anfänglich starken Spannungsabfall
bei dem Einbau des Maschinenteils vorwegnimmt. Auch .dieser Vorgang läßt sich mit
dem Auf sintern der Laufflächenschicht in dem zweiten, Sintervorgang .gemäß der
Erfindung zusammenlegen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht also eine denkbar einfache
und arbeitsparen@de Herstellung von Kolbenringen in großen Mengen unter Wegfall
sowohl des Gießverfahrens als auch der meisten mechanischen 'Biearbeitungsvorgänge,
wobei ,das Erzeugnis sich einerseits durch hohe Festigkeit
und Elastizität
und andererseits durch besonders gute Laufeigenschaften :auszeichnet und damit selbst
an Stellen besonders hoher Beanspruchung, z. B. in modernen schnell laufenden Verbrennung.skraftmaschinen,
verwendbar ist.