DEP0007487DA - Kolbenringe aus metallischem Sinterpulver - Google Patents

Description

Eine Anzahl den massiven Kolbenringen aus Gusseisen anhaftenden Mängel glaubte man durch die Verwendung von gesintertem pulverförmigem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminiumlegierungen, als Kolbenringbaustoff beseitigen zu können. Hinsichtlich der Warmhärte, Gleit- und Verschleissfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Dauerelastizität versprach man sich insbesondere von mit Schwermetallen gemischten Aluminiumpulvern guten Erfolg.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige massive Sinterpulverkolbenringe die erforderliche Elastizität nicht aufweisen. Auch fehlt es mitunter an ausreichenden Notlaufeigenschaften. Daher ist vorgeschlagen worden, die Kolbenringe aus zwei verschiedenen Metallen aufzubauen. Diese Metalle sind so zu wählen, dass das eine die für einen Kolbenring notwendige Elastizität, das andere die erforderliche Gleitfähigkeit, Verschleissfestigkeit und Notlaufeigenschaften aufweist.

An sich sind Zweimetallkolbenringe bekannt. Sie wurden bisher aus Gusseisen mit einer in einer Nut eingewalzten Kupferlegierung hergestellt. Die Anfertigung einer solchen Kolbenringausführung weist jedoch Schwierigkeiten auf sowohl hinsichtlich der technischen Ausführung als auch bezüglich der Zusammensetzung des Metalls, welches die Laufschicht des Kolbenringes bildet.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, wird die Laufschicht des Kolbenringes erfindungsgemäss aus Metallpulvern hergestellt, die auf einen vorzugsweise aus Stahl bestehenden Ring aufgesintert werden. Vorteilhaft wird von einem Federprofildraht in Ringform ausgegangen, der auf seiner ganzen Aussenmantelfläche mit dem zusammengepressten und aufgesinterten Metall versehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Abb. 1-3.

Die Abb. 1 lässt einen Zweistoffkolbenring in Ansicht erkennen.

Die Abb. 2 veranschaulicht im Querschnitt Profile des Grundringes.

Die Abb. 3 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens.

Um einen Kolbenring nach Abb. 1 herzustellen, der aus einem stählernen Federprofildraht a als Grundring und einer aus Sintermetall gewonnenen Auflage b für die Gleitfläche besteht, werden nach Abb. 3 in einer Matrize c, deren Innendurchmesser dem Aussendurchmesser des unbearbeiteten Kolbenringes entspricht, ein Dorn d und um diesen herum ein ringförmiger, gegebenenfalls federnd gelagerter Unterstempel e vorgesehen. Der Aussendurchmesser des Dornes ist gleich dem Innendurchmesser des Kolbenringes. Auf dem Dorn wird ein Stahlring f in Form eines Profildrahtes der einen der drei in Abb. 2 dargestellten Querschnittsformen k, m, n so gelegt, dass er den Dorn d unmittelbar umfasst. In seiner Lage wird dieser Ring f durch einen Hilfsring h festgehalten. Er schliesst ungefähr mit der Oberkante der Matrize c ab.

In dem Zwischenraum zwischen dem Ring f, dem Hilfsring h einerseits und der Matrizeninnenwandung andererseits wird das Metallpulvergemisch eingebracht und mittels eines ebenfalls ringförmig gestalteten Oberstempels i zusammengepresst. Der Unterstempel wird während des Pressvorganges nach oben bewegt, sofern er nicht federnd ausgebildet ist. Der Vorgang kann gegebenenfalls unter zusätzlicher Erwärmung des Stahlringes und der Metallpulvermasse ablaufen, sodass ein fester Zusammenhang der beiden Ringe gewährleistet ist.

Am Schluss des Verfahrens wird der fertige Doppelmetallring durch den nach oben gedrückten Unterstempel d ausgeworfen. Das Sintern kann auch nach dem Ausstossen des Ringes erfolgen. Im allgemeinen wird man in der zuletzt erwähnten Weise vorgehen. Der Ring wird dann in an sich bekannter Weise fertig bearbeitet.

Bei einem Profil k der Abb. 2 lässt sich das Metallpulver verhältnismässig leicht aufbringen. Ein sicherer Sitz wird jedoch bei der Wahl der Profile m und n nach Abb. 2 erreicht.

Als Sintermetallpulver kommen Eisenlegierungen mit Kohlenstoff-, Blei-, Aluminium- und Nickel-Zusätzen in Frage. Gefordert werden insbesondere hohe Notlaufeigenschaften beim Ausbleiben der Schmierung oder beim Fehlen eines Schmierfilmes infolge hoher Zündraum- bzw. Zylindertemperatur. Ausserdem sind diese Beimischungen so zu wählen, dass sie das Einlaufen erleichtern. Geringer Verschleiss wird durch die Anwesenheit von Eisenkarbid, Eisenphosphid oder Eisensulfid erreicht. So können z.B. die Eisenlegierungen folgende

Zusammensetzung aufweisen:

90 bis 96% Eisenpulver

0,5 bis 6% Graphit oder Russ

2 bis 4% Blei.

Weiterhin kann auch ein Eisenpulver mit

0,5 bis 6% Graphit oder Russ

2 bis 6% Aluminium

bzw. mit 4 bis 12% FeAl-Vorlegierung

und 4 bis 12% Nickel

Rest Eisen

vorteilhaft benutzt werden. Empfohlen wird ferner ein Eisenpulver mit Eisenphosphid und Eisensulfid, dem gegebenenfalls 0,5 bis 6% Graphit beigemischt sind. Aber auch Nichteisenmetalle haben sich als recht vorteilhaft als Werkstoff für die Lauffläche von Kolbenringen erwiesen, wie z.B.

Kupferpulver mit 0,5 bis 8% Graphit oder Kupferlegierungspulver, gegebenenfalls mit 0,5 bis 8% Graphit.

Zufriedenstellende Ergebnisse sind erzielt worden bei der Verwendung von Bleibronze-, Zinnbronze-, Aluminiumbronze- und Siliziumbronzepulvern oder auch bei Verwendung von Kupfer in Pulverform, Rest pulverisiertes Aluminium. Gegebenenfalls kann den Legierungspulvern, bei dem Kupferpulver unter Erniedrigung des Kupferanteiles, auch noch 0,5 bis 6% Graphit beigemischt werden.

Der Sintervorgang wird, wie bekannt, zweckmässig in Kammer- oder Durchlauföfen oder auch in Topfglühöfen bei Temperaturen von 900 bis 1250°C je nach der Art des Werkstoffes durchgeführt.

Statt eines Federprofildrahtes kann auch eine Buchse o.dgl. Rohr bzw. eine zu einem Schlitzrohr gerollter Blechstreifen verwendet werden. Nach dem Aufsintern des Gleitwerkstoffes werden dann einzelne Ringe abgestochen, die schliesslich einer Fertigbearbeitung für Kolbenring unterworfen werden.

Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften können die Ringe gegebenenfalls in an sich bekannter Weise mit die gleitende Reibung herabsetzenden Substanzen, wie beispielsweise Paraffin, getränkt werden, wobei sich die Poren des Gleitwerkstoffes mit diesen füllen. Die Tränkung wird vorzugsweise von der spanabhebenden Bearbeitung vorgenommen.

Claims (4)

1.) Kolbenring aus metallischem Sinterpulver, gekennzeichnet durch einen zweiteiligen Aufbau derart, dass auf die äussere Mantelfläche eines ringförmigen Profildrahtes (a) oder auch eines Rohrstückes bzw. eines zu einem Rohr gebogenen Bleches aus einem Werkstoff mit guten Federeigenschaften, vorzugsweise Stahl, Metallpulver (b) aufgesintert ist, das sich durch hohe Gleitfähigkeit, Warmhärte, Verschleissfestigkeit und ausreichende Notlaufeigenschaften auszeichnet.

2.) Kolbenringe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintermetallpulverschicht aus Eisenpulver mit Graphit besteht, dem Blei, Aluminium, Nickel und/oder gegebenenfalls Eisenphosphide und Eisensulfide zugesetzt sind.

3.) Kolbenringe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintermetallpulverschicht aus Kupfer- bzw. Kupferlegierungen mit Graphit und vorteilhaft auch Aluminiumpulverzusatz besteht.

4.) Verfahren zur Herstellung der Kolbenringe nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Metallpulverring (g) in Anpassung an den in ein Presswerkzeug eingelegten, aus Federprofildraht bestehenden Grundring (f) hergestellt wird und beide Ringe alsdann auf dem Sinterwege miteinander verbunden werden.