EP0054625B1 - Laufflächen in Kolbenmaschinen - Google Patents

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EP0054625B1 EP81107414A EP81107414A EP0054625B1 EP 0054625 B1 EP0054625 B1 EP 0054625B1 EP 81107414 A EP81107414 A EP 81107414A EP 81107414 A EP81107414 A EP 81107414A EP 0054625 B1 EP0054625 B1 EP 0054625B1
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    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/126—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y10T29/4927—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making
    • Y10T29/49272—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making with liner, coating, or sleeve

Description

  • Die Erfindung betrifft die Laufflächen von aus Kolben und Zylindern bestehenden Kolbenmaschinen, insbesondere Luftpressern, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Kolbenmaschinen haben sich für die Friktionspartner Zylinder und Kolben Aluminium-Legierungen überall dort durchgesetzt, wo Wert auf geringes Gewicht, eine gute Wärmeableitung und eine wirtschaftliche Grossfertigung mit Hilfe des Kokillen- und Druckgussverfahrens gelegt wird.
  • Die Verwendung von nur aus Aluminium-Grundmaterialien bestehenden gleichartigen Friktionspartnern, bei deren Einsatz hohe Belastungen und grosse Gleitgeschwindigkeiten auftreten, kann zu einem schnellen Materialverschleiss und zu Kolbenfressern führen.
  • Aus diesem Grund empfiehlt sich, dass die in der Regel aus eutektischen oder übereutektischen Aluminium-Legierungen bestehenden Zylinder von den in der Regel aus einer eutektischen Aluminium-Legierung bestehenden, in Kokillen-oder Druckguss hergestellten Kolben durch Beschichtung einer Lauffläche getrennt werden.
  • In der MTZ Motortechnische Zeitschrift Nr. 2/1973 sind in dem Artikel «Unbewehrte Aluminium-Zylinder für Verbrennungsmotoren» derartige Beschichtungsverfahren beschrieben. Ebenso ist ein spezielles Verfahren dieser Art in der MTZ Nr. 2/1974 in dem Artikel «Alusil-Zylinder und Ferrocoat-Kolben für den Porsche-Motor 911 » veröffentlicht.
  • Bei Verwendung von übereutektischen Legierungen als Zylindermaterial ist es üblich, den beispielsweise aus Kokillen-Aluminium bestehenden Friktionspartner Kolben zu beschichten, um eine Trennung der Grundmaterialien zu erzielen. Diese Trennung wird durch die Verwendung von Eisen-, Chrom-, Nickelschichten oder durch die Verwendung von sogenannten Gleitlacken mit MOS 2 oder Graphitbestandteilen erreicht.
  • Weiterhin ist bekannt, dass statt des Kolbens der Zylinder in entsprechender Weise beschichtet wird, was jedoch grössere Kosten verursacht.
  • Es entspricht weiterhin der derzeitigen Praxis, dass die aus den genannten Legierungen gegossenen Leichtmetallzylinder anschliessend chemisch geätzt werden müssen, damit die Siliziumbestandteile zur Bildung eines widerstandsfähigen Traggerüstes freigelegt werden.
  • Alle beschriebenen Beschichtungsverfahren sind verhältnismässig kostspielig und verfahrenstechnisch zum Teil schwierig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lauffläche der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lauffläche. zu schaffen, welche bei hohen Laufgeschwindigkeiten und hohen Belastungen höchsten Ansprüchen in bezug auf Verschleissfestigkeit und Hitzebeständigkeit genügen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte Erfindung gelöst.
  • Der in Kunstharzlack gebundene oxidkeramische Werkstoff, der vorzugsweise Aluminiumoxid (AI203) und gesintertes Zirkonoid (Zr03) enthält, bewirkt eine hohe Verschleissfestigkeit, wobei sich durch die Verbindung dieser beiden Materialien eine Elastizität ergibt, welche eine Einbettungsfähigkeit von Fremdkörpern gewährleistet. Weiterhin ergibt die Beschichtung einen idealen Haftgrund für die benetzenden Schmiermittel. Die Verschleissfestigkeit lässt sich in ihrer Grösse beeinflussen, indem die Feststoffanteile mengenmässig unterschiedlich eingesetzt werden können.
  • Die im Patentanspruch 1 genannten Materialien sind an sich aus der DE-A- 2703414 und US-A- 3 975 568 zur Verwendung für verschleissgefährdete Maschinenbauteile bekannt. Sie wurden jedoch lediglich im Giessverfahren verwendet.
  • Die Beschichtung erfolgt durch Auftragen mittels einer unter Druck stehenden Spritzeinrichtung. Da nur einer der beiden Friktionspartner beschichtet wird, bietet sich aufgrund des geringeren Arbeitsaufwandes der Kolben an.
  • Nach dem Auftragen des Materials, was vorteilhaft in einer solchen Stärke erfolgt, dass die fertige Beschichtung eine Dicke von 20 bis 40 ILm, insbesondere von 30 ILm aufweist, wird der Kolben etwa eine Stunde lang in einem Trockenofen mit einer Temperatur von über 200°C, insbesondere von 220°C getrocknet, wobei ein chemischer Verwandlungsprozess die gewünschte Eigenschaft der Oberfläche bewirkt. Ein anschliessendes Bearbeiten der Oberfläche ist nicht erforderlich.

Claims (6)

1. Lauffläche für eine aus mindestens einem Kolben und mindestens einem Zylinder bestehende Kolbenmaschine, insbesondere für einen Luftpresser, wobei wenigstens die Aussenwandung des Kolbens und/oder die Innenwandung des Zylinders aus einer Aluminium-Legierung besteht, und die Lauffläche des Kolbens und/oder des Zylinders eine Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem auf Epoxidharzbasis hergestellten Lack und aus einem darin beigemengten oxidkeramischen Werkstoff besteht.
2. Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oxidkeramische Werkstoff Aluminiumoxid (AL203) und gesintertes Zirkonoid (Zr03) enthält.
3. Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke des Beschichtungsmaterials zwischen 20 und 40 µm beträgt.
4. Lauffläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke 30 ILm beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) das aus Lack und oxidkeramischem Werkstoff bestehende Beschichtungsmaterial wird unter Druck aufgespritzt;
b) das beschichtete Teil wird in einem Wärmeofen mit einer Temperatur von über 200°C getrocknet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung im Wärmeofen etwa eine Stunde beträgt und bei etwa 220°C vorgenommen wird.
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