DE102009052588A1

DE102009052588A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines Tragspiegel auf einer Kolbenringoberfläche

Info

Publication number: DE102009052588A1
Application number: DE102009052588A
Authority: DE
Inventors: Dirk BÄRENREUTER
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels an einer profilierten Umfangsfläche mindestens eines mit einem Stoß versehenen fertig bearbeiteten Kolbenrings, indem der Kolbenring in Umfangsrichtung so weit zusammengedrückt wird, bis er eine runde Kontur einnimmt und in diesem Zustand durch eine beschichtete Matritze gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels an einer Umfangsfläche eines Kolbenrings.
Allgemein bekannt ist, Kolbenringe in so genannten Rundläppbuchsen zu läppen. Dieses Verfahren erfüllt verschiedene Aufgaben:

– Erzeugung einer vorgebbaren Laufflächenkontur definierter Abtrag von Umfangsbeschichtungen
– Erzeugung einer vorgebbaren Oberflächentopographie Anbringen eines Läppspiegels als Nachweis der Lichtspaltdichtheit.

Kolbenringe, insbesondere Kompressionskolbenringe, werden vielfach als Gusskörper ausgebildet und mit einem Stoß versehen. In diesem ungespannten Zustand sind sie nicht rund. Im motorischen Betrieb wird der jeweilige Kolbenring in Umfangsrichtung zusammengedrückt und liegt dann mit seiner die Lauffläche bildenden äußeren Umfangsfläche an einer Gegenlauffläche, beispielsweise einer Zylinderwand, an. Um ein optimales Dichtverhalten über die gesamte Umfangsfläche des Kolbenrings zu erhalten, muss dieser über seine gesamte Umfangsfläche an der Gegenlauffläche anliegen.
Der Nachweis hierfür wird bei der Herstellung des Kolbenrings durch Anbringung eines Läppspiegels erbracht.
Eine Vorrichtung zum Feinbearbeiten der äußeren Umfangsfläche von geschlitzten Kolbenringen wird beispielsweise in der DE 28 46 683 C2 abgehandelt.
Eine weitere Vorrichtung zum Läppen der Außenumfangsfläche von ringförmigen Werkstücken, insbesondere der Lauffläche von zu einem Paket zusammengefassten Kolbenringen wird in der DE 28 54 952 C3 beschrieben, bestehend aus einem in axialer Richtung geschlitzten und als Läppbüchse verwendeter Hohlkörper.
Des Weiteren offenbart die DE 696 05 833 T2 eine Läppstruktur eines Läppwerkzeuges des Nasstyps zum Läppen einer Oberfläche eines Werkstücks, wobei die Struktur umfasst: eine an einer Läppfläche ausgebildete Partikelhalteschicht, wobei ein Partikelhalteelement harte Partikel in einem in Wesentlichen gleichmäßig verteilten Zustand einbettet und hält, wobei die harten Partikel zur Oberfläche der Partikelhalteschicht freiliegen.
Der Arbeitsgang des Rundläppens ist ein, verglichen mit anderen mechanischen Bearbeitungsverfahren, teurer und zum Teil unbeherrschter Prozess, bei welchem insbesondere das Erzeugen einer Laufflächenkontur nicht immer zu gleichmäßigen Ergebnissen führt.
Unter Laufflächenkonturen versteht der Fachmann hierbei die Erzeugung von Balligkeiten oder angeschrägten Strukturen.
Nachteilig bei dem Einsatz alternativer Bearbeitungsverfahren ist, dass das Kriterium des Nachweises der Lichtspaltdichtheit noch nicht erfüllt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, auch für alternative Bearbeitungsverfahren außerhalb des Rundläppen einen Tragspiegel zu erzeugen, der als Nachweis der Lichtspaltdichtheit der Lauffläche bei Kolbenringen herangezogen werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels an einer profilierten Umfangsfläche mindestens eines mit einem Stoß versehenen fertig bearbeiteten Kolbenrings, indem der Kolbenring in Umfangsrichtung so weit zusammengedrückt wird, bis er eine runde Kontur einnimmt und in diesem Zustand durch eine beschichtete Matritze gedrückt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels an einer profilierten Oberfläche mindestens eines mit einem Stoß versehenen fertig bearbeiteten Kolbenrings, bestehend aus einer rohrförmig ausgebildeten Matritze, die im Bereich ihrer inneren Umfangsfläche mit einer Beschichtung mit vorgebbar geringer Oberflächenrauhigkeit versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die innere Umfangsfläche der Matritze ist vorteilhafterweise mit einem abrasiven Material, beispielsweise Diamant- oder CBN-Korn vorgebbarer Korngröße beschichtet. Die Beschichtung kann zum Beispiel unter Einbeziehung der Körner galvanisch auf der inneren Umfangsfläche des Grundkörpers aufgebaut werden. Die Korngröße ist hierbei so zu wählen, dass eine Oberflächenrauhigkeit Rz < 2, vorteilhafterweise < 1,5 herbeigeführt werden kann.
Somit wird der Kolbenring nach abgeschlossener Bearbeitung durch die dergestalt beschichtete Matritze gedrückt. Aufgrund der Tangentialkraft des Kolbenrings entsteht beim Durchdrücken einer Reibkraft zwischen der Kolbenringlauffläche, respektive dem Profil und der inneren Umfangsfläche der Matritze. Der abrasive Belag der Matritze erzeugt einen geringfügigen Abtrag an dem tragenden Umfangsbereich der Lauffläche des Kolbenrings. Dieser sichtbare Abtrag ist der so genannte Tragspiegel.
Wie eingangs bereits aufgeführt, ist der Arbeitsgang Rundläppen ein teures und zum Teil unbeherrschtes Verfahren. Alternativ bieten sich preiswertere andere mechanische Verfahren, wie beispielsweise das Profilschleifen, an, das gegenüber dem Rundläppen folgenden weiteren Vorteil hat:
Das Rundläppen erfolgt mit losem Korn innerhalb der eingesetzten Läppbuchse. Da der Kolbenring unterschiedlich tief in die Läpppaste eindringen kann, ist es möglich, dass auch an Stellen Abtrag generiert wird, wo der Kolbenring gar nicht ideal an der Rundläppbüchse anliegt. Es kann also bei bis dato verwendeten Prozessen ein Läppspiegel erzeugt werden, obwohl der Ring nicht lichtspaltdicht ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, respektive durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist dies nicht möglich, da der Kolbenring am gesamten Umfang an der Beschichtung der Matritze aufliegen muss. Nur dort, wo der Ring tatsächlich anliegt, wird auch ein Tragspiegel erzeugt.
Der erzeugte Tragspiegel ist als sehr schmale Linie ausgeprägt (Breite < 0,5 mm). Die Ursache hierfür ist, dass es keine Läppwinkel gibt.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß sind im Bereich des Tragspiegels Riefen erkennbar, die beim Durchdrücken des Kolbenrings durch die Matritze erzeugt werden. Selbige sind in der Regel so erzeugt, dass sie parallel zur Durchdrückachse verlaufen. Aufgrund nicht zu vermeidender Toleranzen kann es auch geschehen, dass die Riefen unter einen definierten Winkel, insbesondere ≤ 10°, zur Durchdrückachse verlaufen. Der Fachmann erkennt hieran, dass der Tragspiegel anders erzeugt wurde, als beim Läppen der Lauffläche des Kolbenrings.
In der Regel ist es ausreichend, dass der Kolbenring einmalig durch die Matritze gedrückt wird.
Darüber hinaus ist vorstellbar, dass mehrere Kolbenringe, zu einem Paket zusammengefasst, gleichzeitig bearbeitet werden, wodurch sich ein sehr wirtschaftliches Verfahren ergibt.
In Abhängigkeit von den durchgesetzten Kolbenringen kann es möglicherweise dazu kommen, dass der Materialabtrag des Kolbenrings sich in der Matritze ablagert, wodurch möglicherweise für folgende Kolbenringe nicht optimale Tragspiegel erzeugt werden. Zur Vermeidung des so genannten Zusetzens der Matritze wird vorgeschlagen, selbige entweder im Verlauf des Durchdrückens oder aber im Anschluss daran zu reinigen. Dies kann beispielsweise mit Spüldüsen geschehen, die die Oberfläche der Beschichtung freispülen.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Kolbenringquerschnitte mit unterschiedlichen Laufflächenprofilen;
2 Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Einrichtung;
3 Blick auf einen Teilbereich der äußeren Umfangsfläche eines mit einem Tragspiegel versehenen profilierten Kolbenrings;
4 Teilansicht gemäß 3 in vergrößerter Darstellung.
1 zeigt zwei Beispiele von Kolbenringprofilen.
Im linken Bild der 1 ist ein Kolbenring 1 dargestellt, der eine mit einer Laufflächenschicht versehene Lauffläche 2 aufweist. Der Kolbenring 1 beinhaltet des Weiteren eine innere Umfangsfläche 3 sowie eine obere 4 und eine untere Flankenfläche 4'. In diesem Beispiel soll die Lauffläche 2 eine ballige Kontur haben, so dass für den späteren motorischen Betrieb ein relativ schmaler Anlagebereich 5 an einer nicht weiter dargestellten Gegenlauffläche, insbesondere einer Zylinderwand, gebildet wird.
Das rechte Bild der 1 zeigt ebenfalls einen Kolbenring 1, dessen Lauffläche 2 ebenfalls mit einem Profil versehen ist, dergestalt, dass die Lauffläche 2, ausgehend von der oberen Flanke 4 in Richtung der unteren Flanke 4', unter einem vorgebbaren Winkel verläuft. Durch dieses Profil wird im Bereich der unteren Flanke 4' eine verhältnismäßig scharfkantiger Anlagebereich 5 gebildet.
Diese beiden Profile sind nur beispielhaft zu sehen, da es für verschiedene Einsatzfälle im motorischen Betrieb unterschiedliche Profilgestaltungen an Laufflächen gibt.
2 zeigt als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Einrichtung 6. Die Einrichtung 6 wird gebildet durch einen rohrförmig ausgebildeten aus Guss bestehenden Grundkörper 7, der im Bereich seiner inneren Umfangsfläche 8 mit einer abrasiven Beschichtung, in diesem Beispiel CBN-Korn 9, versehen ist. Die Beschichtung 9 ist hierbei so erzeugt worden, dass eine Oberflächenrauhigkeit Rz < 2, vorteilhafterweise < 1,5 gegeben ist. Ferner erkennbar ist ein aus zwei Kolbenringen 1 gebildetes Kolbenringpaket, wobei die Kolbenringe 1 im Bereich ihrer Lauffläche 2 mit einem vom linken Bild der 1 abweichenden balligen Profil 5 versehen ist. Das Bezugszeichen 10 definiert die Anlagestelle des jeweiligen Kolbenrings 1 an der Beschichtung 9 der Matrize 6. Ferner erkennbar sind die versetzt zueinander vorgesehenen Stöße 11 des jeweiligen Kolbenrings 1. Der jeweilige Kolbenring 1 wird vor dem Einbringen in die Matrize 6 in Umfangsrichtung so weit zusammengedrückt, dass er eine runde Kontur hat. Mit Hilfe eines nur angedeuteten Druckstempels 12, der mit einer Scheibe 13 zusammenwirkt, werden die Kolbenringe 1 nun in Pfeilrichtung durch die Matrize 6 hindurchgedrückt und liegen hierbei mit ihren Anlagestellen 10 an der Beschichtung 9 an. Wie bereits angesprochen, ist der jeweilige Kolbenring 1 vorab abschließend bearbeitet und beschichtet worden, so dass lediglich zur Beweisführung der Lichtspaltdichtheit das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden muss. Aufgrund der Tangentialkraft des Kolbenrings 1 entsteht beim Durchdrücken durch die Matrize 6 eine Reibkraft zwischen der Anlagestelle 10 und der Beschichtung 9 der Matritze 6. Der abrasive Belag erzeugt einen geringfügigen Abtrag an der Anlagestelle 10 des Kolbenrings 1, der den so genannten Tragspiegel bildet.
3 zeigt einen Teil einer Lauffläche 2 eines durch die Matritze 6 hindurchgedrückten Kolbenrings 1. Im Bereich der Anlagestelle 10 ist nun der als schmale Linie (< 0,4 mm) ausgebildete Tragspiegel 14 erkennbar. An jeder Umfangsstelle des Kolbenrings 1, an welchem kein Tragspiegel 14 erkennbar ist, hat der Kolbenring 1 somit nicht an der Beschichtung 9 der Matritze 6 angelegen. Die Breite des Tragspiegels 14 ist hierbei abhängig von dem jeweiligen Profil 5 des fertig bearbeiteten Kolbenrings 1, der Tangentialkraft oder dergleichen.
4 zeigt eine Teilansicht der 3 in vergrößerter Darstellung. Erkennbar ist die Lauffläche 2 sowie der Tragspiegel 14, der hier vergrößert dargestellt ist. Im Bereich des Tragspiegels 14 sind Riefen 15, 15' abgebildet, die entweder parallel zur Durchdrückachse 12' (2) oder unter einem Winkel α ≤ 10° zur Durchdrückachse 12' verlaufen. Durch diese Riefen 15, 15' erkennt der Fachmann, dass der erfindungsgemäße Tragspiegel 14 anders erzeugt wurde, als beim herkömmlichen Läppen, nämlich durch axiales Hindurchdrücken der Kolbenringe 1 durch die Matritze 6.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2846683 C2 [0005]
DE 2854952 C3 [0006]
DE 69605833 T2 [0007]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels (14) an einer profilierten Umfangsfläche (2) mindestens eines mit einem Stoß (11) versehenen fertig bearbeiteten Kolbenrings (1), indem der Kolbenring (1) in Umfangsrichtung so weit zusammengedrückt wird, bis er eine runde Kontur einnimmt und in diesem Zustand durch eine beschichtete Matritze (6) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (1) durch eine rohrförmig ausgebildete mit einem abrasivem Werkstoff (9) beschichteten Matritze (6) hindurchgedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kolbenringe (1) übereinander gelegt und in diesem Zustand durch die Matritze (6) gedrückt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umfangsfläche (8) der Matritze (6) dergestalt mit abrasiven Hartstoffpartikeln, insbesondere Diamant oder CBN-Korn beschichtet wird, dass eine Oberflächenrauhigkeit Rz < 2, insbesondere < 1,5 herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtung (9) im Verlauf des Durchdrückens des Kolbenrings (1), respektive im Anschluss daran, gereinigt wird.
Einrichtung zur Erzeugung eines umlaufenden Tragspiegels (14) an einer profilierten Umfangsfläche (2), mindestens eines mit einem Stoß (11) versehenen fertig bearbeiteten Kolbenrings (1), bestehend aus einer rohrförmig ausgebildeten Matritze (6), die im Bereich ihrer inneren Umfangsfläche (8) mit einer Beschichtung (9) mit vorgebbar geringer Oberflächenrauhigkeit versehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) aus einem abrasivem Werkstoff, insbesondere Diamant- oder CBN-Korn gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) eine Oberflächenrauhigkeit Rz < 2, insbesondere < 1,5 aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragspiegel (14) durch eine profilseitig vorgesehene umlaufend ausgebildete schmale Linie geringer Breite gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie (14) eine Breite < 0,5 mm aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (7) der Matritze (6) durch ein Gussrohr gebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des eingesetzten abrasiven Werkstoffs ≤ 20 μm beträgt und die Beschichtung (9) galvanisch erzeugt ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragspiegel (14), in Umfangsrichtung gesehen, eine Vielzahl von Riefen (15, 15') beinhaltet.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (15) parallel und die Riefen (15') unter einem definierten Winkel, insbesondere ≤ 10°, zur Durchdrückachse (12') verlaufen.