DE102011108357A1

DE102011108357A1 - Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings

Info

Publication number: DE102011108357A1
Application number: DE201110108357
Authority: DE
Inventors: Markus Kellner
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-23
Also published as: DE102011108357B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings, indem mehrere Grundkörper auf einem Dorn paketiert und die Grundkörper so bearbeitet werden, dass innerhalb des Pakets eine weitestgehend gleichmäßige zylindrische äußere Umfangsfläche entsteht, die paketierten Grundkörper im Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche mit einer verschleißfesten Schicht vorgebbarer Schichtdicke versehen werden und anschließend die verschleißfeste Schicht der Ölabstreifkolbenringe dergestalt bearbeitet wird, dass jeweils eine Lauffläche entsteht, die einen Bereich maximaler und mindestens einen Bereich minimaler Schichtdicke aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings.
Vielfach werden Kolbenringe dergestalt erzeugt, dass sie im Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche zylindrisch bearbeitet werden. Anschließend erfolgt, beispielsweise durch Außendrehen, die Erzeugung einer später benötigten Kontur, der so genannten Laufflächenkontur. Auf diese vorgegebene, nicht zylindrische Laufflächenkontur, wird dann eine verschleißfeste Schicht, beispielsweise eine Chromschicht, aufgebracht, die mit der erzeugten Kontur ihren Niederschlag findet und selbiger folgt. Die endgültige Laufflächengeometrie wird beispielsweise durch Rundläppen erzeugt. Um diesen Arbeitsgang in angemessener Zeit mit korrekter Balligkeit durchführen zu können, muss die Lauffläche bereits eine Kontur aufweisen, die der Fertigkontur sehr nahe kommt.
Der Arbeitsgang Außendrehen zur Erzeugung der jeweils gewünschten Kontur der äußeren Umfangsfläche ist sehr zeit- und kostenintensiv.
Der DE 197 20 627 A1 ist ein Kolbenring zu entnehmen, der eine Außenumfangsfläche aufweist, die mit einer dünnen, im Wesentlichen eine Deckbeschichtung bildenden, verschleißfesten Beschichtung zur Berührung mit einer Zylinderwand versehen wird. Das Beschichtungsmaterial wird mittels einer Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff-Spritzvorrichtung aufgebracht und durch Läppen wird eine scharfe Unterkante zur Berührung mit der Zylinderwand ausgeformt. Das Herstellungsverfahren umfasst das Drehen einer Mehrzahl von Kolbenringen um eine Mittelachse, während die Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff-Spritzpistole das geschmolzene Beschichtungsmaterial darauf aufspritzt.
Der DE 31 44 335 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von mit einer verschleißfesten Schicht zu versehenden rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, zu entnehmen, indem die Werkstücke paketiert und zentrisch auf einen Dorn gespannt werden, die äußere Umfangsfläche dann mit einer verschleißfesten Schicht überzogen und anschließend das Paket wieder in die einzelnen Werkstücke aufgetrennt wird.
In der DE 198 09 659 C1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Kolbenringen, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, durch Abstechen einzelner Ringe von unrunden Buchsen aus metallischen Werkstoffen beschrieben. Die Buchsen werden durch thermisches Spritzen von Spritzmaterial auf die Außenfläche eines als Formkörper dienenden Dornes hergestellt, wobei der Dorn auf der Umfangsfläche eine Stoßmarkierung aufweist und auf die Mantelfläche der Buchsen eine als Gleitschicht fungierende Schicht aufgetragen und anschließend Kolbenringe von der Buchse abgestochen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Ölabstreifkolbenringen bereit zu stellen, das gegenüber dem bisher zum Einsatz gelangenden Herstellungsverfahren optimiert ist und weniger Kosten verursacht.
Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Verfahren erzeugten Ölabstreifkolbenring bereit zu stellen, der einen optimierten Schichtaufbau im Laufflächenbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass mehrere Grundkörper auf einem Dorn paketiert und die Grundkörper so bearbeitet werden, dass innerhalb des Paketes eine weitestgehend gleichmäßige zylindrische äußere Umfangsfläche entsteht, die paketierten Grundkörper im Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche mit einer verschleißfesten Schicht vorgebbarer Schichtdicke versehen werden und anschließend die verschleißfeste Schicht der Ölabstreifkolbenringe dergestalt bearbeitet wird, dass jeweils eine Lauffläche entsteht, die einen Bereich maximaler und mindestens einen Bereich minimaler Schichtdicke aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch einen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, Ölabstreifkolbenring, beinhaltend einen Grundkörper mit zylindrischer äußeren Umfangsfläche, auf welcher eine verschleißfeste Schicht aufgebracht ist, wobei diese Schicht mit einem Laufflächenprofil vorgebbarer geometrischer Kontur versehen ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ölabstreifkolbenrings sind dem gegenständlichen Unteranspruch zu entnehmen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf den bisherigen Arbeitsgang des Außenkonturdrehens verzichtet werden, wobei sich gegenüber dem bisherigen Verfahren Zeit und somit auch Kosten einsparen lassen.
Wie beim allgemeinen Stand der Technik auch, kann die äußere Umfangsfläche der paketierten Grundkörper durch Formdrehen zylindrisch bearbeitet werden.
Soweit notwendig kann die so vorbearbeitete äußere Umfangsfläche bedarfsweise einer zusätzlichen zylindrischen Schleifbearbeitung unterzogen werden. Auch wenn diese zusätzliche Schleifbearbeitung nicht zwingend erforderlich ist, würde sich gegenüber dem eingesparten Konturdrehvorgang weiterhin eine Einsparung ergeben, bedingt dadurch, dass insbesondere bei geringeren verschleißfesten Schichten, wie insbesondere Chromschichten, sowohl die Dicke der aufzuchromenden Schicht als auch das anschließende abzuarbeitende Volumen geringer ausfallen könnte.
Grundsätzlich lässt sich aufgrund der geringeren Fläche ein glatter Zylinder mit geringerem Strom verchromen, als ein aus vorprofilierten Ringen bestehender Dorn. Somit ist neben dem geringeren Stromverbrauch auch eine bessere Schichtverteilung auf der zylindrisch bearbeiteten (bedarfsweise nach geschliffenen) äußeren Umfangsfläche zu erwarten.
Die mit einer vorgebbaren Schichtdicke aufgebrachte verschleißfeste Schicht, insbesondere die Chromschicht, wird anschließend vorteilhafterweise durch zumindest einstufiges Profilschleifen bearbeitet, um so die endgültige Laufflächenkontur mit mindestens einem Bereich maximaler und mindestens einem Bereich minimaler Schichtdicke zu erzeugen.
Der Bereich maximaler Schichtdicke bildet den so genannten tragenden Bereich auf der Lauffläche des Ölabstreifkolbenrings, der je nach Ausgestaltung desselben an unterschiedlichen Bereichen (entweder mittig oder aber in einem der Randbereiche) vorgesehen werden kann.
Durch geeignete Profilschleifwerkzeuge kann die jeweilige Laufflächenkontur erzeugt werden, ohne dass die Gefahr besteht, in den Kantenbereichen des Kolbenrings in das Kolbenringmaterial einzudringen.
Um sämtliche Bereiche des späteren Kolbenrings präzise abbilden zu können, besteht die Möglichkeit, eine der Gesamtkontur entsprechende lediglich räumlich zu versetzende Schleifscheibe vorzusehen oder aber mehrere einzelne Schleifscheiben einzusetzen, die der jeweiligen Kontur des zu erzeugenden Gegenlaufflächenprofils entsprechend ausgebildet sind.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Prinzipskizze eines zu bearbeitenden Kolbenringpakets;
2 Prinzipskizze eines gerade in Bearbeitung befindlichen Kolbenringpakets;
3 Darstellung von Einzelkolbenringen in unterschiedlichen Bearbeitungsstufen;
1 zeigt als Prinzipskizze ein Kolbenringpaket 1, das aus einer Vielzahl einzelner Ölabstreifkolbenringe 2 besteht. Die Ölabstreifkolbenringe 2 werden auf einem nicht weiter dargestellten Dorn paketiert. Innerhalb dieses Kolbenringpakets 1 wird die äußere Umfangsfläche 3 der Ölabstreifkolbenringe 2 innerhalb des Pakets 1 zunächst einmal so bearbeitet, dass innerhalb des Pakets 1 eine weitestgehend gleichmäßige zylindrische äußere Umfangsfläche 3 entsteht. Wie im linken Teil der 1 dargestellt, wird dann auf die äußere Umfangsfläche 3 der paketierten Ölabstreifkolbenringe 2 eine verschleißfeste Schicht 4, in diesem Beispiel eine Chromschicht vorgebbarer Schichtdicke, aufgebracht. Wie dem rechten Teil der 1 zu entnehmen ist, soll eine Schleifscheibe 5 zum Einsatz gelangen, die in diesem Beispiel so ausgestaltet ist, dass innerhalb eines Schleifscheibenprofils die äußere Umfangsfläche 3, beinhaltend die verschleißfeste Schicht 4, so bearbeitet werden kann, dass lediglich durch Versetzen der Schleifscheibe in axialer Richtung einerseits die Laufstege 6 profiliert und andererseits die Laufstegflanken 7, 8 seitlich geschliffen werden können.
Sofern das Gesamtprofil nicht in einer Schleifscheibe 5 realisiert werden kann, können bedarfsweise auch zwei Schleifscheiben zum Einsatz gelangen, die unterschiedliche Konturen aufweisen, um innerhalb von zwei Arbeitsgängen die vorab beschriebenen Konturen im Bereich des Ölabstreifkolbenrings 2 zu generieren.
2 zeigt das in 1 dargestellte Kolbenringpaket 1, beinhaltend die Ölabstreifkolbenringe 2. Dargestellt ist die Bearbeitungsstufe der äußeren Umfangsfläche 3 der Ölabstreifkolbenringe 2 unter Einsatz der in 1 dargestellten, dort noch nicht im Einsatz befindlichen Schleifscheibe 5.
3 zeigt eine Darstellung von Einzelringen des in den 1 und 2 dargestellten Kolbenringpakets mit den, ebenfalls in den 1 und 2 dargestellten unterschiedlichen Bearbeitungsstufen.
Der linke Teil der 3 zeigt den Ölabstreifkolbenring 2, der eine zylindrisch bearbeitete äußere Umfangsfläche 3 aufweist, wobei auf dieser äußeren Umfangsfläche 3 die in 1 angesprochene Chromschicht 4 abgeschieden ist.
Der mittlere Teil der 3 zeigt den Ölabstreifkolbenring 2, bei welchem über die in 1 dargestellte, hier nicht weiter angedeutete Schleifscheibe die Laufstege 6, hier ballig profiliert, ausgebildet wurden. Bei dieser Balligbearbeitung wird ein Bereich maximaler Schichtdicke und ein Bereich minimaler Schichtdicke gebildet, wobei sich der Bereich minimaler Schichtdicke in einem der Kantenbereiche des Ölabstreifkolbenrings befindet.
Der rechte Teil der 3 zeigt einen Ölabstreifkolbenring 2, bei welchem die Laufstegflanken 7, 8 seitlich geschliffen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19720627 A1 [0004]
DE 3144335 C2 [0005]
DE 19809659 C1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ölabstreifkolbenrings (2), indem mehrere Grundkörper auf einem Dorn paketiert und die Grundkörper so bearbeitet werden, dass innerhalb des Pakets (1) eine weitestgehend gleichmäßige zylindrische äußere Umfangsfläche (3) entsteht, die paketierten Grundkörper im Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche (5) mit einer verschleißfesten Schicht (4) vorgebbarer Schichtdicke versehen werden und anschließend die verschleißfeste Schicht (4) der Ölabstreifkolbenringe (2) dergestalt bearbeitet wird, dass jeweils eine Lauffläche entsteht, die einen Bereich maximaler und mindestens einen Bereich minimaler Schichtdicke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsfläche (3) der paketierten Grundkörper durch Formdrehen zylindrisch bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbearbeitete äußere Umfangsfläche (3) der paketierten Grundkörper vor dem Aufbringen der verschleißfesten Schicht (4) einer zylindrischen Schleifbearbeitung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die vor- oder fertigbearbeitete äußere Umfangsfläche (3) der paketierten Grundkörper eine verschleißfeste Chromschicht (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Schicht (4) der paketierten Ölabstreifkolbenringe (2), insbesondere die Chromschicht, durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch zumindest einstufiges Profilschleifen, fertig bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfeste Schicht (4) der paketierten Ölabstreifkolbenringe (2) einer Balligbearbeitung unterzogen wird, wobei der an einer Gegenlauffläche anliegende tragende Bereich der jeweiligen Lauffläche eine maximale Schichtdicke aufweist, die sich in Richtung mindestens eines Kantenbereichs des jeweiligen Ölabstreifkolbenrings dergestalt reduziert, dass hier eine minimale Schichtdicke gegeben ist.
Ölabstreifkolbenring, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, beinhaltend einen Grundkörper mit zylindrischer äußerer Umfangsfläche, auf welcher eine verschleißfeste Schicht (4), insbesondere eine Chromschicht, aufgebracht ist, wobei diese Schicht (4) mit einem Laufflächenprofil vorgebbarer geometrischer Kontur versehen ist.
Kolbenring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächenkontur ballig ausgeführt ist.