DE29605666U1

DE29605666U1 - Component in the area of combustion chambers

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Publication number: DE29605666U1
Application number: DE29605666U
Authority: DE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2006-03-28

Description

Bauteil im Bereich von VerbrennungsräumenComponent in the area of combustion chambers

Die Erfindung betrifft ein Bauteil im Bereich von Verbrennungsräumen, insbesondere von Brennkraftmaschinen.The invention relates to a component in the area of combustion chambers, in particular of internal combustion engines.

Aus der DE 43 25 520 A1 ist es bekannt, ein beispielsweise als Kolbenring einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildetes Bauteil mit einer Beschichtung zu versehen, die im Vakuum durch einen Plasmaprozeß abgeschieden wurde. Für das Abscheiden der metallhaltigen Kohlenstoffschicht wurde gemäß diesem Stand der Technik das PVD-Verfahren (Plasma Vapour Deposition) angewandt. Hierbei wird im Vakuum durch eine Plasmabeschichtung mit einem Lichtbogen das Metall aufgetragen.From DE 43 25 520 A1 it is known to provide a component, for example a piston ring of a reciprocating internal combustion engine, with a coating that was deposited in a vacuum using a plasma process. According to this state of the art, the PVD process (plasma vapor deposition) was used to deposit the metal-containing carbon layer. In this process, the metal is applied in a vacuum using a plasma coating with an electric arc.

In DE 33 15 556 C1 ist eine verschleißfeste Beschichtung für Laufflächen von Kolbenringen bekannt, welche bevorzugt aus 5 bis 10 separaten, übereinanderliegenden thermischen Spritzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Struktur besteht. Ein solcher Schichtaufbau ist vergleichsweise kompliziert und erfordert mehrere Bearbeitungs- bzw. Verarbeitungsprozesse mit unterschiedlichen Beschichtungszusätzen.DE 33 15 556 C1 discloses a wear-resistant coating for the running surfaces of piston rings, which preferably consists of 5 to 10 separate, superimposed thermal spray layers of different composition and/or structure. Such a layer structure is comparatively complicated and requires several machining or processing processes with different coating additives.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Bereich von Verbrennungsräumen, insbesondere von Brennkraftmaschinen angeordnetes Bauteil mit einer in einem Vakuumprozeß zumindest auf einer seiner Flächen abgeschiedenen Beschichtung aus amorphem Kohlenstoff zu schaffen, welches in vergleichsweise einfacher Weise hergestellt werden kann und verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist.The invention is based on the object of creating a component arranged in the area of combustion chambers, in particular of internal combustion engines, with a coating of amorphous carbon deposited in a vacuum process on at least one of its surfaces, which can be produced in a comparatively simple manner and has improved tribological properties.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beschichtung mit einer metallfreien amorphen Kohlenstoffschicht gelöst, deren Härteveriauf über die Schichtdicke graduiert ausgebildet ist. Vorteilhafte/weise weist diese Schicht eine hohe Härte auf, ist jedoch dazu in der Lage, bei hohen Belastungen elastische Verformungen reversibel aufzunehmen. Das Verhältnis von elasticher zu plastischer Verformung ist in etwa doppelt so groß wie bei metallhaltigen amorphen Kohlenstoff schichten. Die Graduierung innerhalb der SchichtdickeThe object is achieved according to the invention by a coating with a metal-free amorphous carbon layer, the hardness of which is graduated over the layer thickness. This layer advantageously has a high degree of hardness, but is able to reversibly absorb elastic deformations under high loads. The ratio of elastic to plastic deformation is approximately twice as large as with metal-containing amorphous carbon layers. The graduation within the layer thickness

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b'ietet den Vorteil, daß hiermit eine optimale Anpassung einerseits an den die Beschichtung tragenden Grundkörper sowie an den Verschleißpartner möglich istoffers the advantage that this enables optimal adaptation to the base body carrying the coating as well as to the wear partner

Bevorzugt ist das Bauteil als Kolbenring in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet, wobei die Härte in der Beschichtung von außen nach innen radial zunehmend ausgeführt ist Hierdurch ist die Einstellung einer vergleichsweise weichen, radial außen liegenden Einlaufverschleißschicht und einer vergleichsweise harten, radial dazu innen liegenden Laufschicht möglich. Somit werden die sonst üblichen, als zusätzliche Schicht aufgebrachten Chromschichten als Verschleißschichten überflüssig.The component is preferably designed as a piston ring in a reciprocating piston internal combustion engine, wherein the hardness in the coating increases radially from the outside to the inside. This makes it possible to set a comparatively soft, radially external running wear layer and a comparatively hard, radially internal running layer. This makes the otherwise usual chrome layers applied as an additional layer superfluous as wear layers.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Graduierung über eine Beeinflussung der Prozeßparameter während des Abscheideprozesses bei der Beschichtung einzustellen, beispielsweise über die in einem CVD-Prozeß (Chemical Vapour Deposition) verwendete Stromstärke und/oder die Gaszusammensetzung.Furthermore, it has proven advantageous to adjust the graduation by influencing the process parameters during the deposition process for coating, for example via the current intensity used in a CVD process (Chemical Vapor Deposition) and/or the gas composition.

Bevorzugt erfolgt der Einsatz eines solchen Kolbenringes als sogenannter Minutenring, das heißt, als ein mit einer Schrägstellung auf seiner äußeren Umfangsfläche versehener Ring.Preferably, such a piston ring is used as a so-called minute ring, i.e. as a ring provided with an inclination on its outer circumferential surface.

Es hat sich gezeigt, daß durch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteiles die Reibung und der Verschleiß verringert werden konnte und gleichzeitig verbesserte Einlaufeigenschaften voriiegen. Bei Verwendung als Kolbenring konnte zusätzlich die sonst übliche und notwendige Kolbenringvorspannung deutlich reduziert werden, was wiederum Reibung und Verschleiß weiter verkleinert.It has been shown that by using the component according to the invention, friction and wear can be reduced and at the same time, running-in properties are improved. When used as a piston ring, the otherwise usual and necessary piston ring preload can also be significantly reduced, which in turn further reduces friction and wear.

Claims

K 6033/1770-kQ-th Claims

1. Bauteil im Bereich von Verbrennungsräumen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, mit einer in einem Vakuumprozeß zumindest auf einer seiner Flächen abgeschiedenen Beschichtung enthaltend amorphen Kohlenstoff,1. Component in the area of combustion chambers, in particular of internal combustion engines, with a coating containing amorphous carbon deposited in a vacuum process on at least one of its surfaces,

dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer metallfreien amorphen Kohlenstoffschicht besteht, deren Härteverlauf über die Schichtdicke graduiert ist.characterized in that the coating consists of a metal-free amorphous carbon layer, the hardness of which is graduated over the layer thickness.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kolbenring ausgebildet ist, dessen Härte in der Beschichtung von außen nach innen zunehmend ausgeführt ist.2. Component according to claim 1, characterized in that it is designed as a piston ring the hardness of which in the coating increases from the outside to the inside.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteveriauf die Beschichtung in einer radial äußere Einiaufverschieißschicht und eine dazu innen liegende Laufschicht teilt.3. Component according to claim 2, characterized in that the hardening process divides the coating into a radially outer running-in wear layer and an inner running layer.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in einem CVD-Prozeß aufgebracht ist und die Graduierung durch Prozeßparameter eingestellt ist.4. Component according to claim 1, characterized in that the coating is applied in a CVD process and the graduation is adjusted by process parameters.

5. Bauteil nach Anspruch 2, daß der Kolbenring als Minutenring ausgebildet ist5. Component according to claim 2, characterized in that the piston ring is designed as a minute ring