Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester Flanken für einen Trapezring für Verbrennungsmotoren, bei dem zunächst aus einem Stahlband mit rechteckigem Querschnitt als Basismateπal ein mit einer inneren und einer äuße¬ ren Umfangsflache sowie einer oberen und unteren Flanke bestehender Rechteck¬ ring geformt wird, der anschließend mittels eines Nitrierprozesses allseitig nitriert und nachfolgend durch Bearbeitung der Oberflachen in seine endgültige Form und Geometrie gebracht wird, wobei durch die Bearbeitung das Basismatenal an den Flanken freigelegt wird

Kolbenringe mit trapezförmigen Querschnitt- Ringhohe an der äußeren Umfangs¬ flache großer als an der inneren Umfangsflache- werden bevorzugt in Dieselmotoren als Topring eingesetzt, wobei die dazugehörige Kolbenringnut ebenfalls trapezförmig ausgebildet ist Dieselmotoren neigen zur Ablagerung von harten kohlenstoffhaltigen Ruckstanden in der ersten -obersten- Kolbenringnut, welche zu einem Festgehen der Kolbenringe und damit zu Funktionsausfallen fuhren können Durch die trapez¬ förmige Gestaltung der Kolbenringe und der Kolbenringnut wird das Festgehen im Regelfall unterbunden und somit die Abdichtfunktion gewährleistet Bei der Herstel¬ lung von Rechteckringen für Kolben von Verbrennungsmotoren ist es bekannt, auf die gesamte Oberflache der Ringe mittels eines Gasnitrierprozesses eine Nitπd- schicht aufzubringen, um die Oberflache zu harten und somit eine bessere Ver- schleißfestigkeit zu erhalten Derartige Kolbenringe sind in der DE 35 06 746 C2, der EP 0 605 223 A1 oder in der JP 05050241 A beschrieben, wobei insbesondere die Verschleißfestigkeit der Laufflache der Kolbenringe durch das Aufbringen zusatz- hcher Beschichtungeπ, wie aus den vorgenannten Schriften und der DE 102 07 148 A1 bekannt, weiter erhöht wird

Es ist bei der Herstellung von Trapez- bzw - Doppeltrapezringen, die aus Rechteck¬ ringen geformt werden, ebenso bekannt, die gesamte Oberflache der Ringe einem Nitπerprozess zu unterwerfen Zur Formung bzw Profilgebung eines derartigen Kol¬ benringes zu einem Trapezring ist es erforderlich, die Flanken entsprechend zu schleifen, wobei die Nitridschicht vollständig oder teilweise von den Flanken, je nach geometrischen Erfordernissen, wieder entfernt wird Mittels weiterer Bearbeitungs¬ schritte der Ringoberflachen erfolgt die Endprofilgebung mit anschließender Ver- schleißschutzbeschichtung der Laufflache sowie der Endbearbeitung Dieser Her¬ stellungsablauf ist entsprechend optimiert hinsichtlich der Stapelbarkeit der Ringe, also der gleichzeitigen Mehrfachbearbeitung im Packet

Im Motorbetrieb zeigen jedoch die derart hergestellten und in Stahlkolben einge¬ setzte Trapezringe, insbesondere durch die hohen Zunddrucke von 200 bar bis 220 bar, dass die Ringflanken vermehrt Reibverschleißschaden (fretting) aufweisen, wobei eine zusatzlich Verkokung feststellbar ist Diese Schaden nehmen mit der Verlängerung der Laufdauer der Kolbenringe zu und fuhren schließlich zum Ausfall Es hat sich außerdem gezeigt, dass diese Schaden ortsabhangig, d h entlang des Umfangs an den Ringflanken verschieden stark auftreten

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Entstehen von Flankenschadigungen an Trapez¬ bzw Doppeltrapezringen im Motorbetrieb weitgehend zu verhindern

Erfmdungsgemaß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost

Durch das erfindungsgemaße Herstellungsverfahren werden verschleißfeste Ring¬ flanken geschaffen, die im Motorbetrieb einen gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verminderten Reibverschleiß aufweisen Das Verfahren sichert durch das Erzeugen einer Nitridschicht auf den Ringflanken mit gleichmaßiger Nitriertiefe auch die Erzeugung gleichmäßig hohe Hartewerte, sodass entlang des Umfanges der Ringflanken keine die Ringfunktion beeinträchtigenden Schädigungen mehr an des¬ sen Flanken auftreten Ebenso werden Mikroverschweißungen zwischen dem Kol¬ benring und Kolben wirksam verhindert

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben Es zeigen

Fig 1 ein Verfahren zur Herstellung von Trapezringen nach dem Stand der Technik, Fig 2 ein erfindungsgemaßes Herstellungsverfahren für Trapezringe, Fig 3 eine Darstellung des ortsabhangigen Ringflankenverschleißes gemäß dem Stand der Technik und dem erfindungsgemaßen Verfahren

Aus einem nicht nitrierten martensitischen Stahlband 1 mit rechteckigem Quer¬ schnitt wird mittels bekannter Vorrichtungen zunächst ein Kolbenring mit einer inne¬ ren Umfangsflache 5a und einer äußeren Umfangsflache 5b sowie einer oberer Ring¬ flanke 3a/b und unteren Ringflanke 4a/b geformt, wie in Fig 1 dargestellt Der Kol¬ benring wird anschließend thermisch entspannt Nach einer Schleifbearbeitung der Ringstoßseiten und der äußeren Umfangsflache 5b sowie einer Burstung der inne¬ ren Umfangsflache 5a erfolgt anschließend ein Parallelschleifen der oberen 3a und unteren Ringflanken 4a, so dass zueinander parallele obere und untere Ringflanken entstehen Gemäß Fig 2 entsteht durch das Schleifen der oberen und unteren Ring¬ flanken die vorgegebene geometrische Form zu einem Trapezring 10 mit schrägen Flanken 3b, 4b oder Doppeltrapezring (nicht dargestellt) Im Bereich seiner äußeren Umfangsflache bleiben die parallelen Flanken, über welche die Kolbenringe stapelbar sind, in einer Breite bestehen, die weniger als ein Viertel der Kolbenπngbreite betragt Nach einer Reinigung werden anschließend mittels eines bekannten Gas- nitπerprozesses (GNS) die Kolbenringe oberflachenmaßig nitriert Die Nitridschicht besteht aus einer Diffusionsschicht und einer Verbindungsschicht, wobei die Nitrier- hartetiefe in der Diffusionsschicht bis 200 μm betragen kann Die Verbindungs¬ schicht besitzt erfindungsgemaß eine Harte HVO 05 von 700 bei einer Schichtdicke von ca 20 μm Das Stahlband 1 weist zur Bildung von harten Chromnitriden ein Chromgehalt zwischen 12% bis 17 % auf Nach einer Endformgebung, bei der der nitrierte Kolbenring einem erneuten geringfügigen Schleif- bzw Lappvorgang ohne Flankenbearbeitung unterworfen ist, kann wahlweise zur weiteren Verbesserung der Verschleißeigenschaft durch ein an sich bekanntes PVD-Verfahren (physikalische Dampfabscheidung) Chrom oder Chromnitridschicht auf die bevorzugt untere nitrierte Ringflanke aufgebracht werden, da sich insbesondere bei den gemäß Stand der Technik nach Fig 1 hergestellten Trapezringen dort der größte Reibverschleiß gezeigt hat

Auf die äußere Umfangsflache, die der Laufflache des Kolbenrings entspricht, wird unter Vermeidung einer Abscheidung auf die Ringflanken anschließend mittels des PVD-Verfahrens eine Chromnitrid- oder Manganphosphatschicht zwischen 1-3 μm bei einer Harte zwischen 1200-1400 HVO, 05 zur weiteren Verringerung des Reibver- schleißes aufgebracht, wobei das Abscheiden der Chromschicht auch galvanisch erfolgen kann

Die Nitrierung der Kolbenringe erfolgt im waagerecht gestapelten, jedoch axial unverspannten Zustand, hingegen die PVD-Beschichtung der Laufflache im axialen verspannten und gestapelten Zustand Dadurch wird gewährleistet, dass einerseits eine gute Flankennitnerung erreicht wird und andererseits die Flanken wahrend der Laufflachenbeschichtung nicht mit der aufzubringenden Verschleißschutzschicht beschichtet wird

Nach der Beschichtung werden die Kolbenringe endbearbeitet, insbesondere die nitrierten Ringflanken, durch Abschleifen von maximal einem Viertel der Gesamtnit- ndschicht, wodurch die beim Nitrieren entstehende Verbindungsschicht (white layer) entfernt wird Wie aus der Darstellung des örtlichen umfangseitigen Reibverschleißes gemäß Fig 3 für einen 6-Zylιnder-Dιeselmotor mit einer Laufzeit von 100 h unter Volllast ersicht¬ lich ist, bewirkt dass erfindungsgemaße Verfahren gegenüber dem Stand der Tech¬ nik eine deutliche Senkung des Reibverschleißes an den Ringflanken BezuQszeichen

10 Trapezring 1 Stahlband, Basismaterial 2 Nitridschicht 3a obere Ringflanke 3b obere parallele Ringflanken a untere Ringflanke b untere parallele Ringflanke 5a innere Umfangsflache, 5b äußere Umfangsflache, Laufflache