Beschreibung

Kolbenring

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring, mit einem Grundkörper, der eine mit einer Kammerung versehene Lauffläche, eine obere und eine untere Flankenfläche sowie eine innere Umfangsfläche aufweist.

In der EP-A 1 482 075 wird eine Kolbenringbeschichtung beschrieben, die durch Wolfram-Disulfϊd gebildet wird.

Die Ausbildung der unteren Laufkante eines Kolbenringes ist für den ölhaushalt einer Brennkraftmaschine von großer Bedeutung. Es ist eine Herausforderung für die Fertigung der Kolbenringe, eine möglichst kleine Kante zu erzeugen, um im Motorbetrieb eine möglichst gute Abstreifwirkung zu erzielen. Derart kleine und scharfe Kanten lassen sich relativ einfach an unbeschichteten Ringen darstellen. Allerdings sind heute in der ersten Nut von Brennkraftmaschinen grundsätzlich beschichtete Ringe notwendig. Hierbei stellt sich ein Zielkonflikt zwischen der erwünschten kleinen Funktionskante und einer ausbrach- und rissfreien beschichteten Kante ein.

Ein bekannter Weg zum Herstellen relativ scharfer Laufkanten an beschichteten Ringen ist der Einsatz von voll oder einseitig gekammerten Ringen. Nachteil dieser Ringe ist, dass ein gewisser Teil der Lauffläche prinzipbedingt nicht mit einer schützenden Beschichtung versehen ist und es in diesem Bereich, in denen dann der Grandwerkstoff mit dem Zylinder in Kontakt kommt, häufig zu so genannter Brandspurbildung kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenring dahingehend weiter zu bilden, dass zur Optimierung des ölhaushalts unter Einsatz einer mit mindestens einer Kammerung versehenen Lauffläche die genannten Nachteile nicht mehr gegeben sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kolbenring, mit einem Grundkörper, der eine mit einer Kammerung versehenen Lauffläche, eine obere und eine untere Flankenfläche sowie eine innere Umfangsfläche aufweist, wobei zumindest die Kammerung mit mindestens einer Verschleißschutzschicht versehen ist und auf der Lauffläche zumindest partiell eine PVD-Deckschicht aufgebracht ist, dergestalt, dass der Grundkörper in seinem fertigen Zustand lediglich randbereichsseitig, d. h. außerhalb der Kammerung, die PVD-Deckschicht aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der PVD-Beschichtung (Physical Vapour Deposition) handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Beschichtung der Lauffläche des Kolbenringes durch Abscheidung aus der Dampfphase erfolgt. Das abzuscheidende Beschichtungsmaterial liegt dabei als ionisierter Teilchenstrom vor.

Durch den Erfindungsgegenstand ist es nun möglich, bei Erlangung einer erwünscht gering dimensionierten Funktionskante die Laufflächenbeschichtung ausbruch- und rissfrei im Bereich der Kante zu erzeugen.

Von besonderem Vorteil ist, dass einseitig oder voll gekammerte Kolbenringe aus Gussoder Stahlwerkstoffen mit einer galvanisch oder thermisch aufgebrachten Verschleißschutzschicht versehen werden können.

Erfindungsgemäß soll im fertigen Zustand des Kolbenringes lediglich der jeweilige Randbereich, d. h. außerhalb der Kammerung, mit der PVD-Deckschicht versehen sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass entweder nur die Randbereiche mit der PVD- Deckschicht versehen werden, oder aber die gesamte Lauffläche samt Kammerung mit einer PVD-Deckschicht überzogen und anschließend die PVD-Deckschicht im Bereich der Kammerung, z. B. durch Schleifen, entfernt wird.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß kann die PVD-Shicht auf Basis von Nitriden der Elemente der Gruppe IV b bis VI b des Periodensystems ausgebildet werden. Wahlweise können folgende Elemente einzeln oder in Kombination zugesetzt werden: Al, Si, C, O.

Von besonderem Vorteil sind so genannte PVD-DLC (diamond-like-carbon)- Beschichtungen, die auf die Lauffläche von Kolbenringen aufgebracht werden. Sie bilden besonders verschleißfeste Oberflächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten und widerstehen auch höheren Temperaturen. DLC-Schichten weisen darüber hinaus eine gute Haftung auf dem Grundkörper und eine hohe Bruchfestigkeit auf.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausfuhrungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 Kolbenring im Querschnitt, der laufflächenseitig mit einer Kammerung versehen ist, aufweicher eine PVD-Deckschicht abgeschieden ist;

Figur 2 Kolbenring gemäß Figur 1 mit partiell entfernter Deckschicht;

Figur 3 alternative Ausführungsform eines Kolbenringes.

Figur 1 zeigt einen Kolbenring 1, der einen im Querschnitt rechteckigen Grundkörper aufweist, beinhaltend eine Lauffläche 2, eine obere 3 und eine untere Flankenfläche 4 sowie eine innere Umfangsfläche 5. Die Lauffläche 2 ist mit einer Kammerung 6 versehen, in welche eine Verschleißschutzschicht 7, beispielsweise aus Chrom, eingebracht ist. Auf der gesamten Lauffläche 2, inklusive der Kammerung 6, ist eine PVD-Deckschicht 8 aus CrN abgeschieden, die in diesem Beispiel eine Dicke von 8μm aufweisen soll. Alternative Werkstoffe, wie beispielsweise CrON, sind als PVD- Deckschicht ebenfalls denkbar.

Figur 2 zeigt den fertigen Zustand des Kolbenringes 1. Erkennbar ist, dass die Kammerung 6, respektive die dort gegebene Verschleißschutzschicht 7, von der PVD- Deckschicht 8 gemäß Figur 1 befreit ist. Dies wurde erreicht, durch partielles Abschleifen der PVD-Deckschicht 8 im Bereich der Kammerung 6. Somit bleiben lediglich die Randbereiche 9,10 mit der PVD-Deckschicht 8 bedeckt. Da diese Randbereiche 9,10 gegenüber der Verschleißschutzschicht 7 radial vorstehen, wird zunächst ein ölreservoir gebildet, das vorteilhaft für das Einlaufverhalten des Kolbenringes 1 ist.

Figur 3 zeigt eine Alternative zu Figur 1. Der hier dargestellte Kolbenring 1 ' beinhaltet ebenfalls eine Kammerung 6', in welcher eine Verschleißschutzschicht T eingebracht ist. In diesem Beispiel werden ausschließlich die Randbereiche 9',10' außerhalb der Kammerung 6' mit einer PVD-Deckschicht 8' versehen.