Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer verschleißfesten Schicht versehenen gekammerten Stahlkolbenrings.

Die DE 10221 800 AI offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von

Verschleißschutzschichten an einem Stahlkolbenring, indem die Lauffläche in einem ersten Arbeitsschritt zumindest partiell mit einer Laufflächenbeschichtung versehen wird und zur Erzeugung einer Härte HV 0,1 > 1400 in einem zweiten Arbeits schritt zumindest die Flanken durch Plasmanitrieren mit einer Nitrierschicht versehen werden, dergestalt, dass der Arbeitsschritt des Plasmanitrierens in Abhängigkeit von der zum Einsatz gelangenden Laufflächenbeschichtung im Temperaturbereich < 490°C durchgeführt wird.

Durch die DE 10 2005 023 627 AI ist ein Stahlkolbenring bekannt geworden, mit einer einseitig gekammerten Lauffläche, oberen und unteren Flanken sowie einer inneren Umfangsfläche, wobei die Lauffläche mit einer Mikrorisse aufweisenden

Verschleißschutzschicht auf Basis von Chromkeramik überzogen ist und zumindest die Flanken mit einer Verschleiß reduzierenden Nitrierschicht versehen sind, dergestalt, dass mindestens einer der Übergangsbereiche der Flanke in die Lauffläche annähernd scharfkantig ausgebildet ist.

Bei der Ausführung eines gekammerten PVD-beschichteten Stahlkolbenrings besteht die Forderung nach einer scharfen Funktionskante. Da die Notwendigkeit einer Oberflächennitrierung gegeben ist, schließt sich dies bisher aus. Eine nitrierte Kante benötigt einen Kantenradius von max, 0,1 mm.

Unter einer serienmäßig hergestellten scharfen Kante versteht der Fachmann eine Verrundung von max. R < 0,05 mm. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines mit einer verschleißfesten Schicht versehenen gekammerten Stahlkolbenrings bereitzustellen, mit welchem eine scharfe Funktionskante im Übergangsbereich zwischen einer Flanke in die Lauffläche realisierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer verschleißfesten Schicht versehenen gekammerten Stahlkolbenrings, indem ein laufflächenseitig mit einer Kammerung versehener Grundkörper erzeugt wird, der Übergangsbereich einer Flanke des Grundkörpers in die Lauffläche dergestalt bearbeitet wird, dass eine Fase entsteht, die Lauffläche sowie zumindest Teile der Fase mit einer verschleißfesten Schicht versehen wird, die nicht mit der verschleißfesten Schicht versehene Umfangs- und Flankenbereiche des Grundkörpers dergestalt nitriert werden, dass im fasenseitigen Bereich der Flanke ein Abschnitt definierter Breite verbleibt, der keine Nitrier schicht aufweist und abschließend zumindest die verschleißfeste Schicht so weit abgetragen wird, dass eine im Wesentlichen scharfe, jedoch nicht nitrierte

Funktionskante im Übergangsbereich der Flanke in die Lauffläche entsteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den

Verfahrens gemäßen Unter ansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhafterweise einsetzbar für einen

Kompressionskolbenring für eine Bremikraftmaschine.

Die Fase wird, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, mechanisch, insbesondere durch Schleifen, erzeugt.

Auf die die Kammerung enthaltende Lauffläche kann bedarfs weise unmittelbar eine Chromschicht aufgebracht werden.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, auf die Lauffläche eine dünne PVD- (physical vapor deposition) oder eine DLC-Schicht (diamond like carbon) aufzubringen. Je nach Anwendungsfall besteht auch die Möglichkeit, auf eine PVD- oder DLC- Schicht als weitere verschleißfeste Schicht eine Chromschicht aufzubringen.

Der Fachmann wird, in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall, die geeignete(n) Verschleißschutzschicht(en) auswählen.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß werden zur Optimierung des

Herstellungsprozesses vor dem Aufbringen der verschleißfesten Schicht mindestens zwei Grundkörper zu einem Paket zusammengefasst. In diesem Zustand kann dann die eine oder andere verschleißfeste Schicht mittels bekannter Verfahren aufgebracht werden.

Hier besteht die Möglichkeit, jeweils zwei Grundkörper mit aufeinander zu gerichteten Fasen oder aber mehrere (> 2) Grundkörper mit hintereinander liegenden Fasen zu einem Paket zusammenzufassen.

Bedingt durch die Fase im jeweiligen Grundkörper ist bei einander gegenüberliegenden Fasen ein etwa keilartiger Einschnitt gegeben, der gewährleistet, dass beim Aufbringen der verschleißfesten Schicht selbige auch im jeweiligen Fasenbereich zumindest partiell abgeschieden werden kann.

Bei axial hintereinander liegenden Gnindkörpem können mehr als zwei Grundkörper zu einem Paket zusammengefasst werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit noch erhöht werden kann.

Damit .eine scharfe Funktionskante, gebildet aus dem Material des Grundkörpers, erzeugt werden kann, wird, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, vorgeschlagen, dass der nitrierfreie Abschnitt auf der zugehörigen Flanke 0,1 bis 1,5 mm beträgt. Der abschließende Arbeitsvorgang sieht vor, dass zumindest die verschleißfeste Schicht außerhalb der Kammerung mechanisch, insbesondere durch Schleifen, von der

Lauffläche entfernt wird. Das Material des Gnindkörpers wird bedarfsweise bis auf den Ansatz der Fase an der Flanke abgeschliffen, so dass im fertigen Zustand des

Stahlkolbenrings die Nitrierschicht immer noch um einen Betrag von etwa 0,05 bis 0,7 mm von der Lauffläche entfernt ist.

Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren an einem gekammerten

StaMkolbenring eine scharfe, jedoch unnitrierte Funktionskante im Über angsbereich zwischen der jeweiligen Flanke und der Lauffläche erzeugt werden.

Die jeweilige Funktionskante wird vorteilhafterweise im Übergangsbereich der unteren, d.h. dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Flanke und der Lauffläche gebildet und trägt so dazu bei, dass auch außerhalb des mindestens einen Ölabstreifrings ein

Abstreifen von Restöl möglich ist.

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

Figur 1 gekammerter Stahlkolbenring vor der Beschichtung;

Figur 2 gekammerter Kolbenring gemäß Figur 1 mit angebrachter Fase;

Figuren 3 und 4 alternative Paketierungsverfahren von Grundkörpern gemäß Figur

Figuren 5 und 6 alternative Beschichtungsverfahren der in den Figuren 3 und 4 dargestellten paketierten Grundkörper;

Figur 7 Prinzipskizze eines mit einer PVD-Schicht versehenen

Grundkörpers; Figur 8 Prinzipskizze eines mit einer PVD-Schicht versehenen und nitrierten Grundkörpers;

Figur 9 Grundkörper gemäß Figur 8, jedoch mit einer auf der PVD- Schicht aufgebrachten Chromschicht;

Figur 10 fertiger Kolbenring mit scharfer unnitrierter Funktionskante.

Figur 1 zeigt einen aus Stahl bestehenden Kolbenringgrundkörper 1 , beinhaltend eine mit einer Kammerung 2 versehene Lauffläche 3, eine innere Umfangslläche 4, eine untere, d.h im Einbauzustand einem nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuse zugewandten, Flanke 5 sowie eine obere , d.h. im Einbauzustand einem nicht dargestellten Brennraum zugewandte, Flanke 6. Dieser Grundkörper 1 bildet die Ausgangsform für den späteren, als Kompressionskolbenring einsetzbaren Kolbennng.

Figur 2 zeigt, dass der Übergangsbereich von der Flanke 5 in die Lauffläche 3 dergestalt bearbeitet wurde, dass, beispielsweise durch Schleifen, eine Fase 7 gebildet wird:

Die Figuren 3 und 4 zeigen unterschiedliche Paketierungsverfahren für Grundkörper 1 gemäß Figur 2.

In Figur 3 sind mehrere Grundkörper 1 axial hintereinander angeordnet, wobei die Fasen 7 ebenfalls axial hintereinander liegen. Durch die in Richtung der jeweiligen Fase 7 auslaufende Kammerung 2 bestehen bei der Beschichtung der Lauffläche 3 keine Probleme auch die Fase 7 zumindest partiell mit Beschichtungsmaterial zu versehen.

Figur 4 zeigt, dass zwei Grundkörper 1 mit einander zugewandten Fasen 7 paarweise angeordnet sind, so dass eine Art Keil gebildet wird. Auch hier kann bei der

Beschichtung der Lauffläche 3 Beschichtungsmaterial in den Bereich der Fase 7 eingebracht werden. Die Figuren 5 und 6 zeigen Beschichtungen der Lauffläche 3, und zwar bezogen auf die Figuren 3 und 4.

In diesen Beispielen soll im Bereich der jeweiligen Lauffläche 3 eine verschleißfeste Chromschicht 8 aufgebracht werden, die unmittelbar auf den gekarnmerten Bereich 2 und die verbleibenden Bereiche der Lauffläche 3 aufgebracht wird. Die jeweilige Schicht 8 setzt sich auch, zumindest auf einem großen Teil der Fase 7, ab,

Figur 7 zeigt einen einzelnen Grundkörper 1 , der mit einer PVD-Schicht 9 mit einer Schichtdicke zwischen 1 und 5 μηι beschichtet wurde. In Analogie zu den Figuren 5 und 6 sind die mit der Fase 7 versehenen Flankenbereiche 5 ebenfalls von der PVD- Schicht zumindest partiell überzogen.

In Figur 8 ist erkennbar, dass der gemäß Figur 7 PVD beschichtete Grundkörper 1 außerhalb der PVD-Schicht 9 nitriert wurde. Die Nitrierschicht 10 ist auf allen weiteren in Figur 1 dargestellten Umfangs- 4 und Flankenbereichen 5,6 vorgesehen. Im Bereich der Flanke 5 reicht die Nitrierschicht 10 jedoch nicht vollständig bis an die Fase 7 heran, so dass ein nitrierschichtfreier Abschnitt a definierter Breite, z.B. 1,5 mm, gegeben ist.

In Figur 9 ist dargestellt, dass auf die PVD-Schicht 9 eine bereits in den Figuren 5 und 6 beschriebene Chromschicht 8 aufgebracht wurde. Es gelten die gleichen

Verfahrensabläufe, wie bereits zur Figur 8 erläutert.

Figur 10 zeigt den fertigen Stahlkolbenring Γ. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellten Schichten 8, 9 wurden so weit abgetragen, dass eine scharfe Funktionskante 11 im Übergangsbereich von der Flanke 5 in die Lauffläche 3 gebildet wurde, wobei die Nitrierschicht 10 mit definiertem Abstand a' zur Funktionskante 11, z. B. 0,5 mm, endet.