Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus Stahl oder Stahlguss bestehenden Kolbenrings.

An Kolbenringen aus Stahl oder Stahlguss kann durch einen Wärmebehandlungsprozess unter Stickstoffatmosphäre eine verschleißfeste Nitrierschicht erzeugt werden, die verfahrensbedingt an allen freien Flächen des Kolbenrings auftritt. Nitrierte Oberflächen und insbesondere nitrierte Kanten, die nachfolgend verchromt werden, sind als empfindlicher gegenüber Ausbrüchen und Rissen zu bewerten als das nicht nitrierte Stahl- oder Stahlgussgrundmaterial mit verchromter Lauffläche.

Die DE 10 2006 003 480 B3 offenbart einen Kolbenring, mit einer Lauffläche, einer oberen Flanke, einer unteren Flanke sowie einer inneren Umfangsfläche, wobei sich die obere Flanke zumindest partiell in Richtung der inneren Umfangsfläche trapezförmig verjüngt und die untere Flanke mit einer durch Nitrieren erzeugten Oberflächenschicht versehen ist, dergestalt, dass der trapezförmige Bereich der oberen Flanke nitrierschichtfrei ausgebildet ist, wobei durch Anpassung der Nitrierschichtdicke eine definierte Vertwistung im Betriebszustand erzeugt ist. Auf der mit einer Nitrierschicht versehenen Lauffläche wird eine verschleißbeständige Laufflächenbeschichtung aufgebracht, die durch galvanisches, chemisches oder physikalisches Abscheiden erzeugt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines aus Stahl oder Stahlguss bestehenden Kolbenrings bereitzustellen, mit welchem Ausbrüche und Risse in den Übergangsbereichen zwischen Lauffläche und Flankenbereichen weitestgehend vermieden werden können.

Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Kolbenring vorzuschlagen, der ein optimiertes Ausbruch- und Rissverhalten im Betriebszustand, insbesondere in den Übergangsbereichen von der Lauffläche in die jeweilige Flankenfläche, aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines aus Stahl oder Stahlguss bestehenden Kolbenrings, indem ein Grundkörper, beinhaltend eine Lauffläche, eine innere Umfangsfläche, obere und untere Flankenbereiche sowie Übergangsbereiche von der Lauffläche in den jeweiligen Flankenbereich, bereitgestellt wird, die Lauffläche einschließlich der Übergangsbereiche mit einer ersten Chromschicht überzogen werden, diese erste Chromschicht im Bereich der Lauffläche bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers abgetragen wird, zumindest die Lauffläche des schichtfreien Grundkörpers mit einer Nitrierschicht versehen wird und abschließend die Lauffläche sowie die Übergangsbereiche mit mindestens einer weiteren Chromschicht überzogen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Kolbenring, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbenrings sind dem zugehörigen gegenständlichen Unteranspruch zu entnehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, d.h. durch Ausbildung nitrierschichtfreier Übergangsbereiche zwischen der Lauffläche und dem jeweiligen Flankenbereich, wird ein Kolbenring erzeugt, der gegenüber Ausbrüchen und Rissen in diesen Bereichen unempfindlich ist.

Die erste galvanisch aufgebrachte Chromschicht wird vorteilhafterweise mit einer Schichtdicke von max. 15 μιη ausgebildet. Nach Abtrag dieser Schicht auf der Lauffläche bleibt die Schicht in den Übergangsbereichen von der nun schichtfreien Lauffläche in den jeweiligen Flankenbereich erhalten. Die Nitrierschicht kann - einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß - sowohl auf der Lauffläche (mit Ausnahme der Übergangsbereiche) als auch auf mindestens einer der beiden Flankenbereiche, vorteilhafterweise auf beiden Flankenbereichen, aufgebracht werden. Sie hat eine bevorzugte Schichtdicke von > 0 bis 30 μιη.

Die mindestens eine abschließende Chromschicht wird mit einer Schichtdicke zwischen 5 und 20 μιη galvanisch ausgebildet.

Somit wird ein Kolbenring bereitgestellt, der im fertigen Zustand zumindest laufflächenseitig eine Nitrierschicht aufweist, auf welcher eine Chromschicht abgeschieden ist, wobei die mit einer ersten Chromschicht versehenen Übergangsbereiche nitrierschichtfrei vorgesehen sind.

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

Figuren 1 bis 3 Prinzipskizzen von Kolbenringen (Grundkörper);

Figuren 4 bis 8 Prinzipskizzen des Herstellungsverfahrens eines Kolbenrings.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen Prinzipskizzen von Kolbenringen 1 ,2,3, jeweils beinhaltend einen Grundkörper 1 ',2',3'.

Figur 1 zeigt einen Grundkörper 1 ', der als Rechteckring ausgebildet ist, beinhaltend eine Lauffläche 4, eine innere Umfangsfläche 5, einen oberen Flankenbereich 6 sowie einen unteren Flankenbereich 7. Die Übergangsbereiche 8,9 von der Lauffläche 4 in den jeweiligen Flankenbereich 6,7 sind in diesem Beispiel gerundet ausgebildet, können bedarfsweise jedoch auch konisch verlaufen. Figur 2 zeigt einen, als einseitigen Trapezring ausgebildeten, Grundkörper 2', der mit Ausnahme der oberen Flanke 6 in Analogie zu Anspruch 1 ausgebildet ist. Die obere Flanke 6 verjüngt sich ausgehend von der Lauffläche 4 in Richtung der inneren Umfangsfläche 5.

Figur 3 zeigt einen, als Doppeltrapezring ausgebildeten, Grundkörper 3', bei welchem neben dem oberen Flankenbereich 6 auch der untere Flankenbereich 7 sich, ausgehend von der Lauffläche 4 in Richtung der inneren Umfangsfläche 5, verjüngt.

Bedarfsweise können auch Grundkörper mit andersartigen Querschnitten bereitgestellt werden.

Figur 4 zeigt ausschließlich den Grundkörper 1 ' gemäß Figur 1 . Hervorgehoben sind die gerundeten Übergangsbereiche 8,9.

Die Figuren 5 bis 8 zeigen das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, das sich in diesem Beispiel am Grundkörper 1 ' gemäß Figur 1 orientiert.

In einem ersten Fertigungsschritt (Fig. 5) werden die Lauffläche 4 sowie die Übergangsbereiche 8,9 von der Lauffläche 4 in den jeweiligen Flankenbereich 6,7 mit einer ersten Chromschicht 10 mit einer Schichtdicke von 10 μιη überzogen.

In einem zweiten Fertigungsschritt wird die Chromschicht 10 ausschließlich im Bereich der Lauffläche 4 bis auf das Grundmaterial des Grundkörpers 1 ' durch geeignete Werkzeuge abgetragen (Figur 6), so dass ausschließlich in den Übergangsbereichen 8,9 die ursprüngliche Chromschicht 10 erhalten bleibt.

Figur 7 ist zu entnehmen, dass die Lauffläche 4 des Grundkörpers 1 ' mit einer Nitrierschicht 1 1 mit einer Stärke von 10 μιη versehen wird, wobei die Übergangsbereiche 8,9, respektive die darauf noch liegende Chromschicht 10, nitrierschichtfrei bleiben. Figur 8 zeigt einen abschließenden Fertigungsschritt, nämlich, dass auf die Lauffläche 4, respektive die Nitrierschicht 1 1 sowie die in den Übergangsbereichen 8,9 vorgesehenen Chromschichtanteile, eine weitere Chromschicht 12 mit einer Schichtdicke von 15 μιη galvanisch abgeschieden wird.

Der so fertiggestellte Kolbenring kann als Kompressionskolbenring, beispielsweise im Bereich einer Brennkraftmaschine, eingesetzt werden. Durch den gezielten Schichtaufbau, insbesondere in den Übergangsbereichen 8,9 von der Lauffläche 4 in den jeweiligen Flankenbereich 6,7 können Ausbrüche und Risse in diesen Übergangsbereichen 8,9 im Betriebszustand vermieden werden.

Angedeutet ist in Figur 8 auch, dass die Flankenbereiche 6,7 sowie die innere Umfangsfläche 5 mit einer zusätzlichen umlaufenden Nitrierschicht 13 versehen sind, wobei die Nitrierschicht 13 vor Einlaufen in den jeweiligen Übergangsbereich 8,9 endet.