DE102016104450B4 - Piston ring - Google Patents
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Abstract
Aus Stahl oder Stahlguss bestehender Kolbenring (1,1'), beinhaltend eine Lauffläche (2), die mindestens eine mit einer Laufflächenbeschichtung (7) versehene Kammerung (6) aufweist, eine innere Umfangsfläche (3) sowie zwischen Lauffläche (2) und innerer Umfangsfläche (3) sich erstreckende obere und untere Flanken (4,5), wobei die außerhalb der jeweiligen Kammerung (6) vorgesehenen Laufflächenabschnitte (12,13) durch den Werkstoff des Kolbenrings (1,1') gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Flanken (4,5) mit einer Nitrierschicht (8,9) versehen sind, dass zumindest die Übergangsbereiche (11,12) von der Lauffläche (2) in die zugehörige Flanke (4,5) nitrierschichtfrei ausgebildet sind, dass Übergangsabschnitte (14,15,17) von der inneren Umfangsfläche (3) in die zugehörige Flanke (4,5) nitrierschichtfrei ausgebildet sind, wobei die Übergangsabschnitte (14,15,17), durch den Werkstoff des Kolbenrings (1,1') gebildet sind, dass die Übergangsbereiche (11,12), und/oder die Übergangsabschnitte (14,15,17), in gerundeter Form (R) vorgesehen sind, dass die Schichtdicke (a) der jeweiligen Nitrierschicht (8,9) ≤ 30 µm beträgt und dass die gerundeten Übergangsbereiche (11,12) und/oder die gerundeten Übergangsabschnitte (14,15,17) mit einer Verrundung (R) zwischen > 30 und 70 µm gebildet sind.Piston ring (1,1 ') made of steel or cast steel, containing a running surface (2) which has at least one chamber (6) provided with a running surface coating (7), an inner circumferential surface (3) and between the running surface (2) and the inner one Circumferential surface (3) extending upper and lower flanks (4,5), the running surface sections (12,13) provided outside the respective chamber (6) being formed by the material of the piston ring (1,1 '), characterized in that only the flanks (4, 5) are provided with a nitrided layer (8, 9), that at least the transition areas (11, 12) from the running surface (2) into the associated flank (4, 5) are free of a nitrided layer, that transition sections ( 14,15,17) from the inner circumferential surface (3) into the associated flank (4,5) are formed without a nitriding layer, the transition sections (14,15,17) being formed by the material of the piston ring (1,1 ') that the transition areas (11, 12), and / or di e transition sections (14,15,17) are provided in rounded form (R) that the layer thickness (a) of the respective nitrided layer (8.9) is beträgt 30 µm and that the rounded transition areas (11,12) and / or the rounded transition sections (14,15,17) are formed with a rounding (R) between> 30 and 70 µm.
Description
Die Erfindung betrifft einen aus Stahl oder Stahlguss bestehenden Kolbenring gemäß gattungsbildendem Teil des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a piston ring made of steel or cast steel according to the generic part of the first claim.
An Kolbenringen 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 sind ausbruchsempfindlicher als das nicht nitrierte Grundmaterial des Kolbenrings. Die Gefahr von Ausbrüchen ist insbesondere an solchen Kanten besonders hoch, an denen beide an die Ecke angrenzenden Flächen nitriert sind.A wear-resistant nitriding layer can be produced on piston rings by means of a heat treatment process in a nitrogen atmosphere, which occurs on all free surfaces of the piston ring as a result of the process. Nitrided surfaces and in particular nitrided edges are more sensitive to breakouts than the non-nitrided base material of the piston ring. The risk of breakouts is particularly high on those edges where both surfaces adjoining the corner are nitrided.
Darüber hinaus verändert eine Nitrierschicht auch den Eigenspannungszustand des Werkstoffs.In addition, a nitrided layer also changes the internal stress state of the material.
An dünnwandigen Kolbenringen kann eine lokal unterschiedliche Nitrierschichtausbildung zu einem unerwünschten Verzug des Rings führen, wobei unterschiedliche Nitrierschichtdicken auf der Lauffläche und der Innenseite dabei zu einem veränderten Druckverhalten des Rings am Stoß, insbesondere im motorischen Betrieb, führen.On thin-walled piston rings, a locally different nitriding layer formation can lead to undesired distortion of the ring, with different nitriding layer thicknesses on the running surface and the inside leading to a changed pressure behavior of the ring at the joint, especially during motor operation.
Schließlich verringert eine Nitrierschicht die Dauerfestigkeit des Kolbenrings.Finally, a nitrided layer reduces the fatigue strength of the piston ring.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges i Kolbenringdesign bereitzustellen, wobei bei einem Kolbenring aus Stahl oder Stahlguss die Gefahr von Ausbrüchen, insbesondere in Kantenbereichen, minimiert werden soll und wobei gleichzeitig auch der Eigenspannungszustand des Kolbenrings, bei gleichzeitiger Erhöhung der Dauerfestigkeit, verbessert werden soll.The invention is based on the object of providing a new type of piston ring design, with a piston ring made of steel or cast steel, the risk of chipping, especially in edge areas, is to be minimized and at the same time the internal stress state of the piston ring is improved with a simultaneous increase in fatigue strength should.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ausschließlich die Flanken mit einer Nitrierschicht versehen sind, dass zumindest die Übergangsbereiche von der Lauffläche in die zugehörige Flanke nitrierschichtfrei ausgebildet sind, dass Übergangsabschnitte von der inneren Umfangsfläche in die zugehörige Flanke nitrierschichtfrei ausgebildet sind, wobei die Übergangsabschnitte, durch den Werkstoff des Kolbenrings gebildet sind, dass die Übergangsbereiche, und/oder die Übergangsabschnitte, in gerundeter Form vorgesehen sind, dass die Schichtdicke der jeweiligen Nitrierschicht ≤ 30 µm beträgt und dass die gerundeten Übergangsbereiche und/oder die gerundeten Übergangsabschnitte mit einer Verrundung zwischen > 30 und 70 µm gebildet sind.This object is achieved in that only the flanks are provided with a nitrided layer, that at least the transition areas from the running surface into the associated flank are formed free of a nitrided layer, that transition sections from the inner circumferential surface into the associated flank are formed free of a nitrided layer, the transition sections through the material of the piston ring are formed, that the transition areas and / or the transition sections are provided in a rounded shape, that the layer thickness of the respective nitrided layer is ≤ 30 µm and that the rounded transition areas and / or the rounded transition sections with a rounding between> 30 and 70 µm.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous further developments of the subject matter of the invention can be found in the subclaims.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kolbenringdesigns ist, dass durch die fehlende Nitrierschicht auf der Ringinnenseite und der Lauffläche keine den Radialdruck negativ beeinflussende Spannungen vorhanden sind. Die ausschließlich auf den Flanken zu findende Nitrierschicht vorgebbarer Schichtdicke bewirkt dort eine hohe Verschleißfestigkeit. Gleichzeitig wird durch die auf der unteren Flanke vorgesehene Nitrierschicht das Ölabstreifverhalten des Kolbenrings verbessert.A significant advantage of the piston ring design according to the invention is that, due to the lack of a nitrided layer on the inside of the ring and the running surface, there are no tensions which negatively influence the radial pressure. The nitrided layer of specifiable layer thickness, which can only be found on the flanks, causes a high level of wear resistance there. At the same time, the nitriding layer provided on the lower flank improves the oil-wiping behavior of the piston ring.
Das freistehende Grundgefüge des Kolbenrings, oberhalb und unterhalb der verschleißfesten Schicht, insbesondere der Chrom-, respektive PVD- oder CVD-Schicht, bewirkt darüber hinaus eine verbesserte Dauerfestigkeit des Kolbenrings. Die zumindest teilweise nicht nitrierten Übergangsbereiche, respektive Übergangsabschnitte, erhöhen darüber hinaus die Dauerfestigkeit und verringern die Ausbruchgefahr an den Kanten des Kolbenrings.The free-standing basic structure of the piston ring, above and below the wear-resistant layer, in particular the chrome, or PVD or CVD layer, also improves the fatigue strength of the piston ring. The at least partially non-nitrided transition areas or transition sections also increase the fatigue strength and reduce the risk of breakouts at the edges of the piston ring.
Schließlich kann durch die reduzierte Bruchgefahr auf der Innenseite auch eine erhöhte Bruchsicherheit bei der Montage des Kolbenrings herbeigeführt werden.Finally, due to the reduced risk of breakage on the inside, increased break resistance can also be brought about during the assembly of the piston ring.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, beträgt die Schichtdicke der jeweiligen, auf der oberen sowie der unteren Flanke vorgesehenen, Nitrierschicht ≤ 30 µm.According to a further concept of the invention, the layer thickness of the respective nitrided layer provided on the upper and lower flanks is 30 μm.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, die gerundeten Übergangsbereiche und/oder die gerundeten Übergangsabschnitte mit einem Verrundungsradius zwischen > 30 und 70 µm auszubilden. Der Verrundungsradius ist somit größer als die Nitrierschichtdicke. Hierdurch ist der jeweilige Übergangsbereich, respektive der jeweilige Übergangsabschnitt, zumindest bereichsweise, nitrierschichtfrei, wodurch die Dauerfestigkeit verbessert und die Ausbruchneigung an den Kanten vermindert wird.It is also proposed to design the rounded transition areas and / or the rounded transition sections with a radius of curvature between> 30 and 70 μm. The radius of the rounding is thus greater than the thickness of the nitrided layer. As a result, the respective transition area, or the respective transition section, is at least partially free of nitriding layers, whereby the fatigue strength is improved and the tendency to break out at the edges is reduced.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
-
1 Ringdesign eines erfindungsgemäßen Kolbenrings; -
2 Ringdesign eines, alternativen erfindungsgemäßen Kolbenrings.
-
1 Ring design of a piston ring according to the invention; -
2 Ring design of an alternative piston ring according to the invention.
Die im Bereich der ebenfalls nitrierschichtfreien inneren Umfangsfläche
Der Kolbenring
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KolbenringPiston ring
- 1'1'
- KolbenringPiston ring
- 22
- LaufflächeTread
- 33
- innere Umfangsflächeinner peripheral surface
- 44th
- obere Flankeupper flank
- 55
- untere Flankelower flank
- 66th
- KammerungChambering
- 77th
- LaufflächenbeschichtungTread coating
- 88th
- NitrierschichtNitriding layer
- 99
- NitrierschichtNitriding layer
- 1010
- ÜbergangsbereichTransition area
- 1111
- ÜbergangsbereichTransition area
- 1212th
- LaufflächenabschnittTread section
- 1313th
- LaufflächenabschnittTread section
- 1414th
- ÜbergangsabschnittTransition section
- 1515th
- ÜbergangsabschnittTransition section
- 1616
- QuerschnittsstörungCross-sectional disorder
- 1717th
- verrundeter Bereich rounded area
- aa
- SchichtdickeLayer thickness
- RR.
- VerrundungRounding
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016104450.4A DE102016104450B4 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Piston ring |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016104450.4A DE102016104450B4 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Piston ring |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016104450A1 DE102016104450A1 (en) | 2017-09-14 |
| DE102016104450B4 true DE102016104450B4 (en) | 2021-05-27 |
Family
ID=59700388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102016104450.4A Active DE102016104450B4 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Piston ring |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
2016
- 2016-03-11 DE DE102016104450.4A patent/DE102016104450B4/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102016104450A1 (en) | 2017-09-14 |
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