DE-112014003421-B4 - Gleitanordnung

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Abstract

Beschrieben wird eine Gleitanordnung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, aufweisend eine Zylinderlaufbuchse (1) und mindestens einen Kolbenring (10), wobei die Laufbuchse (1) eine Durchgangsbohrung aufweist, die eine Innenoberfläche (S) definiert, die wiederum drei Abschnitte definiert, einen ersten Abschnitt (2) nahe dem Ende des Kolbenhubs, dem Zylinderkopf (bei dem oberen Totpunkt, TDC) zugewandt, einen zweiten, mittleren Abschnitt (3), und einen dritten Abschnitt (4) nahe dem Ende des Kolbenhubs, der Kurbelwelle des Motors zugewandt (bei dem oberen Totpunkt TDC), wobei (i) der TDC-Abschnitt (2) der Laufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem ersten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprüngen („Tälern“ und „Erhebungen“) definiert ist; der mittlere Abschnitt (3) der Laufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem zweiten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprüngen („Tälern“ und „Erhebungen“) definiert ist; der BDC-Abschnitt (4) der Laufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem dritten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprüngen („Tälern“ und „Erhebungen“) definiert ist, und der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) deutlich geringer ist als der Rauwert des TDC-Abschnitts (2), und von einer im Wesentlichen sehr glatten Struktur von Ausnehmungen und Vorsprüngen („Täler“ und „Erhebungen“) definiert ist; und (ii) eine Keramikbeschichtung (R) zumindest auf einen Teil der Kontaktfläche des Kolbenrings (10) durch das physikalische Dampfabscheidungsverfahren (PVD) aufgebracht ist.

Inventors

Antonio Eduardo Meirelles Tomanik

Assignees

MAHLE INTERNATIONAL GMBH
MAHLE METAL LEVE S/A

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20140723
Priority Date: 20130724

Claims (5)

Gleitanordnung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, aufweisend eine Zylinderlaufbuchse (1) und mindestens einen Kolbenring (10), wobei die Zylinderlaufbuchse (1) mit einem durchgehenden Hohlraum versehen ist, der eine Innenoberfläche (S) definiert, die wiederum drei Abschnitte definiert, und zwar einen ersten (TDC-)Abschnitt (2) in der Nähe einer Begrenzung des Kolbenhubs, einem Zylinderkopf zugewandt (in der Nähe des oberen Totpunkts, TDC), einen zweiten, mittleren Abschnitt (3), und einem dritten (BDC-)Abschnitt (4) in der Nähe der Begrenzung des Kolbenhubs, einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugewandt (in der Nähe des unteren Totpunkts, BDC), (i) wobei der TDC-Abschnitt (2) der Zylinderlaufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem ersten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprünge („Täler“ und „Erhebungen“) definiert wird; der mittlere Abschnitt (3) der Zylinderlaufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem zweiten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprünge („Täler“ und „Erhebungen“) definiert wird; der BDC-Abschnitt (4) der Zylinderlaufbuchse (1) eine Oberflächenausführung mit einem dritten Rauwert besitzt, der von einer Struktur von Ausnehmungen und Vorsprünge („Täler“ und „Erhebungen“) definiert wird, wobei der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) deutlich niedriger ist als der Rauwert des TDC-Abschnitts (2), und von einer im Wesentlichen einheitlichen Struktur der Ausnehmungen und Vorsprünge („Täler“ und „Erhebungen“) definiert ist; und (ii) wobei der Rauwert des TDC-Abschnitts (2) und der Rauwert des BDC-Abschnitts (4) im Wesentlichen gleich sind; und (iii) der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,10 Rpk, 0,10 bis 0,40 Rk und bis zu 1,0 RvK, in Mikrometern, besitzt, oder der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,30 Rpk, 0,15 bis 0,65 Rk und 1,1 bis 2,1 RvK, in Mikrometern, besitzt, dadurch gekennzeichnet , dass - der Kolbenring (10) zumindest einen Teil jener Kontaktfläche bietet, auf welche eine Keramikbeschichtung (R) durch ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren aufgebracht ist, und dass - die Oberflächenausführung des TDC-Abschnitts (2) der Zylinderlaufbuchse (1) einen Honwinkel im Bereich zwischen 20° bis 25° aufweist, - die Oberflächenausführung des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) einen Honwinkel von etwa 155° aufweist.
Gleitanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass, wenn der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,30 Rpk, 0,15 bis 0,65 Rk und 1,1 bis 2,1 RvK, in Mikrometern, besitzt, der Rauwert des TDC-Abschnitts (2) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen 0,10 bis 0,30 Rpk, 0,80 bis 1, 10 Rk und 2, 1 bis 2,8 RvK, in Mikrometern, besitzt.
Gleitanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass, wenn der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,30 Rpk, 0,15 bis 0,65 Rk und 1,1 bis 2,1 RvK, in Mikrometern, besitzt, der Rauwert des BDC-Abschnitts (4) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen 0,10 bis 0,30 Rpk, 0,80 bis 1, 10 Rk und 2, 1 bis 2,8 RvK, in Mikrometern, besitzt.
Gleitanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass, wenn der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,10 Rpk, 0,10 bis 0,40 Rk und bis zu 1,0 RvK, in Mikrometern, besitzt, der Rauwert des ersten Abschnitts (2) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,15 Rpk, 0,80 bis 1,10 Rk und 2,1 bis 2,8 RvK, in Mikrometern, besitzt.
Gleitanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass, wenn der Rauwert des mittleren Abschnitts (3) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,10 Rpk, 0,10 bis 0,40 Rk und bis zu 1,0 RvK, in Mikrometern, besitzt, der Rauwert des BDC-Abschnitts (4) der Zylinderlaufbuchse (1) Werte von im Wesentlichen bis zu 0,15 Rpk, 0,80 bis 1,10 Rk und 2,1 bis 2,8 RvK, in Mikrometern, besitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine von einer Zylinderlaufbuchse und einem Kolbenring gebildete Gleitanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Gleitanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift DE 695 05 467 T2 bekannt. Weitere Anordnungen sind in den Druckschriften US 2006 / 0 269 790 A1, US 9 650 986 B2, DE 103 12 227 A1 DE beschrieben. Die Zylinderlaufbuchse gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Innenwand auf, die eine Veränderung der Rauheit der Kontaktfläche derart aufweist, dass unter Berücksichtigung der Hin- und Herbewegung eines Kolbens im Inneren der Laufbuchse der mittlere Abschnitt eine geringere Rauheit bietet als diejenige der zwei Begrenzungsabschnitte des Hubwegs des Zylinders. Der Kolbenring wiederum bietet eine mittels des physikalischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens (PVD) abgeschiedene Keramikbeschichtung und diese Beschichtung stellt unter Einbeziehung der Eigenschaften der Kontaktfläche der Laufbuchse eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Verschleiß des Rings sicher. Beschreibung des Stands der Technik In einer Brennkraftmaschine tritt der größte Verschleiß der Kolbenringe aufgrund des erhöhten Anpressdrucks an den freien Endpunkten (Spitzen) oder in deren Umgebung auf. Insbesondere kann der Verschleiß der Spitzen des Rings bis zu drei Mal größer sein als derjenige in anderen Bereichen des Teils, wobei sich das Auftreten des Phänomens des stattfindenden Abplatzens und Abblättern der Beschichtung an diesem Punkt konzentriert. Unterschiedliche Techniken wurden entwickelt mit dem Ziel, diesen Verschleiß an den Endpunkten der Kolbenringe zu verringern, wobei jedoch die Grundlage bzw. der Schwerpunkt dieser Bemühungen allein auf dem Kolbenring liegt. Die verschiedenen für Zylinderlaufbuchsen entwickelten Techniken betreffen allgemein die Reduzierung der Reibung. Eine erste Entwicklung ist im Falle des Patents DE 10 2006 057 111 A1 der gleichen Anmelderin offenbart, die sich auf eine Zylinderlaufbuchse bezieht, wobei die Rauheit entlang der Länge im Sinne der Verlagerung des Kolbens im Inneren der Laufbuchse variiert. Insbesondere besitzt der an den maximalen Hubweg angrenzende Abschnitt des Kolbens in Richtung des Zylinderkopfes einen Bereich mit einer ersten Rauheit, und der mittlere Bereich der Laufbuchse, in Bezug auf den Laufweg des Kolbens, besitzt eine zweite Rauheit, wobei es nun so ist, dass der Rauwert an dem mittleren Abschnitt der Arbeitsoberfläche der Laufbuchse den Rauwert der Endpunkte übersteigt. Der Schwerpunkt dieses Dokuments liegt jedoch einzig auf der Ausgestaltung der Laufbuchse, ohne dass dies mit der Art des Rings, der innerhalb dieser Laufbuchse gleiten wird, in Zusammenhang gebracht wird, wobei der Verteilung von Tälern und Erhebungen (mittlere Rautiefe (Rz), Kernrautiefe (Rk), reduzierte Spitzenhöhe (Rpk)) an der Oberfläche der Laufbuchse nicht spezifiziert wurde. Die Patentschrift DE 10 2009 010 791 B4 offenbart eine Zylinderlaufbuchse, die mit einem Rauwert bereitgestellt ist, der an den Endpunkten in Bezug auf den Rauwert im mittleren Bereich höher ist. Jedoch führt das für das Erreichen dieser Strukturen verwendete Verfahren zum Auftreten von Ausnehmungen mit größerer oder kleinerer Tiefe (wobei die Tiefe dabei deutlich schwankt), wodurch die potentielle Wirksamkeit dieser Lösung als Schmierölansammlungstaschen vermindert wird. Der Schwerpunkt dieses Dokuments liegt jedoch ferner einzig auf der Ausgestaltung der Laufbuchse, ohne dass dies mit der Art des Rings, der innerhalb dieser Laufbuchse gleiten wird, in Zusammenhang gebracht wird. Die Patentschrift DE 196 05 588 C2 betrifft eine Zylinderlaufbuchse, deren Innenoberfläche an den Endpunkten höhere Rauwerte aufweist als im mittleren Abschnitt. Jedoch wird zur Erzielung dieses Ergebnisses das Honverfahren eingesetzt, welches einige technische Parameter besitzt, um die Oberfläche der Endpunktbereiche zu behandeln, wobei unterschiedliche Parameter im mittleren Bereich verwendet werden. Darüber hinaus liegt der Schwerpunkt dieses Dokuments jedoch einzig auf der Ausgestaltung der Laufbuchse, ohne dass dies mit der Art des Rings, der innerhalb dieser Laufbuchse gleiten wird, in Zusammenhang gebracht wird. Die Patentschrift JP 2004/176556 definiert eine Zylinderlaufbuchse, bei der der Winkel zwischen den Ausnehmungen dergleichen variabel ist und am Endpunkt des Kolbenhubwegs größer ist (Winkel α) als am mittleren Abschnitt (Winkel γ). An den dazwischenliegenden Abschnitten, zwischen dem mittleren Abschnitt und jedem der Endpunkte, ist der Winkel (β) dazwischenliegend. Schließlich betrifft die Patentschrift FR 2 884 889 B1 eine Zylinderlaufbuchse, deren Gleitfläche drei Rauwerte besitzt, mit (i) einem ersten Wert S1, der in dem dem Zylinderkopf zugewandten Endpunktabschnitt, dem mittleren Abschnitt und dem gegenüberliegenden Endpunkt niedriger (weniger rau) ist, (ii) einem zweiten Rauwert S2 von mittlerer Rauheit, der zwischen dem dem Zylinderkopf zugewandten