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Zweimetall-Kolbenringe sind schon in den verschiedensten Werkstoffzusammensetzungen
bekanntgeworden. Beispielsweise hat man Stahl'kolbenringe mit einer Lauffläche aus
Weißmetall, Gußeisen, Messing, Bronze oder anderem geeigneten Metall oder einer
aufgeschweißten selbstschmierenden Kupfer-Zinn-Graphit-Legierung versehen. Bekannt
ist es ferner, bei Brennkraftmaschinen'kolben den verschleißbeanspruchten Flächen
eine Bewehrung aus Aluminium zu geben oder Stahllagerschalen durch Schweißplattierung
mit einem Futter aus einer Aluminiumlegierung zu versehen oder Alu-. minium auf
Laufbüchsen oder Stahlzylinder aufzuspritzen. Schließlich sind Kolbenringe aus GuBeisen
oder Stahl mit Einlagen aus verschleißfesten Leichtmetallegierungen in der Lauffläche
bekannt.
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Eine Lösung der Aufgabe, einen selbstfedernden Stahlring mit einer
so fest verbundenen Leichtmetallauffläche zu schaffen, daß die Verbindung den Beanspruchungen
durch Reibung, Druck 'und Hitze wie etwa im Zylinder moderner hochbeanspruchter
:Maschinen widersteht, ohne daß der Ring. sich verzieht oder seinen Anpreßdruck
schnell einbüßt, war jedoch auf den genannten verschiedenen Wegen nicht gefunden
worden. Entweder blieb die Verbindungsart unberücksichtigt und es ergaben sich in
der Praxis häufig Schwierigkeiten gerade mit dem Aufbringen von Leichtmetall auf
Stahl, oder es handelte sich bei den Stahlgegenständen mit Leichtmetallauffläche
nicht um selbstfedernde und hin und her gehende Gleitteile, sondern um stationäre
Teile, wie Lager oder Zylinder, bei denen die Verbindungsfläche zwischen Stahl und
Leichtmetall nicht oder nur wenig beansprucht wurde und bei denen es auf Höhe und
Beständigkeit eines Federdruckes nicht ankam.
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Erfindungsgemäß soll nun der Stahlkolbenring aus einem an der Lauffläche
durch Kaltwalzplattieren mit Leichtmetall belegten Stahlblech bestehen. Die Kaltplattierung
von Stahl mit Aluminium od. dgl. ist an sich bekannt, bisher jedoch hauptsächlich
zum Korrosionsschutz von Stahlteilen, wie z. B. Konservendosen, zur Rohstoffersparnis
oder für dekorative Zwecke angewendet worden. Selbstfedernde und hoch hitzebeanspruchte
Maschinenteile sind aus einem so erzeugten Verbundmetall deshalb noch nicht hergestellt
worden, weil man ungenügende Festigkeit der Verbindung bei Wechselbiegebeanspruchung,
insbesondere bei erhöhter Temperatur, befürchtet. Überraschenderweise ist ein kaltwalzplattiertes
Aluminiumstahlblech für diesen Zweck nicht nur ebenso gut, sondern weit besser geeignet
als ein in üblicher Weise schweißplattiertes, da infolge des Wegfalls der zum Schweißplattieren
erforderlichen, die Betriebstemperatur z. B. im Verbrennungsmotor übersteigenden
Temperaturen die Federkraft des Stahlblechs unbeeinträchtigt bleibt. Die Festigkeit
der Verbindung reicht -für die 13etriebsbedingungeh'voti Koibenringen auch in hochbeanspruchten
Motoren überraschend gut aus. Da sich, was gleichfalls nicht zu erwarten war, die
als Kolbenringwerkstoff verwendbaren Wolfram-, Nickel-, Chrom- oder Chromnic'kelstähle
auch als Grundwerkstoff beim Kalt-' walzglattieren mit Leightmetallen oder Legierungen
von Leichtmetallen nach Streckbarkeit und Härte eignen, ergibt sich ein Kolbenring,
der sich einerseits durch hohe Spannung, gute Spannungsbeständigkeit und große Festigkeit,
andererseits durch .,gute.Laufeigenschäften gegen Stahl- und Gußeisenzylinder bzw.
-laufbüchsen, 'hohe Verschleißfestigkeit und geringes Gewicht, drittens aber auch
durch schnelle; arbeitsparende Fertigungsmöglichkeiten auszeichnet.
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Bei einem Laufversuch haben sich Kolbenringe gemäß der Erfindung aus
einem aluminiumplattierten Chromstahlmittelblech sehr gut bewährt. Der Werkstoff
des Kolbenringrückenteils war dabei Stahl mit etwa 8 bis 9% Chrom, der Lauffläc'henteil
bestand aus einer Kolbenlegierung mit i % Cu, 1% Mg, 12% Si, i % Ni, Rest
Al. Die Stärke der Plattierungsschicht betrug o,8 mm und lag damit an der unteren
Grenze der erwünschten Auflagenstärke, die vorteilhafterweise mit i bis '2 mm etwas
stärker gewählt wird. Bei den Versuchsringen erreichte die Stärke des Laufflächenteils
etwa ein Viertel der Stärke des Kolbenringrückenteils. Die Festigkeit des Verbundmetalls
war etwa 6o bis 75 kg/mmy.
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Die Ringe wurden dadurch hergestellt, däß aus dem plattierten Stahlblech
Streifen geschnitten, bei etwa 200° über einen Dorn gebogen und in einer Preßform
gerundet wurden. Für den Laufversuch wurden die Ringe zur Ausrüstung von Leichtmetallkolben
in einem schnell laufenden Verbrennungsmotor mit nitrierter Sta'hlzylinderlauffläche
verwendet. Die Spannung und Stoßentfernung der Ringe war nach dem mehrstündigen
Probelauf nahezu konstant geblieben: Die Ringe zeigten sämtlich eine gute Lauffläche
bei geringer, praktisch unschädlicher Bartbildung. Auf Grund dieses Ergebnisses
scheint der Kolbenring gemäß der Erfindung nicht nur für normale Beanspruchung in
Kraftfahrzeugmotoren od. dgl., sondern auch für höhere Beanspruchungen bis über
die Grenze der gegenwärtig üblichen Kolbengeschwindigkeiten hinaus wegen seiner
geringen Masse besonders gut geeignet.