Laufflächen in Kolbenmaschinen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Laufflächen von aus Kolben und Zylindern bestehenden Kolbenmaschinen, insbesondere Luftpressern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bei Kolbenmaschinen haben sich für die Friktionspartner Zylinder und Kolben Aluminium-Legierungen überall dort durchgesetzt, wo Wert auf geringes Gewicht, eine gute Wärmeableitung und eine wirtschaftliche Großfertigung mit Hilfe des Kokillen- und Druckgußverfahrens gelegt wird.

[0003] Die Verwendung vor nur aus Aluminium-Grundmaterialien bestehenden gleichartigen Friktionspartnern, bei deren Einsatz hohe Belastungen und große Gleitgeschwindigkeiten auftreten, kann zu einem schnellen Materialverschleiß und zu Kolbenfressern führen. Aus diesem Grund empfiehlt sich, daß die in der Regel aus eutektischen oder übereutektischen Aluminium-Legierungen bestehenden Zylinder von den in der Regel aus einer eutektischen Aluminium-Legierung bestehenden, in Kokillen- oder Druckguß hergestellten Kolben durch Beschichtung einer Lauffläche getrennt werden.

[0004] In der MTZ Motortechnische Zeitschrift Nr. 2/1973 sind in dem Artikel "Unbewehrte Aluminium-Zylinder für Verbrennungsmotoren" derartige Beschichtungsverfahren beschrieben. Ebenso ist ein spezielles Verfahren dieser Art in der MTZ Nr. 2/1974 in dem Artikel "Alusil-Zylinder und Ferrocoat-Kolben für den Porsche-Motor 911" veröffentlicht.

[0005] Bei Verwendung von übereutektischen Legierungen als Zylindermaterial ist es üblich, den beispielsweise aus Kokillen-Aluminium bestehenden Friktionspartner Kolben zu beschichten, um eine Trennung der Grundmaterialien zu erzielen. Diese Trennung wird durch die Verwendung von Eisen-, Chrom-, Nickelschichten oder durch die Verwendung von sogenannten Gleitlacken mit MOS 2 oder Graphitbestandteilen erreicht.

[0006] Weiterhin ist bekannt, daß statt des Kolbens der Zylinder in entsprechender Weise beschichtet wird, was jedoch größere Kosten verursacht.

[0007] Es entspricht weiterhin der derzeitigen Praxis, daß die aus den genannten Legierungen gegossenen Leichtmetallzylinder anschließend chemisch geätzt werden müssen, damit die Siliziumbestandteile zur Bildung eines widerstandsfähigen Traggerüstes freigelegt werden.

[0008] Alle beschriebenen Beschichtungsverfahren sind verhältnismäßig kostspielig und verfahrenstechnisch zum Teil schwierig.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lauffläche der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lauffläche zu schaffen, welche bei hohen Laufgeschwindigkeiten und hohen Belastungen höchsten Ansprüchen in bezug auf Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit genügen.

[0010] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte Erfindung gelöst.

[0011] Der in Kunstharzlack gebundene oxidkeramische Werkstoff bewirkt eine hohe Verschleißfestigkeit, wobei sich durch die Verbindung dieser beiden Materialien eine Elastizität ergibt, welche eine Einbettungsfähigkeit von Fremdkörpern gewährleistet. Weiterhin ergibt die Beschichtung einen idealen Haftgrund für die benetzenden Schmiermittel. Die Verschleißfestigkeit läßt sich in ihrer Größe beeinflussen, indem die Feststoffanteile mengenmäßig unterschiedlich eingesetzt werden können.

[0012] Die Beschichtung erfolgt durch Auftragen mittels einer unter Druck stehenden Spritzeinrichtung. Da nur einer der beiden Friktionspartner beschichtet wird, bietet sich aufgrund des geringeren Arbeitsaufwandes der Kolben an.

[0013] Nach dem Auftragen des Materials, was vorteilhaft in einer solchen Stärke erfolgt, daß die fertige Beschichtung eine Dicke von 20 bis 40 µm, insbesondere von 30 µm aufweist, wird der Kolben etwa eine Stunde lang in einem Trockenofen mit einer Temperatur von über 200° C, insbesondere von 220° C getrocknet, wobei ein chemischer Verwandlungsprozeß die gewünschte Eigenschaft der Oberfläche bewirkt. Ein anschließendes Bearbeiten der Oberfläche ist nicht erforderlich.

Ansprüche

1. Lauffläche für eine aus mindestens einem Kolben und mindestens einem Zylinder bestehende Kolbenmaschine, insbesondere für einen Luftpresser, wobei wenigstens die Außenwandung des Kolbens und/oder die Innenwandung des Zylinders aus einer Aluminium-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche des Kolbens und/oder des Zylinders eine Beschichtung aufweist, die aus einem auf Epoxidharzbasis hergestellten Lack und aus einem darin beigemengten oxidkeramischen Werkstoff besteht.

2. Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oxidkeramische Werkstoff Aluminiumoxid (AL2 O₃) und gesintertes Zirkonoid (Zr03) enthält.

3. Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstärke des Beschichtungsmaterials zwischen 20 und 40 pm beträgt.

4. Lauffläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstärke 30 µm beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das aus Lack und oxidkeramischem Werkstoff bestehende Beschichtungsmaterial wird unter Druck aufgespritzt;

b) das beschichtete teil wird in einem Wärmeofen mit einer Temperatur von über 200° C getrocknet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung im Wärmeofen etwa eine Stunde beträgt und bei etwa 220° C vorgenommen wird.