(57)【要約】本発明は、摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングに関し、そのピストンリングは、外面を有するピストンリング本体と、２つのピストンリング側面と、ピストンリング内面とを備える。本発明に係るピストンリングは、溶射コーティングにおける少なくとも２つの層が、半径方向に重なるよう外面に設けられ、少なくとも２つの層が、少なくとも２種の異なる色を一定の順序で有することによって色で識別可能であり、半径方向における最下側層又は複数の最下側層が、Cu又はCuFeAlの添加によって赤色に着色され、最下側層又は複数の最下側層の銅含有量が、好適には、30〜50重量％であることを特徴とする。【選択図】図１
2021518509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングであって、該ピストンリングが、外面を有するピストンリング本体と、２つのピストンリング側面と、ピストンリング内面とを備えるピストンリングにおいて、
溶射コーティングにおける少なくとも２つの層が、半径方向に重なるよう前記外面に設けられ、前記少なくとも２つの層が、少なくとも２種の異なる色を一定の順序で有することによって色で識別可能であり、半径方向における最下側層又は複数の最下側層が、Cu又はCuFeAlの添加によって赤色に着色され、前記最下側層又は前記複数の最下側層の銅含有量が、好適には、30〜50重量％であることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
請求項１に記載のピストンリングであって、溶射コーティングにおける少なくとも３つの層が、半径方向に重なるよう設けられ、前記少なくとも３つの層が、３種の異なる色で一定の順序で着色されていることを特徴とするピストンリング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストンリングであって、該ピストンリングが、前記摺動面周りで、周方向に螺旋状に延在する少なくとも１つの溶射層を備えることを特徴とするピストンリング。
【請求項４】
請求項３に記載のピストンリングであって、前記螺旋状溶射層が、周方向に材料勾配を含むことを特徴とするピストンリング。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のピストンリングであって、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、前記最下側層又は前記開始領域に特有の色を付与するフィラーを含むピストンリング。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のピストンリングであって、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、前記最下側層又は前記開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーを含むピストンリング。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のピストンリングであって、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、前記最下側層又は前記開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーを含み、螺旋状溶射層における少なくとも１つの中央層又は中央領域が、螺旋状溶射層における前記少なくとも１つの中央層又は中央領域に摩耗特性を付与するフィラーを含み、螺旋状溶射層における少なくとも１つの上側層又は端部領域が、固体潤滑剤が設けられた慣らしコーティングを含むピストンリング。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のピストンリングであって、少なくとも１つの最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、Al2O3を含むピストンリング。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載のピストンリングであって、少なくとも１つの下側中間層、又は螺旋状溶射層における中間領域が、Cuを含み、前記中間層又は前記中間領域における銅含有量が、前記層の50〜70重量％であるピストンリング。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のピストンリングであって、少なくとも１つの上側慣らし溶射層、又は螺旋状溶射層における端部領域が、Mo、Ni、Cr、Cr3C2、Mo2C、又はそれらの組み合わせを含むピストンリング。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載のピストンリングであって、少なくとも前記溶射層又は前記螺旋状溶射層が、20〜30 μmの層厚を有するピストンリング。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のピストンリングであって、複数の中央溶射層が設けられるか、又は螺旋状溶射層における中央領域が、前記ピストンリング全体周りに複数回に亘って延在し、互いに重なる層の各対が、異なる添加物を使用して互いに色で区別されているピストンリング。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のピストンリングであって、
前記少なくとも１つの最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、20〜30 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域が、20〜60 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの中央溶射層、又は螺旋状溶射層における中央領域が、200〜400 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの上側慣らし層、又は螺旋状溶射層における上側慣らし領域が、200〜400 μmの厚さを有するピストンリング。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載のピストンリングであって、前記ピストンリング本体が、鋳鉄で構成されているか、又は鋳鉄を含むピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストロークエンジン、好適には、大口径ピストンが使用される２ストロークエンジン用のピストンリングに関する。本発明に係るピストンリングには、摩耗インジケータが設けられている。
【背景技術】
【０００２】
ピストンリングの残留厚さを判定するための従来の解決策、特に２ストロークエンジンでの解決策においては、ピストンリング自体の残留厚さ又はピストンリングの摺動面におけるコーティングの残留厚さを判定できる超音波ヘッドが使用される。このような摩耗の判定は通常、較正要件及び超音波装置の煩雑な取り扱いが生じるためより困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、現在の摩耗状態が迅速かつ容易に判定可能であり、これによりピストンリングを交換する必要があるか否か、又は交換が必要になるまでに現在の摩耗状態のピストンリングで次の作動サイクルがまだ実行できるか否かを決定可能とする方法及び／又はピストンリングが提供されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングが提供される。好適な実施形態は、従属請求項に記載した通りである。
【０００５】
本発明においては、摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングが提供され、そのピストンリングは、外面を有するピストンリング本体と、２つのピストンリング側面と、ピストンリング内面とを備える。本発明に係るピストンリングは、溶射コーティングにおける少なくとも２つの層が、半径方向に重なるよう外面に設けられ、少なくとも２つの層が、少なくとも２種の異なる色を一定の順序で有し、半径方向における最下側層又は複数の最下側層が、Cu又はCuFeAlの添加によって赤色に着色され、最下側層又は複数の最下側層の銅含有量が、好適には、30〜50重量％である。
【０００６】
複数の層が設けられる場合でも、特徴付け、特に色の順序は、常に同じとすべきである。互いに重なっている層やコーティングの色の順序が分かっていれば、その色の順序に基づいて、色の移行部分が半径方向下側コーティングに属しているか又は半径方向上側コーティングに属しているかを極めて容易に判断することができる。これにより、ピストンリングの摩耗パターンを評価することがかなり容易になる。従って、再測定することなく、過度の摩耗が生じている箇所や摩耗が予想よりも小さい箇所を即座に判断することができる。カラーマーキングにより、例えばシリンダの洗浄チャネルを通して、ピストンリングが既に酷く摩耗しているのか、又はまだ使用可能であるかを一目で容易に判断することができる。銅含有量が大きければ、層を明瞭な赤色又は銅色に着色可能であり、従って摩耗保護コーティングとしての層を、特に容易に特徴付けることができる。
【０００７】
好適には、溶射コーティングにおける少なくとも３つの層は、半径方向に重なるよう設けられ、これら少なくとも３つの層は、（少なくとも）３種の異なる色で一定の順序で着色されている。この実施形態においては、１つ以上の溶射層が、摺動面上に互いに重なるよう配置されている。
【０００８】
ピストンリングの他の実施形態において、ピストンリングは、摺動面周りで、周方向に螺旋状に延在する少なくとも１つの溶射層を備える。この螺旋状層は、ピストンリング全体周りに少なくとも２回延在している。
【０００９】
好適には、螺旋状溶射層は、周方向において材料勾配を含む。この場合、単一の螺旋状層は、閉鎖リング又は対応するようクランプされた開放リングの少なくとも一領域に設けられる。この場合、溶射層の材料組成は、回転後又はピストンリングの回転後に変更可能であり、これにより、例えば、少なくとも１つの任意の緊急摺動コーティング、少なくとも１つの摩耗特徴付けコーティング、少なくとも１つ、好適には複数の摺動コーティングを、単一のステップで１つの螺旋状溶射層によって製造することができる。
【００１０】
ピストンリングの一実施形態において、少なくとも１つの最下側溶射層或いは下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又はその開始領域に特有の色を付与するフィラーが設けられている。これにより、摩耗インジケータコーティングをピストンリングに設けることができる。
【００１１】
ピストンリングの他の実施形態において、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又は開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーが設けられている。また、この実施形態において、螺旋状溶射層における少なくとも１つの中央層又は中央領域には、螺旋状溶射層における少なくとも１つの中央層又は中央領域に摩耗特性を付与するフィラーが設けられている。更に、この実施形態において、螺旋状溶射層における少なくとも１つの上側層又は端部領域が、慣らしコーティングとして構成され、その層又は領域に固体潤滑剤が導入されている。固体潤滑剤により、慣らし段階時に、ピストンリングがシリンダの形状に徐々に適応しつつ、ピストンリングの摺動面及びシリンダ内壁における過度の摩耗が回避される。この組み合わせにより、ピストンリングの耐用年数を比較的長くすることができる。更に、少なくとも最下側層又は二番目の最下側層又はその領域にカラーマーキングを施すことで、ピストンリングの摩耗が進行していることを単純な視覚的手段、例えばシリンダにおける開口（２ストロークエンジンにおける洗浄チャネルなど）を通して識別可能であり、ピストンリングが交換されなければならないか又はまだ使用可能であるか否かを判断することができる。このように、エンジンの停止時に、ピストンリングの状態を支障なく確認可能であり、従って最下側層又は二番目の最下側層が既に使用されているか、又は次回のメンテナンス間隔までに依然として十分な時間があるか否かを比較的容易に判断することができる。
【００１２】
本発明に係るピストンリングの他の実施形態において、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又は開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーが設けられている。最下側溶射コーティングには、好適には、Al2O3等の高含有量の硬質材料が吹き付けられ、これにより最下側コーティングよりも上側のコーティングが完全に摩耗した後もピストンリングが次回の交換時まで使用可能である。Al2O3を添加すると、白色の着色が得られる。この場合、特に、ピストンリングにおける主材料の前に設けられる最後の層の摩耗が遅延されるのが好適である。
【００１３】
ピストンリングの他の実施形態において、ピストンリングは、Al2O3を含む最下側溶射層、又はAl2O3を含む螺旋状溶射層における開始領域を備える。添加物Al2O3によって、より長時間使用可能な硬質の溶射コーティングが提供されることにより、上側に位置する他の全てのコーティング又は層又は層領域が摩耗した場合であっても、少なくとも到達すべき目的地までピストンリングが低摩耗で引き続き使用できることが望ましい。この点は、本発明に係るピストンリングが特に船舶用ディーゼルエンジンでの使用を意図したものであるため重要である。この場合、ピストンリングを交換できる次の港又は目的地の港に、船舶がエンジンの動力下で依然として到達できるのが重要である。海上でピストンリングを交換する場合、船舶の操縦が不可能になり、全損の恐れにつながる可能性がある。
【００１４】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの下側中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域は、Cu又はCu合金を含み、その中間層又は中間領域における銅含有量は、層の30〜50重量％である。
【００１５】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの上側慣らし溶射層、又は螺旋状溶射層における端部領域は、Mo、Ni、Cr、Cr3C2、Mo2C、又はそれらの組み合わせを硬質相として含む。上述した硬質物質により、ピストンリングの摺動面又は溶射層は、シリンダ内壁の内側輪郭に徐々に適合することが可能である。
【００１６】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの溶射層又は螺旋状溶射層は、20〜30 μmの層厚を有する。
【００１７】
ピストンリングの付加的な実施形態において、複数の中央溶射層が設けられるか、又は螺旋状溶射層における中央領域は、ピストンリング全体周りに複数回に亘って延在し、互いに重なる層の各対は、異なる添加物を使用して互いに色で区別されている。この実施形態により、ピストンリングの摩耗パターンをより正確かつ容易に判断すること、即ち、ピストンリングの摩耗が如何にして生じ、特にピストンリングが軸線方向及び周方向においてどの程度均一に摩耗を生じるかをより正確かつ容易に判断することが可能である。
【００１８】
ピストンリングがピストンリング溝内で任意に回転できない状態において、上述した２つの実施形態により、シリンダが円形形状でないか否か、従って一方的又は不均一な摩耗をもたらすシリンダ特性によって特定の摩耗パターンが引き起こされているか否かを判断することも可能である。
【００１９】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域は、10〜60、好適には、20〜30 μmの厚さを有する。この実施形態において、少なくとも１つの中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域は、10〜120、好適には、20〜60 μmの厚さを有する。同じ実施形態において、少なくとも１つの中央溶射層、又は螺旋状溶射層における中央領域は、100〜600、好適には、200〜400 μmの総厚を有する。更に、少なくとも１つの上側慣らし層、又は螺旋状溶射層における上側慣らし領域は、100〜600、好適には、200〜400 μmの総厚を有する。この実施形態は、現在のところ好適な実施形態に関し、この実施形態においては、個々の層の順序及び厚さにより、摩耗インジケータコーティング（中間層）及び緊急摺動特性を備える特に良好なピストンリングが提供される。
【００２０】
他の実施形態において、ピストンリングは、鋳鉄で構成されたピストンリング本体か、又は鋳鉄を含むピストンリング本体を備える。
【００２１】
以下、本発明を、非縮尺的な概略図を参照しつつ詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】リング本体の外面において、複数の同心状の溶射コーティングを備えるピストンリングを示す説明図である。
【図２】リング本体の外面において、周方向に少なくとも１つの材料勾配を有する螺旋状の溶射コーティングを備えるピストンリングを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、外面に異なる溶射層が連続的に設けられたリング本体４を備えるピストンリング２を示す。ピストンリング全体周りに所定の厚さで延在する緊急摺動コーティング６は、外面に直接的に設けられている。緊急摺動コーティング６も、２つ以上の同心状の層を含むことができる。緊急摺動コーティング６には、コーティング６に特に大きな硬度を付与するAl2O3より成る粒子が設けられている。この場合、ドープされたAl2O3粒子を使用してもよい。例えば、Al2O3にクロムをドープすることにより、緊急摺動コーティングに赤色を付与することができる。緊急摺動コーティングの他の色も、Al2O3にFe2+、Fe3+、Ti4+、Co2+、Fe3+、Ti3+、Ti4+、Co2+、又はV4+をドープすることによって得ることができる。緊急摺動コーティング６と同様、ピストンリング全体において同じ厚さを有するのが望ましく、かつ１層又は２層の溶射層を有することができる摩耗インジケータコーティング８は、緊急摺動コーティング６に設けられている。摩耗インジケータコーティング８は、銅色の輝きによって摩耗保護コーティングの摩耗限界を示すために銅と混合することができる。摩耗インジケータコーティング８には、溶射によって摩耗保護コーティング10が設けられている。摩耗保護コーティング10は、複数の溶射層を含むことができる。摩耗保護層10における個々の層は、異なるフィラーによって着色可能であり、これによりリング摺動面を観察するだけで不均一な摩耗を識別することができる。この場合、２つの異なる色の層の間における移行ラインは、地図の等高線に対応しており、これにより摩耗の種類及び不均一性を一目で認識することができる。このようなインジケータリングは、最初から不均一なコーティングを備える対応のリングの製造に使用してもよいが、そのような対応のリングは、不均一な摩耗が生じた場合、均一な残留層厚を有する。
【００２４】
摩耗保護コーティング10上には、複数の慣らし層又は慣らし溶射層12が更に設けられており、これら複数の慣らし層12は、固体潤滑剤の含有量がより大きいため、シリンダ内壁の摩耗を伴わずに、又は大幅に低減させてピストンリングの慣らしプロセスを可能にする。溶射された各層は、ピストンリングに連続的に設けることができる。個々の層は、可及的に均一な厚さを有すると共に、可及的に同心状に配置されるのが好適である。溶射層は、ピストンリング又はピストンリング本体がリングギャップ端部14にて切断される前に吹き付けることができる。
【００２５】
図２は、図１におけるピストンリングに類似の構造を備えるピストンリングを示す。ただし複数の層の代わりに、図示のピストンリングは、外面周りに螺旋状に延在する単一の溶射層を備えるピストンリングとして単一のステップで製造される。ピストンリング２は、図１に示すのと同じピストンリング本体４を備える。図示のピストンリング２においては、複数の層を連続的に溶射する代わりに、第１組成を有する単一層が開始時に周方向に溶射される。第１層又は１回転の終了後、溶射プロセスが中断されることなく、２つのコーティングが重なるまで第１層が溶射され続ける。この場合、最初の２つのコーティングにより、特に大きな強度を有する緊急摺動コーティング16が形成されている。溶射プロセスは継続され、ピストンリングの第３回目及び第４回目の回転に際しては、Al2O3の含有量がより小さくて銅の含有量がより大きくなるよう、連続的なコーティングの組成が変更され、これにより螺旋状の摩耗インジケータコーティング18が形成されている。最初の２〜４回転目の後、カーバイド（モリブデン、クロム、タングステン等）が添加物として使用されることにより、後続する8〜16回転目でらせん状かつ多層の摩耗保護コーティング20が設けられる。その後、溶射プロセスが中断されることなく、溶射材料の組成がより大きな固体含有量を有する材料に再び変更可能であり、これにより後続する螺旋状層に関して螺旋状の慣らしコーティング22が形成される。溶射及び回転パラメータの調整により、最後の層は、ゆっくりと薄くすることが可能であり、これにより外面が全体的に円筒状に形成される。この場合、異なる機能コーティング又は機能層は、中断されることのない単一の溶射プロセスで施されるものであり、単一の螺旋状の溶射層は、周方向にのみ異なる勾配を有し、その各勾配により、緊急摺動コーティングと、摩耗インジケータコーティングと、摩耗保護コーティングと、慣らしコーティングとの間で移行部分が形成されている。この場合、これら移行領域は、比較的短く選択することができる。ただし、材料勾配を回転全体に亘って拡大してもよい。図２において、各移行領域は、１２時の位置から３時の位置まで延在する４分の１の円を含む。図示の実施形態においても、複数の勾配を有する溶射層は、ピストンリング又はピストンリング本体がリングギャップ端部14にて切断される前に吹き付けることができる。
【符号の説明】
【００２６】
２    ピストンリング
４    ピストンリング本体
６    緊急摺動コーティング／緊急摺動層
８    摩耗インジケータコーティング／摩耗インジケータ層
10    摩耗保護コーティング／摩耗保護層
12    慣らしコーティング／慣らし層
14    リングギャップ
16    螺旋状の緊急摺動コーティング／螺旋状の緊急摺動層
18    螺旋状の摩耗インジケータコーティング／螺旋状の摩耗インジケータ層
20    螺旋状の摩耗保護コーティング／螺旋状の摩耗保護層
22    螺旋状の慣らしコーティング／螺旋状の慣らし層
【図１】
2021518509.tif 000003
【図２】
2021518509.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月18日(2019.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストロークエンジン、好適には、大口径ピストンが使用される２ストロークエンジン用のピストンリングに関する。本発明に係るピストンリングには、摩耗インジケータが設けられている。
【背景技術】
【０００２】
ピストンリングの残留厚さを判定するための従来の解決策、特に２ストロークエンジンでの解決策においては、ピストンリング自体の残留厚さ又はピストンリングの摺動面におけるコーティングの残留厚さを判定できる超音波ヘッドが使用される。このような摩耗の判定は通常、較正要件及び超音波装置の煩雑な取り扱いが生じるためより困難である。
【０００３】
特許文献１（独国特許出願公開第102013205912号明細書）には、ピストンリングをコーティングする前に、ピストンリングの表面に摩耗マーカーを施し、摩耗の進行に伴い、摩耗マーカーに基づいてコーティングの残留厚さを確認できることが既知である。
【０００４】
特許文献２（独国特許出願公開第102011078655号明細書）には、インジケータロッドにおける銅コーティングが原則的に既知である。
【０００５】
特許文献３（米国特許出願公開第4143319号明細書）には、ピストンリングの摩耗を磁気的に判定することが既知である。
【０００６】
特許文献４（特開昭61-75207号公報）には、ピストンリングの摩耗測定方法が開示されている。この場合、２ストロークエンジンのシリンダ内でスロットに対して移動するピストンリングを、超音波センサによって測定する。
【０００７】
特許文献５（米国特許出願公開第4143319号明細書）には、PVD及びPECVDにより、ピストンエンジンのピストンに設けられる金属コーティングが開示されている。
【０００８】
特許文献６（独国特許出願公開第102014011139号明細書）には、基材と銅含有量を有することができるコーティングとの間に溶射される接着促進コーティングが開示されている。
【０００９】
特許文献７（独国特許出願公開第19956622号明細書）には、銅含有量が80％を超えるアルミニウム青銅による溶射コーティングが使用されるピストンリングが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第102013205912号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第102011078655号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第4143319号明細書
【特許文献４】特開昭61-75207号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第4143319号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第4143319号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第19956622号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、現在の摩耗状態が迅速かつ容易に判定可能であり、これによりピストンリングを交換する必要があるか否か、又は交換が必要になるまでに現在の摩耗状態のピストンリングで次の作動サイクルがまだ実行できるか否かを決定可能とする方法及び／又はピストンリングが提供されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有する摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングが提供される。好適な実施形態は、従属請求項に記載した通りである。
【００１３】
本発明においては、摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリングが提供され、そのピストンリングは、外面を有するピストンリング本体と、２つのピストンリング側面と、ピストンリング内面とを備える。本発明に係るピストンリングは、溶射コーティングにおける少なくとも２つの層が、半径方向に重なるよう外面に設けられ、少なくとも２つの層が、少なくとも２種の異なる色を一定の順序で有し、半径方向における最下側層又は複数の最下側層が、Cu又はCuFeAlの添加によって赤色に着色され、最下側層又は複数の最下側層の銅含有量が、好適には、30〜50重量％である。
【００１４】
複数の層が設けられる場合でも、特徴付け、特に色の順序は、常に同じとすべきである。互いに重なっている層やコーティングの色の順序が分かっていれば、その色の順序に基づいて、色の移行部分が半径方向下側コーティングに属しているか又は半径方向上側コーティングに属しているかを極めて容易に判断することができる。これにより、ピストンリングの摩耗パターンを評価することがかなり容易になる。従って、再測定することなく、過度の摩耗が生じている箇所や摩耗が予想よりも小さい箇所を即座に判断することができる。カラーマーキングにより、例えばシリンダの洗浄チャネルを通して、ピストンリングが既に酷く摩耗しているのか、又はまだ使用可能であるかを一目で容易に判断することができる。銅含有量が大きければ、層を明瞭な赤色又は銅色に着色可能であり、従って摩耗保護コーティングとしての層を、特に容易に特徴付けることができる。
【００１５】
好適には、溶射コーティングにおける少なくとも３つの層は、半径方向に重なるよう設けられ、これら少なくとも３つの層は、（少なくとも）３種の異なる色で一定の順序で着色されている。この実施形態においては、１つ以上の溶射層が、摺動面上に互いに重なるよう配置されている。
【００１６】
ピストンリングの他の実施形態において、ピストンリングは、摺動面周りで、周方向に螺旋状に延在する少なくとも１つの溶射層を備える。この螺旋状層は、ピストンリング全体周りに少なくとも２回延在している。
【００１７】
好適には、螺旋状溶射層は、周方向において材料勾配を含む。この場合、単一の螺旋状層は、閉鎖リング又は対応するようクランプされた開放リングの少なくとも一領域に設けられる。この場合、溶射層の材料組成は、回転後又はピストンリングの回転後に変更可能であり、これにより、例えば、少なくとも１つの任意の緊急摺動コーティング、少なくとも１つの摩耗特徴付けコーティング、少なくとも１つ、好適には複数の摺動コーティングを、単一のステップで１つの螺旋状溶射層によって製造することができる。
【００１８】
ピストンリングの一実施形態において、少なくとも１つの最下側溶射層或いは下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又はその開始領域に特有の色を付与するフィラーが設けられている。これにより、摩耗インジケータコーティングをピストンリングに設けることができる。
【００１９】
ピストンリングの他の実施形態において、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又は開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーが設けられている。また、この実施形態において、螺旋状溶射層における少なくとも１つの中央層又は中央領域には、螺旋状溶射層における少なくとも１つの中央層又は中央領域に摩耗特性を付与するフィラーが設けられている。更に、この実施形態において、螺旋状溶射層における少なくとも１つの上側層又は端部領域が、慣らしコーティングとして構成され、その層又は領域に固体潤滑剤が導入されている。固体潤滑剤により、慣らし段階時に、ピストンリングがシリンダの形状に徐々に適応しつつ、ピストンリングの摺動面及びシリンダ内壁における過度の摩耗が回避される。この組み合わせにより、ピストンリングの耐用年数を比較的長くすることができる。更に、少なくとも最下側層又は二番目の最下側層又はその領域にカラーマーキングを施すことで、ピストンリングの摩耗が進行していることを単純な視覚的手段、例えばシリンダにおける開口（２ストロークエンジンにおける洗浄チャネルなど）を通して識別可能であり、ピストンリングが交換されなければならないか又はまだ使用可能であるか否かを判断することができる。このように、エンジンの停止時に、ピストンリングの状態を支障なく確認可能であり、従って最下側層又は二番目の最下側層が既に使用されているか、又は次回のメンテナンス間隔までに依然として十分な時間があるか否かを比較的容易に判断することができる。
【００２０】
本発明に係るピストンリングの他の実施形態において、最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域には、その層又は開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーが設けられている。最下側溶射コーティングには、好適には、Al2O3等の高含有量の硬質材料が吹き付けられ、これにより最下側コーティングよりも上側のコーティングが完全に摩耗した後もピストンリングが次回の交換時まで使用可能である。Al2O3を添加すると、白色の着色が得られる。この場合、特に、ピストンリングにおける主材料の前に設けられる最後の層の摩耗が遅延されるのが好適である。
【００２１】
ピストンリングの他の実施形態において、ピストンリングは、Al2O3を含む最下側溶射層、又はAl2O3を含む螺旋状溶射層における開始領域を備える。添加物Al2O3によって、より長時間使用可能な硬質の溶射コーティングが提供されることにより、上側に位置する他の全てのコーティング又は層又は層領域が摩耗した場合であっても、少なくとも到達すべき目的地までピストンリングが低摩耗で引き続き使用できることが望ましい。この点は、本発明に係るピストンリングが特に船舶用ディーゼルエンジンでの使用を意図したものであるため重要である。この場合、ピストンリングを交換できる次の港又は目的地の港に、船舶がエンジンの動力下で依然として到達できるのが重要である。海上でピストンリングを交換する場合、船舶の操縦が不可能になり、全損の恐れにつながる可能性がある。
【００２２】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの下側中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域は、Cu又はCu合金を含み、その中間層又は中間領域における銅含有量は、層の30〜50重量％である。
【００２３】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの上側慣らし溶射層、又は螺旋状溶射層における端部領域は、Mo、Ni、Cr、Cr3C2、Mo2C、又はそれらの組み合わせを硬質相として含む。上述した硬質物質により、ピストンリングの摺動面又は溶射層は、シリンダ内壁の内側輪郭に徐々に適合することが可能である。
【００２４】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの溶射層又は螺旋状溶射層は、20〜30 μmの層厚を有する。
【００２５】
ピストンリングの付加的な実施形態において、複数の中央溶射層が設けられるか、又は螺旋状溶射層における中央領域は、ピストンリング全体周りに複数回に亘って延在し、互いに重なる層の各対は、異なる添加物を使用して互いに色で区別されている。この実施形態により、ピストンリングの摩耗パターンをより正確かつ容易に判断すること、即ち、ピストンリングの摩耗が如何にして生じ、特にピストンリングが軸線方向及び周方向においてどの程度均一に摩耗を生じるかをより正確かつ容易に判断することが可能である。
【００２６】
ピストンリングがピストンリング溝内で任意に回転できない状態において、上述した２つの実施形態により、シリンダが円形形状でないか否か、従って一方的又は不均一な摩耗をもたらすシリンダ特性によって特定の摩耗パターンが引き起こされているか否かを判断することも可能である。
【００２７】
ピストンリングの他の実施形態において、少なくとも１つの最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域は、10〜60、好適には、20〜30 μmの厚さを有する。この実施形態において、少なくとも１つの中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域は、10〜120、好適には、20〜60 μmの厚さを有する。同じ実施形態において、少なくとも１つの中央溶射層、又は螺旋状溶射層における中央領域は、100〜600、好適には、200〜400 μmの総厚を有する。更に、少なくとも１つの上側慣らし層、又は螺旋状溶射層における上側慣らし領域は、100〜600、好適には、200〜400 μmの総厚を有する。この実施形態は、現在のところ好適な実施形態に関し、この実施形態においては、個々の層の順序及び厚さにより、摩耗インジケータコーティング（中間層）及び緊急摺動特性を備える特に良好なピストンリングが提供される。
【００２８】
他の実施形態において、ピストンリングは、鋳鉄で構成されたピストンリング本体か、又は鋳鉄を含むピストンリング本体を備える。
【００２９】
以下、本発明を、非縮尺的な概略図を参照しつつ詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】リング本体の外面において、複数の同心状の溶射コーティングを備えるピストンリングを示す説明図である。
【図２】リング本体の外面において、周方向に少なくとも１つの材料勾配を有する螺旋状の溶射コーティングを備えるピストンリングを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、外面に異なる溶射層が連続的に設けられたリング本体４を備えるピストンリング２を示す。ピストンリング全体周りに所定の厚さで延在する緊急摺動コーティング６は、外面に直接的に設けられている。緊急摺動コーティング６も、２つ以上の同心状の層を含むことができる。緊急摺動コーティング６には、コーティング６に特に大きな硬度を付与するAl2O3より成る粒子が設けられている。この場合、ドープされたAl2O3粒子を使用してもよい。例えば、Al2O3にクロムをドープすることにより、緊急摺動コーティングに赤色を付与することができる。緊急摺動コーティングの他の色も、Al2O3にFe2+、Fe3+、Ti4+、Co2+、Fe3+、Ti3+、Ti4+、Co2+、又はV4+をドープすることによって得ることができる。緊急摺動コーティング６と同様、ピストンリング全体において同じ厚さを有するのが望ましく、かつ１層又は２層の溶射層を有することができる摩耗インジケータコーティング８は、緊急摺動コーティング６に設けられている。摩耗インジケータコーティング８は、銅色の輝きによって摩耗保護コーティングの摩耗限界を示すために銅と混合することができる。摩耗インジケータコーティング８には、溶射によって摩耗保護コーティング10が設けられている。摩耗保護コーティング10は、複数の溶射層を含むことができる。摩耗保護層10における個々の層は、異なるフィラーによって着色可能であり、これによりリング摺動面を観察するだけで不均一な摩耗を識別することができる。この場合、２つの異なる色の層の間における移行ラインは、地図の等高線に対応しており、これにより摩耗の種類及び不均一性を一目で認識することができる。このようなインジケータリングは、最初から不均一なコーティングを備える対応のリングの製造に使用してもよいが、そのような対応のリングは、不均一な摩耗が生じた場合、均一な残留層厚を有する。
【００３２】
摩耗保護コーティング10上には、複数の慣らし層又は慣らし溶射層12が更に設けられており、これら複数の慣らし層12は、固体潤滑剤の含有量がより大きいため、シリンダ内壁の摩耗を伴わずに、又は大幅に低減させてピストンリングの慣らしプロセスを可能にする。溶射された各層は、ピストンリングに連続的に設けることができる。個々の層は、可及的に均一な厚さを有すると共に、可及的に同心状に配置されるのが好適である。溶射層は、ピストンリング又はピストンリング本体がリングギャップ端部14にて切断される前に吹き付けることができる。
【００３３】
図２は、図１におけるピストンリングに類似の構造を備えるピストンリングを示す。ただし複数の層の代わりに、図示のピストンリングは、外面周りに螺旋状に延在する単一の溶射層を備えるピストンリングとして単一のステップで製造される。ピストンリング２は、図１に示すのと同じピストンリング本体４を備える。図示のピストンリング２においては、複数の層を連続的に溶射する代わりに、第１組成を有する単一層が開始時に周方向に溶射される。第１層又は１回転の終了後、溶射プロセスが中断されることなく、２つのコーティングが重なるまで第１層が溶射され続ける。この場合、最初の２つのコーティングにより、特に大きな強度を有する緊急摺動コーティング16が形成されている。溶射プロセスは継続され、ピストンリングの第３回目及び第４回目の回転に際しては、Al2O3の含有量がより小さくて銅の含有量がより大きくなるよう、連続的なコーティングの組成が変更され、これにより螺旋状の摩耗インジケータコーティング18が形成されている。最初の２〜４回転目の後、カーバイド（モリブデン、クロム、タングステン等）が添加物として使用されることにより、後続する8〜16回転目でらせん状かつ多層の摩耗保護コーティング20が設けられる。その後、溶射プロセスが中断されることなく、溶射材料の組成がより大きな固体含有量を有する材料に再び変更可能であり、これにより後続する螺旋状層に関して螺旋状の慣らしコーティング22が形成される。溶射及び回転パラメータの調整により、最後の層は、ゆっくりと薄くすることが可能であり、これにより外面が全体的に円筒状に形成される。この場合、異なる機能コーティング又は機能層は、中断されることのない単一の溶射プロセスで施されるものであり、単一の螺旋状の溶射層は、周方向にのみ異なる勾配を有し、その各勾配により、緊急摺動コーティングと、摩耗インジケータコーティングと、摩耗保護コーティングと、慣らしコーティングとの間で移行部分が形成されている。この場合、これら移行領域は、比較的短く選択することができる。ただし、材料勾配を回転全体に亘って拡大してもよい。図２において、各移行領域は、１２時の位置から３時の位置まで延在する４分の１の円を含む。図示の実施形態においても、複数の勾配を有する溶射層は、ピストンリング又はピストンリング本体がリングギャップ端部14にて切断される前に吹き付けることができる。
【符号の説明】
【００３４】
２    ピストンリング
４    ピストンリング本体
６    緊急摺動コーティング／緊急摺動層
８    摩耗インジケータコーティング／摩耗インジケータ層
10    摩耗保護コーティング／摩耗保護層
12    慣らしコーティング／慣らし層
14    リングギャップ
16    螺旋状の緊急摺動コーティング／螺旋状の緊急摺動層
18    螺旋状の摩耗インジケータコーティング／螺旋状の摩耗インジケータ層
20    螺旋状の摩耗保護コーティング／螺旋状の摩耗保護層
22    螺旋状の慣らしコーティング／螺旋状の慣らし層
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩耗インジケータを備える２ストロークエンジン用ピストンリング（２）であって、該ピストンリングが、外面を有するピストンリング本体（４）と、２つのピストンリング側面と、ピストンリング内面とを備えるピストンリングにおいて、
少なくとも２つの溶射層が、半径方向に重なるよう前記外面に設けられ、前記少なくとも２つの溶射層が、少なくとも２種の異なる色を一定の順序で有することによって色で識別可能であり、半径方向における最下側層又は複数の最下側層が、Cu又はCuFeAlの添加によって赤色に着色され、前記最下側層又は前記複数の最下側層の銅含有量が、30〜50重量％であることを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
請求項１に記載のピストンリング（２）であって、少なくとも３つの溶射層が、半径方向に重なるよう設けられ、前記少なくとも３つの溶射層が、３種の異なる色で一定の順序で着色されていることを特徴とするピストンリング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストンリング（２）であって、該ピストンリング（２）が、前記摺動面周りで、周方向に螺旋状に延在する少なくとも１つの溶射層を備えることを特徴とするピストンリング。
【請求項４】
請求項３に記載のピストンリング（２）であって、前記螺旋状溶射層が、周方向に材料勾配を含むことを特徴とするピストンリング。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のピストンリング（２）であって、前記最下側溶射層、又は前記螺旋状溶射層における開始領域が、前記最下側層又は前記開始領域に特有の色を付与するフィラーを含むピストンリング。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のピストンリング（２）であって、前記最下側溶射層、又は前記螺旋状溶射層における開始領域が、前記最下側層又は前記開始領域に緊急摺動特性を付与するフィラーを含むピストンリング。
【請求項７】
請求項６に記載のピストンリング（２）であって、螺旋状溶射層における少なくとも前記中央層又は前記中央領域が、前記螺旋状溶射層における前記少なくとも１つの中央層又は前記中央領域に摩耗特性を付与するフィラーを含み、前記螺旋状溶射層における少なくとも前記上側層又は前記端部領域が、固体潤滑剤が設けられた慣らし層（12，22）を形成しているピストンリング。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のピストンリング（２）であって、少なくとも前記最下側溶射層、又は前記螺旋状溶射層における前記開始領域が、Al2O3を含むピストンリング。
【請求項９】
請求項７に記載のピストンリング（２）であって、前記少なくとも１つの上側慣らし溶射層（12，22）が、Mo、Ni、Cr、Cr3C2、Mo2C、又はそれらの組み合わせを含むピストンリング。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のピストンリング（２）であって、少なくとも前記溶射層又は前記螺旋状溶射層が、20〜30 μmの層厚を有するピストンリング。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載のピストンリング（２）であって、複数の前記中央溶射層が設けられるか、又は螺旋状溶射層における前記中央領域が、前記ピストンリング（２）全体周りに複数回に亘って延在し、互いに重なる層の各対が、異なる添加物を使用して互いに色で区別されているピストンリング。
【請求項１２】
請求項７又は請求項７に従属する請求項に記載のピストンリング（２）であって、
前記少なくとも１つの最下側溶射層、又は螺旋状溶射層における開始領域が、20〜30 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの中間溶射層、又は螺旋状溶射層における中間領域が、20〜60 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの中央溶射層、又は螺旋状溶射層における中央領域が、200〜400 μmの厚さを有し、
前記少なくとも１つの上側慣らし層（12，33）が、200〜400 μmの厚さを有するピストンリング。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のピストンリング（２）であって、前記ピストンリング本体（４）が、鋳鉄で構成されているか、又は鋳鉄を含むピストンリング。
【国際調査報告】
2021518509.tif 000005
2021518509.tif 000006
2021518509.tif 000007
2021518509.tif 000008