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DE10029810A1 - Kolben für Dieselmotoren - Google Patents

Kolben für Dieselmotoren

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DE10029810A1
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Wilfried Sander
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Mahle GmbH
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Abstract

Bei einem Dieselkolben mit Verbrennungsmulde und mit einer plasmagespritzten Beschichtung des Kolbenbodens und der Mulde soll eine wirtschaftliche Herstellung der Beschichtung erreicht werden. DOLLAR A Hierzu weist die Beschichtung eine ungleichmäßige Schichtstärke mit einer größten Schichtstärke im Bereich des Muldenrands auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist aus dem SAE-Paper 860888 "In-Service Performance of Ceramic and Metallic Coatings in Diesel Engines" an sich bekannt, daß bei Diesel-Kolben durch Beschichtung des Kol­ benbodens mit MCrAlY-Plasmaspritzschichten Korrosion ver­ hindert werden kann. Allerdings sind die dort vorgestellten Ergebnisse reine Forschungsergebnisse und haben bisher kei­ nen Eingang in die Praxis gefunden und es sind die zum Kor­ rosionsschutz angegebenen Spritzschichten immer im Zusam­ menhang mit Schichten aus Zirkondioxid betrachtet worden, für die sie als Haftschicht und Korrosionsschutzschicht wirken. Es werden in dem SAE-Paper keine näheren Angaben zur Ausführung der Schicht gemacht.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, der­ artige Spritzschichten auch im Hinblick auf eine wirt­ schaftliche Herstellung serientauglich zu machen.
Dieses Problem wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.
Ein gattungsgemäßer Kolben ist auch aus der DE 296 00 036 be­ kannt. Bei diesem Kolben soll ein Verzundern des Kolbenbo­ dens und der Verbrennungsmulde dadurch verhindert werden, daß eine Schicht aus einer Aluminiumlegierung oder aus Ke­ ramik, insbesondere aus Zirkondioxid oder anderen tempera­ turbeständigen Oxiden auf dem Kolbenboden aufgebracht wird.
Lediglich optional wird dort auf dem Kolbenboden zwischen Keramikschicht und Grundmaterial noch eine Korrosions­ schutzschicht aus einer NiCrAl-Legierung aufgebracht.
Die Herstellung einer derartigen Beschichtung, bestehend aus einer Keramikschicht und einer weiteren Schicht aus ei­ ner Legierung ist aufwendig, zeitintensiv und daher teuer.
Erfindungsgemäße Beschichtungen weisen daher vorzugsweise keine zusätzliche Keramikbeschichtung auf, sondern bestehen ausschließlich aus einer MCrAlY-Schicht, wobei M stellver­ tretend für die Metalle Ni, Fe und Co steht.
Die Stärke der erfindungsgemäßen Spritzschicht variiert und ist im Bereich des Muldenrandes am größten, während sie auf dem Kolbenboden nach radial außen und in der Mulde zum Mul­ dengrund hin abnimmt.
Insbesondere der Kolbenboden, aber auch die Mulde können im Bereich der Beschichtung durch Drehbearbeitung so ausge­ spart sein, daß die Beschichtung etwa bündig mit dem Kol­ benboden abschließt, sodaß die Oberflächen des unbeschich­ teten Bereichs des Kolbenbodens und des beschichteten Be­ reichs in derselben Ebene liegen und sich dasselbe Kompres­ sionsverhältnis wie beim unbeschichteten Kolben einstellt. Die Schichtstärke liegt meist im Bereich von 50 µm-500 µm, am Muldenrand vorzugsweise bei 200 µm-400 µm. Als Verfahren zur Herstellung der Schicht wird das Plasmasprit­ zen bevorzugt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 den Kolbenboden eines erfindungsgemäßen Kolbens.
Der aus Stahl bestehende Kolbenboden 1 weist eine Verbren­ nungsmulde 2 und eine dem Zylinderkopf zugewandte Oberflä­ che 3 auf. Eine die Oberfläche 3 und die Verbrennungsmulde 2 zumindest teilweise abdeckende Plasmaspritzschicht 4 weist im Bereich des Muldenrands 5 ihre größte Stärke auf und es nimmt die Schichtstärke nach radial außen und zum Muldengrund hin ab. Dabei ist die Spritzschicht nicht maß­ stäblich, sondern zur Verdeutlichung des Schichtstärkenver­ laufs vergrößert dargestellt.

Claims (4)

1. Kolben für Dieselmotoren, bei dem zumindest der Kolben­ boden aus Stahl besteht, mit einer Verbrennungsmulde und mit einer auf der dem Zylinderkopf zugewandten Oberfläche des Kolbenbodens und/oder in der Verbren­ nungsmulde durch thermisches Spritzen aufgebrachten Be­ schichtung aus einer NiCrAl-Legierung oder einer Co- CrAl-Legierung, einer Mischung aus beiden Legierungen, oder einer FeCrAl-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Muldenrands die größte Schichtstärke vorliegt und die Schichtstärke am Kolbenboden nach ra­ dial außen und in der Verbrennungsmulde zum Muldengrund hin abnimmt.
2. Kolben für Dieselmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung als einzige thermische Spritz­ schicht auf dem Kolben vorliegt.
3. Kolben für Dieselmotoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungs-Legierung zusätzlich Yttrium ent­ hält.
4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden und die Verbrennungsmulde vor dem Beschichten etwa in dem Maße durch eine Drehbearbeitung ausgespart werden, die der jeweiligen Schichtstärke der später aufzubringenden Schicht entspricht, um dasselbe Verdichtungsverhältnis wie beim unbeschichteten Kolben zu erzielen.
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