DE3518058A1 - Kolben fuer verbrennungsmotoren - Google Patents
Kolben fuer verbrennungsmotorenInfo
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Description
Kanthai AB, Box 502, S - 734 01 Hai 1stahammar, Schweden
Kolben für Verbrennungsmotoren.
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren mit einem im wesentlichen aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung bestehenden Kolbenkörper und einer an dem der Verbrennungskammer zugewandten Endteil angebrachten Flächenschicht aus einem metallischen, wärmeisölie-
renden sowie wärme- und korrosionsbeständigen Material.
Derartige Kolben sind z.B. durch die DE-A1-25 58 763 und
DE-A1-25 50 907 bekannt. Der erstgenannten Veröffentlichung nach besteht die Flächenschicht aus Gußeisen, wel-
ehe an dem übrigen, aus Leichtmetall bestehenden Kolbenkörper mittels mechanischem formschlüssigem Eingriff verankert ist. Zu diesem Zweck ist die Flächenschicht mit
schwalbenschwanzförmigen Aussparungen versehen, die mit dem Material des Kolbenkörpers ausgefüllt werden. Der
letztgenannten Veröffentlichung nach besteht die Flächenschicht aus-einer thermisch gespritzten Schicht bestehend
aus 20 - 30 Gew.-% Al, bis zu 8 Gew.-56 Si, bis zu 2 Gew.-#
Mn und Rest Fe. Hierdurch erhält die Flächenschicht gute Eigenschaften, und zwar etwa die gleiche Wärmeausdehnung
wie der Kolbenkörper sowie gute Korrosions- und Abnutzungsbeständigkeit. Es bestehen aber noch zwei Probleme,
nämlich eine unzureichende Haftung und eine umständliche Nachbearbeitung der Flächenschicht auf die gewünschte
geometrische Konfiguration. Bei modernen Kolben ist die
se Konfiguration der Kolbenfläche sehr kompliziert und
muß zur Erreichung von optimalen Verbrennungsbedingungen exakt eingehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für Verbrennungsmotoren der oben erwähnten Art mit einer
verbesserten Haftung zwischen der Flächenschicht und dem Kolbenkörper sowie reduziertem oder eliminiertem Bedarf
an Nachbearbeitung der Kolbenfläche zu schaffen.
Dies wird bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Flächenschicht
aus einem in einem Werkzeug hergestellten» aus 10 - 30 % Cr, 1 - 12 % Al, vorzugsweise 4 - 10 % Al,
und Rest hauptsächlich Fe zusammengesetzten Flächenkörper besteht, daß eine Bindeschicht aus im wesentlichen
reinen Al an der der Verbrennungskammer abgewandten Seite des Flächenkörpers angebracht ist und daß der Kolben-
X5 körper durch einen an die Bindeschicht angegossenen Körper
gebildet wird. Dadurch, daß der Flächenkörper in einem Werkzeug hergestellt wird, z.B. durch thermisches
Spritzen (Lichtbogen-, Flammen- oder Plasmaspritzen), Sinterung oder Warmisostatpressen wird schon von Anfang
an die gewünschte Konfiguration erhalten und normalerweise erübrigt sich die Nachbehandlung, zumindest zur Berichtigung
der Geometrie der Kolbenfläche.
Das Material des Flächenkörpers ist vorzugsweise aus etwa
22 % Cr, 6 % Al, gegegebenenfalls kleinen Mengen von einem
oder mehreren Elementen in der Gruppe Si, Mn, Co, Y,
Hf, evtl. kleinen Mengen Oxiden und Nitriden sowie Rest Fe zusammengesetzt.
QQ Die im wesentlichen aus reinem Al bestehende Bindeschicht
kann am besten mittels thermischen Spritzens angebracht werden, wobei eine besonders gute Haftung an dem Flächenkörper
entsteht. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen,
daß aufgrund der hohen Temperatur beim Spritzen
g5 eine Reaktion zwischen dem Material des Flächenkörpers
und dem gespritzten Aluminium enfeteht. Diese Temperatur ist wesentlich höher als der Schmelzpunkt des Aluminiums.
Der Kolbenkörper, der an die Bindeschicht angegossen wird, besteht vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung,
die etwa 12 % Si enthält, z.B. dem unter dem Warenzeichen
"SILUMIN" verkauften Material.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das beigefügte Mikrophoto (Vergrößerung 400 x), das einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben im Bereich der Bindeschicht zwischen dem Kolbenkörper und der Flächenschicht zeigt, näher erläutert.
Der Erfindung gemäß wird der Verbrennungsmotorkolben hergestellt, indem man zuerst einen ziemlich dünnen Körper
herstellt, der die der Verbrennungskammer des Kolbens zugewandte Flächenschicht bilden soll. Hierbei wird ein
Werkzeug benutzt, dessen Form der Außenseite der Spitze des fertigen Kolbens sowie einem größeren oder kleinerem
Teil der anschließenden Seitenfläche entspricht. Im Werk
zeug wird eine aus etwa 22 % Cr, 6 % Al und Rest haupt
sächlich Fe bestehende Schicht (0,5 - 3 mm dick) gespritzt. Wahlweise kann der dünne Flächenkörper auch gesintert oder warmisostatgepreßt werden.
An den Flächenkörper wird eine ca. 0,1 mm dicke Bindeschicht aus- im wesentlichen reinem Al angebracht, z.B.
mittels thermischen Spritzens direkt an den noch im Werkzeug liegenden Flächenkörper.
Danach wird der Kolbenkörper selbst aus einer Aluminiumlegierung (z.B. dem oben genannten Material SILUMIN) an
die Bindeschicht angegossen.
Beim Gießen des Kolbenkörpers kann der Flächenkörper (mit dazugehörender Bindeschicht) am besten in eine gesonderte
Gußform übertragen werden, insbesondere wenn der Flächenkörper mittels Sinterung oder Warmisostatpressen hergestellt worden ist. Wahlweise kann das Werkzeug, in dem
das Spritzen erfolgte, einen Teil der Gußform bilden, wobei die gespritzte Schicht, bis das Gießen fertig ist,
am Platz verbleibt.
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Wie dem Mikrophoto zu entnehmen ist, wird eine besonders
gute Verankerung zwischen der Flächenschicht 1 und der Bindeschicht 2 und zwischen der letzteren und dem gegossenen
Kolbenkörpermaterial 3 erzielt. Zwischen den Schichten 1 und 2 erfolgt auch eine gewisse Diffusion,
die die Bindung noch mehr verbessert. Durch zweckmäßiges Regeln des Spritzens der Flächenschicht 1 kann sie eine
ziemlich poröse (bis zu 20 % Porenvolumen) Struktur erhalten, was das Anheften an die Bindeschicht 2 verbessert.
Das Werkzeug, in dem/Flächenkörper gespritzt wird, kann
mit einem geeigneten Formschichtmittel versehen oder aus einem Material hergestellt werden, von dem sich die gespritzte
Schicht leicht lösen läßt, überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß die Haftung zwischen der FeCrAl-Legierung
und der Aluminiumlegierung (SILUMIN) so gering ist, daß die Aluminiumlegierung mit Vorteil als Werkzeugmaterial
benutzt werden kann.
Wie oben erwähnt, ergibt die Erfindung den beträchtlichen
Vorteil, daß die Kolbenfläche schon von Anfang an eine gute Flächenfeinheit und eine erwünschte geometrische
Konfiguration erhält. Nur in Ausnahmefällen sollte eine
Nachbearbeitung notwendig sein und diese nur zur Erzielung einer verbesserten Flächenfeinheit. Angesichts der
normalerweise sehr komplizierten Geometrie der Spitze eines
Kolbens ist dies von sehr großer Bedeutung in technischer und ökonomischer Hinsicht.
- Leerseite
Claims (9)
- BROSE + PARTNEREuropean Patent Attorneys - Mandataires en Brevets Europpens - zugelassene V^rtpetir beim Europäischen Patentamt D-8023 München-Puilach, Wiener Straße 2; Telefon (O 8&) 7 93i 30 71; Telex 5 21? 147 bros d; Cables: «Patentibus» München3518058 K/IRLABROSEtl981Dipl.Hng.D.K/4RL BROSEDipl.Hng., Dipl.-Wirtsch.Hng.* MICH/O.RESCHDipl.-Phys.Kanthai AB, Box 502, S - 734 01 Hallstahammar, Schweden20626-DE Tao 20. Mai 1985Your ret: Date: __DBr-auPATENTANSPRÜCHEM ./Kolben für Verbrennungsmotoren mit einem aus im wesentlichen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Kolbenkörper und einer an/8er Verbrennungskammer zugewandten Endteil des Kolbenkörpers angebrachten Flächenschicht aus einem metallischen, wärmeisolierenden und wärme- und korrosionsbeständigen Material, dadurch gek e η η.ζ e i c h η e t , daß die Flächenschicht aus einem in einem Werkzeug hergestellten, aus 10 - 30 % Cr, 1 - 12 % Al und Rest hauptsächlich Fe zusammengesetzten Flächenkörper (1) besteht, daß die Bindeschicht (2) aus im wesentlichen reinem Aluminium an der der Verbrennungskammer abgewandten Seite des Flächenkörpers (1) angebracht ist und daß der Kolbenkörper (3) aus einem an die Bindeschicht (2) angegossenen Körper besteht.
- 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Al-Gehalt des Flächenkörpers 4 - 10 % beträgt.Vprpiohariinoen werden erst durr.h schriftliche Bestätigung verbindlich.
- 3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkörper aus ca. 22 % Cr, 6 % Al, gegebenenfalls kleinen Mengen von einem oder mehreren Elementen in der Gruppe Si, Mn, Co, Y, Hf, gegebenenfalls kleinen Mengen Oxiden und Nitriden und Rest Fe besteht.
- 4. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, für Verbrennungsmotoren mit einem im wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Kolbenkörper und einer an dem der Verbrennungskammer zugewandten Endteil des Kolbenkörpers angebrachten Flächenschicht aus einem metallischen, wärme- und korrosionsbeständigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst einen aus 10 - % Cr, 1 - 12 % Al und Rest hauptsächlich Fe zusammenge setzten Flächenkörper in einem Werkzeug herstellt, daß man an dem Flächenkörper eine Bindeschicht aus wesentlich reinem Al anbringt und daß man danach den Kolbenkörper an die Zwischenschicht angießt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkörper mittels thermischen Spritzens in ein Werkzeug hergestellt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug verwendet wird, welches aus einer ca. 12 % Si enthaltenen Aluminiumlegierung besteht.
- 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkörper durch Sinterung hergestellt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkörper durch Warmisostatpressen hergestellt wird.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurchgekennzeichnet, daß die Bindeschicht an die Innenseite des Flächenkörpers durch thermischen Spritzens angebrachtwird
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|---|---|---|---|---|
| DE3633134A1 (de) * | 1986-09-30 | 1988-04-07 | Man B & W Diesel Gmbh | Gebauter kolben fuer brennkraftmaschinen |
| DE3941028A1 (de) * | 1989-02-22 | 1990-08-23 | Riken Kk | Einsatz fuer einen dieselmotor mit indirekter einspritzung |
| WO1995003905A1 (de) * | 1993-08-02 | 1995-02-09 | Mahle Gmbh | Giesstechnisches verfahren zur herstellung eines bauteiles, insbesondere kolben, bestehend aus zwei unterschiedlichen werkstoffen |
| EP0640759A1 (de) * | 1993-08-26 | 1995-03-01 | PEAK WERKSTOFF GmbH | Partiell verstärktes Al-GussBauteil und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP1820952A2 (de) | 2006-02-16 | 2007-08-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kolben für Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren |
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-
1985
- 1985-05-20 DE DE19853518058 patent/DE3518058A1/de not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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| WO1995003905A1 (de) * | 1993-08-02 | 1995-02-09 | Mahle Gmbh | Giesstechnisches verfahren zur herstellung eines bauteiles, insbesondere kolben, bestehend aus zwei unterschiedlichen werkstoffen |
| EP0640759A1 (de) * | 1993-08-26 | 1995-03-01 | PEAK WERKSTOFF GmbH | Partiell verstärktes Al-GussBauteil und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP1820952A2 (de) | 2006-02-16 | 2007-08-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kolben für Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren |
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| EP1820952A3 (de) * | 2006-02-16 | 2008-06-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kolben für Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren |
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